Группировка живых существ — это не хаотичное собрание, а сложная система, которая является результатом длительного процесса эволюции. группируются не случайным образом, а только по законам общего, взаимосвязанного существования в определенных условиях окружающей среды.
Природные группировки, в которые объединяются для совместной жизни растения, животные, грибы, микроорганизмы и их среду обитания, называют экологической системой, или экосистемой.
Например, природной экосистемой можно считать смешанный лес, потому что его компоненты (растения, животные, грибы, микроорганизмы) сосуществуют в определенной среде и тесно связаны между собой. Если посмотреть на растительное группировки смешанного леса, то становится заметно, что растения имеют разную высоту. Это связано с их различными требованиями к условиям существования. Так, одним растениям необходимо больше света. Это высокие деревья (дубы, ясени). Другие деревья требуют меньше света (клены, липы, березы). Под ними располагаются кусты, нетребовательные к свету (лещина, шиповник, крушина). Самый низкий уровень образуют травянистые растения (ландыши, подснежники, медуницы), мхи, которые довольствуются совсем небольшим количеством солнечного света. Такое размещение растений в зависимости от требований к условиям существования называется ярусностью.
Обязательным условием существования любой экосистемы является обеспечение всех организмов, образующих ее, питательными веществами.
Основу экосистем составляют растения, потому что они создают органические вещества из неорганических, т.е. становятся пищевой базой для животных. Растениями питается большинство насекомых, а также травоядные животные и грызуны. Насекомые служат пищей для птиц, которыми в свою очередь питаются хищные птицы и звери. Образуется прочная цепь, в основе которого лежат пищевые связи.
Цепь питания — это последовательность организмов, в которой каждый предыдущий представитель является пищей для следующего. Например, растения ест заяц, на которого охотится волк; листья растений ест гусеница, которой питается синица и др.
Экосистемы нашей местности: степь, пресный водоем
Степь — это равнинная территория, покрытая травянистыми растениями. Изредка встречаются одиночные деревья. Лето в степи засушливое. Благоприятной временем года для растений степи является весна, когда в почве достаточно влаги. Именно в это время цветет большинство цветочных растений: звонки, шалфей, маки. К засушливым условиям лета хорошо приспособлены засухоустойчивые многолетние травы: житняк, мятлик, полынь, ковыль, перекати-поле.
Большое количество травянистых растений дает возможность прокормиться грызунам. В степи можно встретить сусликов, полевых мышей, слепышей, сурков. Также в степи много птиц: жаворонки, перепела, соколы. Живут в степи хищники, например, лисица-корсак. Селится она в норах и охотится на грызунов и птиц. Большинство из них в жару скрывается в норах или в других тайниках, а на поиски пищи отправляется ночью.
Не менее сложной и многогранной природной экосистемой нашей местности является озеро. Важным фактором для жителей экосистемы озера является свет. Вдоль берега растут камыши, рогоз. У них хорошо развито корни, прочные стебли и листья, в котором запасается . Среди их зарослей прячутся и находят пищу лягушки, стрекозы, черви и другие животные. Дальше от берега растут желтые кувшины и белые кувшинки. На разной глубине в озере много водорослей. Они имеют важное значение: образуют органические вещества (пища для животных), поглощают углекислый газ и выделяют кислород, то есть обеспечивают дыхание живых существ.
Разнообразен и животный мир озера. В толще водоема много одноклеточных животных, которыми питаются мелкие рачки (дафнии и циклопы). Общее название этих жителей — планктон. Планктон служит пищей для рыб. На дне живут (жаберницы, беззубки). Они пропускают воду через себя, очищая ее. Также много различных насекомых живут на поверхности озера или по его берегам.
Среди рыб озера есть травоядные (караси, лещи, красноперки) и хищные (окуни, щуки). Обтекаемая форма и чешуя, покрывающая тело рыб, позволяют им быстро двигаться в . Полосатую окраску в хищных рыб помогает им маскироваться среди водных растений.
Использование экосистем человеком. Охрана экосистем
Любая экосистема способна к саморегулированию, благодаря связям между организмами, которые в ней сосуществуют. Но естественных экосистем остается все меньше, потому что человек своей деятельностью изменяет их.
Каждая группировка организмов формировалось на протяжении тысячелетий. Организмы, входивших в его состав, создавали друг другу необходимые условия существования. Поэтому каждая система живет как единый организм. Плохо, когда человек вмешивается в такую группировку и нарушает установившиеся связи. Это может привести к гибели экосистем. Человек должен учитывать это в своей практической деятельности.
Для сохранения природных экосистем создают охранные территории — заповедники, заказники, национальные парки и тому подобное. Например, известный далеко за пределами России Алтайский заповедник.
Редкие и исчезающие виды животных и растений заносят в Красную книгу. Например, в нее внесены горицвет весенний, кувшинка белая, калужница европейская, бабочка махаон, тритон грибенчатый.
Охрана природы — дело каждого человека. Ваша уважительная поведение в естественной среде и бережное отношение к ней — тоже вклад в общее дело.
Искусственные экосистемы
Издавна человек осуществляла влияние на природные экосистемы, меняя их: распахивали луга и степи, вырубали леса, осушали болота, орошала засушливые . На их местах появлялись необходимые для выращивания культурных растений поля, огороды, сады, лесополосы, парки и другие группировки. Все эти системы называют искусственными экосистемами, потому что созданы они усилиями человека.
Искусственные экосистемы — это такие экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек для своей пользы.
Искусственные экосистемы состоят из растений-производителей, животных-потребителей, животных почвы — разрушителей. Главным потребителем продукции в искусственных экосистемах является человек, поэтому именно он определяет состав этих систем и поддерживает его постоянство. Например, искусственная экосистема поля представлена растениями-производителями (пшеница — главная культура, василька, березка — сорняки), потребителями (птицы, мыши, насекомые, но главный потребитель — это человек), разрушителями (животные почвы). Растительная продукция собирается и вывозится с поля. То есть те вещества, которые растения поглощали из почвы для роста и развития, не возвращаются назад, как в естественных экосистемах. Чтобы поддерживать плодородие почвы, человек должен вносить удобрения.
Искусственная экосистема представлена теми же группами организмов, что и естественная. Но разнообразие растений и животных в ней регулирует человек. В природных экосистемах нет такого понятия, как вредители: все живые существа приносят пользу системе в целом, поддерживают ее баланс. Искусственные экосистемы создают для выращивания определенных растений, поэтому все существа, которые мешают им развиваться, рассматриваются как вредители и уничтожаются.
Назначение искусственных экосистем:
- Выращивание продуктов питания (поля, огороды, теплицы).
- Защита почвы (лесополосы).
- Улучшение воздуха в городе, снижение уровня шума (деревья на улицах с активным движением автомобилей).
- Украшение города, места отдыха (скверы, парки, цветники).
- Изучение животных и растений (зоологические и ботанические сады).
Грунт. Состав почвы
Грунт — плодородный слой земли, на котором растут растения. Почва — это естественная смесь, так как его компоненты можно отделить друг от друга. Благодаря этим особенностям состава, почве свойственна способность пропускать воздух и воду.
В состав почвы входят: песок, глина, воздух, вода, органические и минеральные вещества. Состав почвы создает условия для питания растений. В воде растворяются минеральные вещества, необходимые для роста растений. В почве их запасы пополняются благодаря деятельности животных, бактерий и грибов, которые растворяют растительные и животные остатки. Так живые организмы образуют перегной, или гумус, от которого зависит важнейшее свойство почвы — плодородие.
Разнообразие почв
Название почвы часто соответствует его окраске. Например, черноземы имеют почти черную окраску. Черноземы сформировались в степях, где много травянистых растений. Надземные части этих растений отмирают ежегодно, а их остатки превращают в гумус насекомые, черви и почвенные бактерии. Этот грунт содержит наибольшее количество гумуса и образует слой толщиной до 150 см. Серые лесные почвы сформировались там, где раньше были леса. Они содержат меньшее количество перегноя, поэтому имеют более светлую окраску. Их плодородный слой достигает 100 см.
Наибольшим богатством юга России являются черноземы. Именно эти почвы обеспечивают высокие урожаи сельскохозяйственных культур, важнейшими из которых являются зерновые: пшеница, рожь и другие.
Черноземы и серые лесные почвы состоят из небольших комочков, поэтому хорошо пропускают воду и воздух, создавая благоприятные условия для развития растений. Именно эти типы почв являются самыми распространенными в южных областях России.
Плодородие почв и способы ее повышения. Понятие об удобрениях
Для того, чтобы плодородие почв не уменьшалась, необходимо вносить те вещества, которые были изъяты растениями. С этой целью в почву добавляют удобрения.
Плодородие почвы — это ее способность обеспечивать растения питательными веществами.
Удобрения — это вещества, которые специально добавляют в почву для повышения ее плодородия. Удобрения делятся на органические и минеральные.
К органическим удобрениям относятся навоз, птичий помет, торф. В почве под воздействием бактерий они превращаются в гумус. Органические удобрения улучшают структуру почвы, способствуют накоплению в нем гумуса, воды, воздуха. Воздействие на почву осуществляют периодически в течение нескольких лет (нет необходимости вносить удобрения ежегодно).
Минеральные удобрения изготавливаются из природных минералов на специальных предприятиях. Основными минеральными удобрениями являются азотные, калийные и фосфорные. Их название соответствует названию химического , которым обеспечивается растение. Минеральные удобрения добавляют в почву в разное время года: азотные и калийные растворяются быстро, поэтому их вносят весной, фосфорные растворяются медленнее — их вносят осенью. Важно соблюдать нормы внесения определенных удобрений. Чрезмерная их количество накапливается в растениях, а это представляет угрозу здоровью человека.
Чередование посевов различных растений на одном участке называют севооборотами. Такая мера также дает возможность надолго сохранить плодородие почвы.
Искусственные экосистемы: поле, сад. Уход за ними
Растения, которые человек специально выращивает для получения из них определенных продуктов, называют культурными.
Обработанные участки земли, засеянные культурными растениями, называются полями. Поле — это искусственная экосистема. На полях выращивают зерновые культуры (пшеница, рожь, кукуруза, гречка и другие), а также овощи (картофель, огурцы, морковь, свекла, помидоры и т.д.).
Все культурные растения являются результатом кропотливого труда многих людей. Ведь именно ученые вывели тысячи сортов культурных растений. Сорт — это созданная человеком совокупность определенных растений, которые имеют необходимые для человека признаки.
На поле растут также растения, которые человек специально не выращивает, но они появляются среди посевов культурных растений. Такие растения называются сорняками. Распространенными сорняками полей является березка, осот, пырей, щирица.
Кроме сорняков, растениям наносят вред некоторые животные. Например, насекомые и клещи. Они питаются растениями и тем самым снижают урожайность.
Для получения высоких урожаев человек должен ухаживать за полем: своевременно проводить обработку почвы, уничтожать сорняки, бороться с вредителями культурных растений, вносить удобрения. Существование экосистемы поля зависит от хозяйственной деятельности человека.
Также чрезвычайно распространенной искусственной экосистемой является сад. Сад — это посадка деревьев и кустарников, которые обеспечивают человека съедобными плодами. Самыми распространенными растениями сада является яблони, вишни, груши, сливы. Рядом с деревьями можно встретить ягодные кусты: смородину, малину, крыжовник и др.
В саду много насекомых и птиц. Некоторые насекомые необходимы растениям, потому что они опыляют цветки, чем способствуют повышению урожайности сада. Но большинство насекомых — вредители, которые повреждают различные части растений. Например, листовертки повреждают плоды, листья, почки деревьев и кустарников, плодожорки — плоды и побеги, щитовки — плоды и кору деревьев, жуки — корни и листья. Птицы, которые живут в саду, приносят пользу, уничтожая большое количество насекомых-вредителей. Это такие привычные для нас воробьи, синички, скворцы.
Сад нуждается в постоянном уходе. С ранней весны до поздней осени проводят обрезку сухих, поврежденных и лишних веток, отбеливают стволы деревьев известковым раствором, подкармливают растения удобрениями, рыхлят почву, убирают листья, покрывают стволы деревьев, особенно молодых, защитными составами, чтобы их кору не повредили зайцы.
Итак, сад и поле — это сложные искусственные экосистемы, где налажены взаимосвязи между всеми компонентами и существуют цепи питания. Гармоничная и продуктивный жизнедеятельность экосистем поля и сада полностью зависит от человека.
Значение искусственных экосистем в жизни человека
В жизни современного города зеленое строительство имеет очень большое значение, так как растительные группировки являются одними из главных его компонентов и единственными представителями природной среды. Зеленые насаждения нужны прежде всего как средство для создания наиболее благоприятных условий жизни человека в местах, загрязненных промышленными предприятиями. Сады, парки и скверы — это творения природы и искусства, большинство из которых призвана внести ощущение покоя в бурное и шумное течение жизни современного города.
Создать растительный комплекс в городе — значит застроить часть его территории: площади, улицы, проспекта. Поэтому процесс создания растительных насаждений в городе и называется зеленым строительством. Эта задача возложена на работников озеленительных хозяйств городов.
Задача зеленого строительства заключается в том, чтобы показать красоту растений, найти для них подходящее место среди зданий, создавая оптимальное сочетание с архитектурными сооружениями, располагая их в наиболее выгодных условиях жизни.
Также важным является учет «профессий» растений в условиях города. То, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, известно всем. Но это не единственное их назначение. Такие растения, как, например, сирень лучше других растений задерживают пыль. Хвойные растения выделяют в воздух вещества, которые уничтожают болезнетворные бактерии. А черемуха выделяет вещества, отпугивающие мух и комаров. Лучше других приспособлены к жизни в условиях задымленного городского воздуха тополя, клены, липы, дубы и некоторые другие растения. Кроме того, растительные насаждения увлажняют воздух, уменьшают шум от машин и механизмов.
Декоративные листья, красивые цветы и приятный аромат дают эстетическое наслаждение. Издавна известно о положительном, целебное воздействие на человека звуков природы: пение птиц в парках и лесопарках, успокаивающее журчание ручьев, мягкий шелест листьев.
Значение искусственных экосистем
- Выращивание продуктов питания и сырья для пищевой и легкой промышленности.
- Увлажнение воздуха.
- Закрепление берегов рек.
- Очистка воздуха.
- Научно-исследовательская работа с растениями и животными.
- Отдых и эстетическое удовольствие.
Итак, растения — это постоянные спутники человека, источник его сил и здоровья. Зеленые насаждения очищают воздух, снижают уровень шума, ароматы и краски цветов снимают нервное напряжение. Также они обеспечивают сырьем пищевую и легкую промышленность. Чтобы поддерживать жизнедеятельность искусственных экосистем, необходимо постоянно бережно заботиться о них.
Все живые организмы обитают на Земле не изолированно друг от друга, а образуя сообщества. В них все взаимосвязано между собой, как живые организмы, так и Такое образование в природе носит название экосистемы, которая живет по своим определенным законам и обладает конкретными признаками и качествами, с которыми мы попытаемся познакомиться.
Понятие экосистемы
Есть такая наука, как экология, которая занимается изучением Но данные отношения могут осуществляться только в рамках определенной экосистемы и происходить не спонтанно и хаотично, а согласно некоторым законам.
Виды экосистем бывают разные, но все они представляют собой совокупность живых организмов, которые взаимодействуют между собой и с окружающей средой путем обмена веществами, энергией и информацией. Именно поэтому, экосистема остается стабильной и устойчивой на протяжении длительного периода времени.
Классификация экосистем
Несмотря на большое разнообразие экосистем, все они являются открытыми, без этого их существование было бы невозможно. Виды экосистем разные, и классификация может быть различной. Если иметь в виду происхождение, то экосистемы бывают:
- Природные или естественные. В них все взаимодействие осуществляется без прямого участия человека. Они в свою очередь подразделяются на:
- Экосистемы, находящиеся в полной зависимости от солнечной энергии.
- Системы, которые получают энергию как от солнца, так и от других источников.
2. Искусственные экосистемы. Созданы руками человека, и существовать могут только при его участии. Они также подразделяются на:
- Агроэкосистемы, то есть те, которые связаны с хозяйственной деятельностью человека.
- Техноэкосистемы появляются в связи с промышленной деятельностью людей.
- Городские экосистемы.
Другая классификация выделяет следующие виды природных экосистем:
1. Наземные:
- Тропические леса.
- Пустыня с травянистой и кустарниковой растительностью.
- Саванна.
- Степи.
- Листопадный лес.
- Тундра.
2. Пресноводные экосистемы:
- Стоячие водоемы
- Текучие воды (реки, ручьи).
- Болота.
3. Морские экосистемы:
- Океан.
- Континентальный шельф.
- Районы с рыболовством.
- Устья рек, бухты.
- Глубоководные рифтовые зоны.
Независимо от классификации можно видеть разнообразие видов экосистемы, которое характеризуется своим набором жизненных форм и численным составом.
Отличительные признаки экосистемы
Понятие экосистема можно отнести как к природным образованиям, так и к искусственно созданным человеком. Если говорить про естественные, то для них характерны следующие признаки:
- В любой экосистеме обязательные элементы - это живые организмы и абиотические факторы среды.
- В любой экосистеме существует замкнутый цикл от производства органических веществ до их разложения на неорганические компоненты.
- Взаимодействие видов в экосистемах обеспечивает устойчивость и саморегуляцию.
Весь окружающий мир представлен различными экосистемами, в основе которых лежит живое вещество с определенной структурой.
Биотическая структура экосистемы
Даже если экосистемы отличаются между собой видовым разнообразием, обилием живых организмов, их жизненными формами, но биотическая структура в любой из них все равно одинакова.
Любые виды экосистем включают в себя одни и те же компоненты, без их наличия функционирование системы просто невозможно.
- Продуценты.
- Консументы второго порядка.
- Редуценты.
К первой группе организмов относятся все растения, которые способны к процессу фотосинтеза. Они продуцируют органические вещества. К этой же группе относятся и хемотрофы, которые образуют органические соединения. Но только для этого используют не солнечную энергию, а энергию химических соединений.
К консументам относятся все организмы, которым для построения своего тела необходимо поступление органических веществ извне. Сюда можно отнести всех растительноядных организмов, хищников и всеядных животных.
Редуценты, к которым можно отнести бактерии, грибы, превращают остатки растений и животных в неорганические соединения, пригодные для использования живыми организмами.
Функционирование экосистем
Самая большая биологическая система - это биосфера, она, в свою очередь состоит из отдельных компонентов. Можно составить такую цепочку: вид-популяция - экосистема. Самая маленькая единица, входящая в экосистемы, - это вид. В каждом биогеоценозе количество их может варьировать от нескольких десятков до сотен и тысяч.
Независимо от числа особей и отдельных видов в любой экосистеме происходит постоянный обмен веществом, энергией не только между собой, но и с окружающей средой.
Если говорить об обмене энергией, то здесь вполне можно применить законы физики. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не исчезает бесследно. Она только превращается из одного вида в другой. Согласно второму закону, в замкнутой системе энергия может только увеличиваться.
Если физические законы применить к экосистемам, то можно прийти к заключению, что поддерживают свою жизнедеятельность они благодаря наличию солнечной энергии, которую организмы способны не только улавливать, но и преобразовывать, использовать, а потом отдавать в окружающую среду.
Энергия передается от одного трофического уровня другому, во время передачи происходит превращение одного вида энергии в другой. Часть ее, конечно же, теряется в виде тепла.
Какие бы ни существовали виды природных экосистем, но такие законы действуют абсолютно в каждой.
Структура экосистемы
Если рассмотреть любую экосистему, то в ней обязательно можно видеть, что различные категории, например продуценты, консументы и редуценты, всегда представлены целым набором видов. Природой предусмотрено, если вдруг что-то случится с одним из видов, то от этого экосистема не погибнет, его всегда с успехом может заменить другой. Этим и объясняется устойчивость природных экосистем.
Большое разнообразие видов в экосистеме, разнообразие обеспечивают устойчивость всех процессов, которые осуществляются внутри сообщества.
Кроме этого, в любой системе действуют свои законы, которым подчиняются все живые организмы. Исходя из этого, можно выделить несколько структур внутри биогеоценоза:
Любая структура в обязательном порядке присутствует в любой экосистеме, но она может существенно отличаться. Например, если сравнить биогеоценоз пустыни и тропического леса, разница видна невооруженным глазом.
Искусственные экосистемы
Такие системы создаются руками человека. Несмотря на то что в них, как и в природных, в обязательном порядке присутствуют все компоненты биотической структуры, все же имеются существенные отличия. Среди них можно назвать следующие:
- Агроценозы отличаются бедным видовым составом. Там произрастают только те растения, которые выращивает человек. Но природа берет свое, и всегда, например, на поле пшеницы можно видеть васильки, ромашки, различные членистоногие поселяются. В некоторых системах даже птицы успевают свить на земле гнездо и вывести птенцов.
- Если человек не будет ухаживать за данной экосистемой, то культурные растения не выдержат конкуренции со своими дикими сородичами.
- Агроценозы существуют еще за счет дополнительной энергии, которую привносит человек, например, внося удобрения.
- Так как выросшая биомасса растений изымается вместе с урожаем, то почва обедняется питательными веществами. Поэтому для дальнейшего существования опять необходимо вмешательство человека, которому придется вносить удобрения, чтобы вырастить следующий урожай.
Можно сделать вывод, что искусственные экосистемы не принадлежат к устойчивым и саморегулирующимся системам. Если человек перестанет за ними ухаживать, они не выживут. Постепенно дикорастущие виды вытеснят культурные растения, и агроценоз будет разрушен.
Например, искусственная экосистема из трех видов организмов легко может быть создана в домашних условиях. Если поставить аквариум, налить в него воды, поместить несколько веточек элодеи и поселить две рыбки, вот вам искусственная система готова. Даже такая простая не сможет существовать без вмешательства человека.
Значение экосистем в природе
Если говорить глобально, то все живые организмы распределены по экосистемам, поэтому их важность сложно недооценить.
- Все экосистемы связаны между собой круговоротом веществ, которые могут мигрировать из одной системы в другую.
- Благодаря наличию экосистем в природе сохраняется биологическое разнообразие.
- Все ресурсы, которые мы черпаем из природы, дают нам именно экосистемы: чистую воду, воздух,
Любую экосистему очень легко разрушить, тем более учитывая возможности человека.
Экосистемы и человек
С момента появления человека его влияние на природу увеличивалось с каждым годом. Развиваясь, человек возомнил себя царем природы, стал не задумываясь уничтожать растения и животных, разрушать природные экосистемы, тем самым стал рубить сук, на котором сидит сам.
Вмешиваясь в вековые экосистемы и нарушая законы существования организмов, человек привел к тому, что уже все экологи мира кричат в один голос, что наступил мировой Большинство ученых уверены, что природные катаклизмы, которые в последнее время стали происходить все чаще, являются ответом природы на бездумное вмешательство человека в ее законы. Пора остановиться и задуматься, что любые виды экосистем формировались веками, задолго до появления человека, и прекрасно существовали без него. А вот человечество сможет прожить без природы? Ответ напрашивается сам собой.
Лекция №6 . Искусственные экосистемы
Естественные и искусственные экосистемы
В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, - антропогенные экосистемы.
Естественные экосистемы отличаются значительным видовым разнообразием, существуют длительное время, они способны к саморегуляции, обладают большой стабильностью, устойчивостью. Созданная в них биомасса и питательные вещества остаются и используются в пределах биоценозов, обогащая их ресурсы.
Искусственные экосистемы – агроценозы (поля пшеницы, картофеля, огороды, фермы с прилегающими пастбищами, рыбоводные пруды и др.) составляют небольшую часть поверхности суши, но дают около 90% пищевой энергии.
Развитие сельского хозяйства с древних времен сопровождалось полным уничтожением растительного покрова на значительных площадях для того, чтобы освободить место для небольшого количества отобранных человеком видов, наиболее пригодных для питания.
Однако первоначально деятельность человека в сельскохозяйственном обществе вписывалась в биохимический круговорот и не изменяла притока энергии в биосфере. В современном сельскохозяйственном производстве резко возросло использование синтезированной энергии при механической обработке земли, использовании удобрений и пестицидов. Это нарушает общий энергетический баланс биосферы, что может привести к непредсказуемым последствиям.
Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
(по Миллеру, 1993)
| Природная экосистема (болото, луг, лес) | Антропогенная экосистема (поле, завод, дом) |
| Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию | Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива |
| Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода | Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого топлива |
| Формирует плодородную почву | Истощает или представляет угрозу для плодородных почв |
| Накапливает, очищает и постепенно расходует воду | Расходует много воды, загрязняет ее |
| Создает местообитания различных видов дикой природы | Разрушает местообитания многих видов дикой природы |
| Бесплатно фильтрует и обеззараживает загрязнители и отходы | Производит загрязнители и отходы, которые должны обеззараживаться за счет населения |
| Обладает способностью самосохранения и самовосстановления | Требует больших затрат для постоянного поддержания и восстановления |
Искусственные экосистемы
Агроэкосистемы
Агроэкосистема (от греч. agros - поле) - биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования.
К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами.
Характерная особенность агроэкосистем - малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естественных экосистем - упрощенная структура и обедненный видовой состав.
Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей:
1.Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции.
На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить разве что несколько видов сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктивность во много раз уступает засеянному полю.
Искусственная регуляция численности вредителей - по большей части необходимое условие поддержания агроэкосистем. Поэтому в сельскохозяйственной практике применяют мощные средства подавления численности нежелательных видов: ядохимикаты, гербициды и т.д. Экологические последствия этих действий приводят, однако, к ряду нежелательных эффектов, кроме тех, для которых они применяются.
2.Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора, и не могут выдерживать борьбу за существование с дикими видами без поддержки человека.
В результате происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.
3. Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв.
В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания.
В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании монокультуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Данное положение в экологии называется законом убывающего плодородия .
Таким образом, для расчетливого и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодородие почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов.
Смена растительного покрова в агроэкосистемах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия.
Главное отличие агроэкосистемы от природных экосистем - получение дополнительной энергии для нормального функционирования.
Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимой в агроэкосистемы. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные виды горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д. В понятие «дополнительная энергия» входят также новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистем.
Следует отметить, что агроэкосистемы - крайне неустойчивые сообщества . Они не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней.
Причина нестабильности состоит в том, что агроценозы слагаются одним (монокультуры) или реже максимум 2–3 видами. Именно поэтому любая болезнь, любой вредитель может уничтожить агроценоз. Однако человек сознательно идет на упрощение структуры агроценоза, чтобы получить максимальный выход продукции. Агроценозы в гораздо большей степени, чем естественные ценозы (лес, луг, пастбища), подвержены эрозии, выщелачиванию, засолению и нашествию вредителей. Без участия человека агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, ягодных растений – 3–4, плодовых культур – 20–30 лет. Затем они распадаются или отмирают.
Преимуществом агроценозов перед естественными экосистемами является производство необходимых для человека продуктов питания и большие возможности увеличения продуктивности. Однако они реализуются только при постоянной заботе о плодородии земли, обеспечении растений влагой, охране культурных популяций, сортов и пород растений и животных от неблагоприятных воздействий естественной флоры и фауны.
Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком .
В отношении к сообществам, складывающимся в агроэкосистемах, постепенно меняются акценты в связи с общим развитием экологических знаний. На смену представлениям об обрывочности, осколочности ценотических связей и предельной упрощенности агроценозов возникает понимание их сложной системной организации, где человек существенно влияет лишь на отдельные звенья, а вся система продолжает развиваться по естественным, природным законам.
С экологических позиций крайне опасно упрощать природное окружение человека, превращая весь ландшафт в агрохозяйственный. Основная стратегия создания высокопродуктивного и устойчивого ландшафта должна заключаться в сохранении и умножении его многообразия.
Наряду с поддержанием высокопродуктивных полей следует особенно заботиться о сохранении заповедных территорий, не подвергающихся антропогенному воздействию. Заповедники с богатым видовым разнообразием являются источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.
- Вводный урок бесплатно ;
- Большое число опытных преподавателей (нейтивов и русскоязычных);
- Курсы НЕ на определенный срок (месяц, полгода, год), а на конкретное количество занятий (5, 10, 20, 50);
- Более 10 000 довольных клиентов.
- Стоимость одного занятия с русскоязычным преподавателем - от 600 рублей , с носителем языка - от 1500 рублей
Искусственные экосистемы.
Искусственные экосистемы (нообиогеоценозы или социоэкосистемы ) - это совокупность организмов, живущих в созданных человеком условиях. В отличие от экосистемы включает в себя дополнительное равноправное сообщество, называемое нооценозом .
Нооценоз - это часть искусственной экосистемы, включающая в себя средства труда, общество и продукты труда.
Агроценоз — это биоценоз, искусственно созданный человеком для своих целей с определенным уровнем и характером продуктивности.
В настоящее время агроценозами занято около десяти процентов суши.
Несмотря на то, что в агроценозе, как и в любой природной экосистеме, существуют обязательные трофические уровни — продуценты, консументы, редуценты, образующие типичные трофические сети, между этими двумя типами сообществ существуют довольно большие различия:
1) В агроценозах резко снижено разнообразие организмов. Однообразие и видовую бедность агроценозов человек поддерживает специальной сложной системой агротехнических мер. На полях обычно культивируют один вид растений, в связи с чем резко обедняется и животное население, и состав микроорганизмов почвы. Однако даже самые обедненные агроценозы включают несколько десятков видов организмов, принадлежащих к разным систематическим и экологическим группам. Например, в агроценоз пшеничного поля, кроме пшеницы, входят сорняки, насекомые - вредители пшеницы и хищники, беспозвоночные — обитатели почвы и напочвенного слоя, патогенные грибы и др.
2) Виды, культивируемые человеком, поддерживаются искусственным отбором и не могут выдерживать борьбу за существование без поддержки человека.
3) Агроэкосистемы получают дополнительную энергию благодаря деятельности человека, обеспечивающей дополнительные условия роста культивируемых растений.
4) Чистая первичная продукция агроценоза (биомасса растений) удаляется из экосистемы в виде урожая и не поступает в цепи питания. Частичное потребление ее вредителями всячески пресекается деятельностью человека. В результате этого почва обедняется минеральными веществами, необходимыми для жизнедеятельности растений. Следовательно, снова необходимо вмешательство человека в виде внесения удобрений.
В агроценозах ослаблено действие естественного отбора и действует в основном искусственный отбор, направленный на максимальную продуктивность растений, нужных человеку, а не тех, которые лучше приспособлены к окружающим условиям.
Таким образом, агроценозы, в отличие от природных систем, не являются саморегулирующимися системами, а регулируются человеком. Задачей такой регуляции является повышение продуктивности агроценоза. Для этого орошаются засушливые и осушаются переувлажненные земли; уничтожаются сорняки и поедающие урожай животные, меняются сорта культивируемых растений и вносятся удобрения. Все это создает преимущества только для культивируемых растений.
В отличие от природной экосистемы агроценоз неустойчив, он быстро разрушается, т.к. культурные растения не выдержат конкуренции с дикорастущими и будут ими вытеснены.
Для агробиоценозов также характерен краевой эффект в размещении насекомых вредителей. Они концентрируются в основном в краевой полосе, а центр поля заселяют в меньшей степени. Указанное явление связано с тем, что в переходной полосе резко обостряется конкуренция между отдельными видами растений, а это в свою очередь, снижает у последних уровень защитных реакций против насекомых.
Экосистема - это система или группа взаимосвязанных элементов, которая образовалась из взаимодействия объединения организмов с окружающей средой. Это сокращённое обозначение от словосочетания "экологическая система".
Экосистема - это любая система или сеть взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, как, например, в бизнесе.
Это слово произошло от сочетания двух греческих слов Οικος (дом/жилище) + Σύστημα (система).
Артур Тенсли (британский ботаник, преподаватель университета и эколог) считается первым, кто использовал это слово в 1930–1935 годах. Он же был одним из первых в мире экологов.
Что именно создаёт экосистему, так это совокупность индивидуальной физико-химической среды (биотопа) с объединением живых организмов (биоценозом). Артур Тенсли представил данную формулировку: биотоп + биоценоз = экосистема.
Изображение водной экосистемы
Экосистема и биогеоценоз
"Экосистема" и "биогеоценоз" - это не синонимы, они лишь близки по значению. Биогеоценоз - экосистема в границах фитоценоза.
Фитоценоз - растительное сообщество, совокупность совместно существующих организмов на одном участке земной поверхности.
Экосистема - это более общая концепция. Любой биогеоценоз - экосистема, но не любая экосистема - биогеоценоз.
Виды экосистем
Состав экосистем зависит от нескольких факторов, таких как геологические условия, климат, влияние человека.
Природные и искусственные
По степени вмешательства человека экосистемы делятся на природные и искусственные.
Естественные (природные) экосистемы
Развиваются под воздействием природы, человек может влиять на них, однако несущественно. Примерами таких систем можно назвать: леса (не засаженные человеком), мангровые заросли, коралловые рифы и т. д.
Коралловый риф, остров Хавелок, Андаманские острова
Антропогенные (искусственные) экосистемы
Формируются человеком в процессе его хозяйственной деятельности (например: сельскохозяйственные посевы, лесопосадки, стройка городов, организация ферм устриц).
Аквакультура в заливе в западной Греции
(аквакультура - разведение/содержание водных особей: рыб, водорослей и т. д.).
Автотрофные и гетеротрофные экосистемы
Естественные и искусственные экосистемы могут быть автотрофные и гетеротрофные. Различие в источнике энергии, который по большей части обеспечивает их жизнедеятельность.
Автотрофные экосистемы
Существуют преимущественно на энергетическом самообеспечении. Они делятся на фотоавтотрофные (использующие солнечную энергию за счёт своих продуцентов-фотоавтотрофов) и хемоавтотрофные (потребляющие химическую энергию за счёт продуцентов-хемоавтотрофов).
Большинство экосистем являются фотоавтотрофными. Например, человек вносит энергию в сельскохозяйственные экосистемы (они тоже являются фотоавтотрофными), которая именуется антропогенной (горючее для тракторов или удобрения и т. п.), но её роль не имеет большого значения по сравнению с применённой экосистемой солнечной энергии.
Развитие естественных хемоавтотрофных экосистем происходит в подземных водах. Человек производит антропогенные хемоавтотрофные экосистемы из микроорганизмов (грибов и бактерий).
Гетеротрофные экосистемы
Потребляют преимущественно химическую энергию, которую приобретают от органических веществ либо от энергетических устройств, произведённых людьми.
Экосистема океанических глубин, куда не доходит солнечный свет, является примером естественной гетеротрофной экосистемы.
Микроорганизмы и животные, которые находятся в ней, живут и питаются “питательным дождём” (остатки организмов и трупы, которые упали на дно, из озарённой солнцем автотрофной океанической экосистемы).
Антропогенные гетеротрофные экосистемы бывают очень разные. Например, промышленные предприятия или города. По линиям электропередач в них поступает энергия, по нефтепроводам и газопроводам, в цистернах, вагонах.
Подобные экосистемы извлекают долю энергии благодаря зелёным растениям, но она несущественна по сравнению с энергией, приобретённой извне.
К таким экосистемам также принадлежат:
- биологические очистные сооружения, где микроорганизмы разлагают органические вещества, в частности установки по сбраживанию навоза;
- фабрики по вермикультивированию (фабрики по разведению дождевых червей), которые трансформируют органическое вещество, такое как солома, опилки или навоз;
- плантации шампиньонов (для выживания им необходим органический субстрат и тепло);
- рыборазводные пруды и другие.
Наземные экосистемы и водные
Абсолютно все экосистемы на Земле делятся на наземные экосистемы и водные.
Наземные экосистемы
Наземные экосистемы также именуются биомами. Это главные экосистемы суши: пустыни, степи, леса и т. д. Наиболее значительные отличия между этими экосистемами на различных территориях мира формулируются разнообразными факторами: соотношениями средней температуры, типом почв, среднегодовым количеством осадков.
Взаимодействие этих разнообразных факторов служит причиной к формированию умеренных, тропических и полярных вариантов лесных, пустынных и травянистых экосистем.
Хвойный лес рядом со скалами
Водные экосистемы
Это экосистемы гидросферы. Эти экосистемы отличаются между собой средней температурой воды, количеством растворённых питательных веществ (солёностью воды) и глубиной проникновения солнечных лучей.
Примеры водных экосистем: реки, озёра, коралловые рифы, болота, степные блюдца и др.
Ильменское озеро, на Южном Урале
Экотон
Это переходящая территория между двумя соприкасающимися экосистемами. Зачастую и большие, и малые экосистемы не имеют точных рубежей.
Болото на Воттовааре;
Барьер, где болото соприкасается с лесом, и есть экотон.
Таким образом, экотон содержит виды деструкторов, растений и животных из обеих соседних экосистем. Нередко происходит, что в экотоне встречаются виды живых организмов, которые не существуют в соседних экосистемах.
В итоге экотон имеет в своём наличии большее разнообразие организмов, чем в соприкасающихся территориях.
Макроэкосистема, мезоэкосистема, микроэкосистема
Экологические системы также различаются по своему размеру.
Макроэкосистема
Система огромного размера, которая состоит из множества небольших систем. Примерами таких систем будут: океан, пустыня или субтропический лес. Все они населены тысячами видов животных, растений и бактерий, нужных для её исправного функционирования.
Мезоэкосистема
Этот вид экосистем уже не очень большого размера. Примерами таковых будут: система отдельно рассматриваемого пруда или лесного массива, либо же система одной изолированной поляны.
Микроэкосистема
Микроэкосистема - это система малых размеров. Она работает в миниатюре и имитирует функционирование других экосистем большого размера. Примерами таких систем будут: сад в бутылке, аквариум, лужа (она населена множеством микроорганизмов), труп животного и т. д..
Структура экосистемы
Структура экосистемы - это в основном описание организмов и физических особенностей среды, включая количество и распределение питательных веществ в определённой среде обитания.
Также предоставляется информация о диапазоне климатических условий, преобладающих на данной территории.
Все экосистемы состоят из следующих основных компонентов:
- абиотические компоненты;
- биотические компоненты.
Абиотические компоненты
Экологические отношения проявляются в физико-химической среде. Абиотический компонент экосистемы включает основные неорганические элементы и соединения.
Климатические факторы
Включает в себя такие физические факторы, как влажность, воздушные потоки и солнечная радиация. Лучистая энергия солнца является единственным существенным источником энергии для любой экосистемы.
Эдафические (почвенные) факторы
Почвенные факторы включают в себя рельеф, кислотность почвы, минерализацию и т. д.
Биотические компоненты
Биотические компоненты включают в себя все живые организмы, присутствующие в экологической системе.
С точки зрения питания биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:
- автотрофы (продуценты);
- гетеротрофы (консументы);
- сапротрофы (редуценты).
Автотрофы (продуценты)
Это все зелёные растения, которые используют солнечную энергию и производят еду (органические вещества) из неорганических веществ. Это синезелёные водоросли и некоторые микроорганизмы.
Гетеротрофы (консументы)
Включают тех, которые питаются готовыми органическими веществами, берут пищу от автотрофов: всеядные, травоядные и хищники.
Сапротрофы (редуценты)
Для питания они уничтожают мёртвые органические соединения растений (продуцентов) и животных (консументов), выбрасывают в окружающую среду простые, органические и неорганические вещества, которые были произведены как побочный продукт их метаболизма. Это бактерии и грибы.
Замкнутая экосистема
Это экосистема, в которой не ожидается какой-либо обмен веществ со средой за её пределами.
Опыт с садом в бутылке Дэвида Латимера
Британец Дэвид Латимер провёл великолепный опыт с садом в бутылке. Он посадил его в 1960 году и не поливал с 1972 года, но садик продолжает процветать в своей замкнутой экосистеме.
Посаженные им внутрь выносливые традесканции выросли, заполнив почти 40-литровый контейнер, выжив на всём переработанном: воздухе, питательных веществах и воде.
Дэвид Латимер сказал, что бутыль стоит в 1,5-2 метрах от окна, чтобы растение получало немного солнца. Оно растёт в сторону солнечного света, поэтому его нужно периодически разворачивать, чтобы оно росло равномерно.
Также Дэвид Латимер сказал, что он никогда не подрезал растение, но выглядит так, будто оно выросло до пределов бутылки.
Как работают сады в бутылках
Сады в закрытых бутылках действуют, потому что их герметичное пространство создаёт абсолютно самостоятельную экосистему, в которой растения могут выжить, используя фотосинтез для утилизации питательных веществ.
Единственное, что необходимо из внешней среды - солнечный свет, поскольку он обеспечивает его энергией, необходимой для создания собственной пищи, а значит и продолжения роста.
Свет, который попадает на листья растения, поглощается белками, содержащими хлорофиллы (зелёный пигмент).Часть этой световой энергии хранится в форме аденозинтрифосфата (АТФ), молекулы, которая хранит энергию.
Остальная часть используется для удаления электронов из воды, поглощаемой из почвы через корни растения. Эти электроны затем используются в химических реакциях, которые превращают углекислый газ в углеводы, высвобождая кислород.
Этот процесс фотосинтеза является противоположным клеточному дыханию, которое происходит в других организмах (включая людей), где углеводы, содержащие энергию, реагируют с кислородом для получения углекислого газа, воды и высвобождения химической энергии.
Но экосистема также использует клеточное дыхание для разрушения разлагающегося материала, которое оставляет растение.
В этой части процесса бактерии внутри почвы (сада в бутылке) поглощают отходы кислорода растения и выделяют углекислый газ, который растущее растение может повторно использовать.
И, конечно, ночью, когда нет солнечного света для фотосинтеза, растение также будет использовать клеточное дыхание, чтобы поддерживать себя в живых, разбивая сохранённые питательные вещества.
Поскольку сад в бутылке является закрытой средой, это означает, что его водный цикл также является автономным процессом.
Вода в бутылке поглощается корнями растения, высвобождается в воздух во время транспирации, конденсируется в почвосмеси, где цикл начинается снова.
Биосфера-2
Ещё в конце 1980-х годов был начат проект "Биосфера-2". Учёные задались вопросом, смогут ли они воспроизвести экосистемы Земли.
Для этого они построили среду с закрытой системой 12.000 м² в пустыне Сонора, за пределами города Тусон, штат Аризона.
Подразумевается, что Биосфера-1 - Земля, так команда объяснила цифру "2" в названии проекта.
Идея состояла в том, чтобы проверить, смогут ли они воссоздать экосистемы Земли в закрытой среде, чтобы люди могли выжить в космосе в течение длительного времени.
26 сентября 1991 года 8 человек-добровольцев (4 мужчины и 4 женщины) ради эксперимента были оторваны от мира и закрыты в "Биосфере-2".
Они собирались жить внутри этого сооружения на протяжении двух лет, поддерживая контакт с окружающим миром лишь через компьютер.
Однако в самом начале эксперимента одна из "биосферцев" получила травму, из-за чего ей пришлось сразу же покинуть её новый дом.
Потом, спустя около года, оставшиеся жители-добровольцы "Биосферы-2"стали замечать, что количество кислорода почему-то стало резко падать.
И учёным пришлось закачивать кислород из внешней среды, таким образом, конечно, ни о какой чистоте этого эксперимента уже не могло быть и речи.
Следом у них начались проблемы с выращиванием еды чтобы себя прокормить. Начались проблемы сплочённости: маленькая группа разделилась на два лагеря. Опасаясь за жизнь "биосферцев", учёные были вынуждены прекратить эксперимент.
В марте 1994 года была предпринята вторая попытка заселить людей на "Биосферу-2". Эта группа решила некоторые проблемы, возникшие у первой, однако из-за разногласий внутри команды миссия закончилась спустя шесть месяцев.
На данный момент "Биосфера-2" принадлежит Аризонскому университету, который восстановил там свои исследования в 2011 году.
