Типы структура и функции антропогенных экосистем. Антропогенная экосистема. Вопросы для самоконтроля

Содержание

I . Антропогенные экосистемы

II . Понятие агроэкосистемы

III . Городские экосистемы
IV . Промышленное загрязнение среды

V . Загрязнение почвы

VI . Антропогенное воздействие на леса, лесопользование

Используемая литература

I. Антропогенные экосистемы

Отличительная черта антропогенных экосистем состоит в том, что доминирующий экологический фактор в них представлен сообществом людей и продуктами его производственной и общественной деятельности.

В антропогенной экосистеме искусственная среда преобладает над естественной.

Важнейшие современные антропогенные экосистемы: города, сельские поселения, транспортные коммуникации.

Города - особая среда обитания. Они возникли 7000 лет назад. К 1950 году проживало 28%, к 1970 - 40%, к 2000 - 70-90%. В настоящее время 1/3 горожан проживают в городах.

Несмотря на то, что урбанизация в целом явление прогрессивное (концентрация производства, увеличение производительности труда, организация быта, легче решаются вопросы трудоустройства, снабжения, мед. обслуживания, образования, быта), однако, возникает и целый ряд проблем:

1. Изменение природной среды.

2. Обилие отходов.

3. Создается благоприятная обстановка для распространения инфекционных и инверсионных заболеваний.

4. Сокращается длительность солнечного освещения.

5. Высокая плотность населения приводит к перенапряжению нервной системы.

6. Падение физической активности.

7. Разбалансировка питания.

II. Понятие агроэкосистемы
Понятие «экосистема» предложил англичанин Артур Тенсли в 1935 г. Знание законов организации экосистем позволяет использовать их или даже менять, не разрушая до конца систему возникших природных связей.
Понятие «агроэкосистема» как сельскохозяйственный вариант экосистемы появилось в 60-е гг. Им обозначают участок территории, сельскохозяйственный ландшафт, соответствующий хозяйству. Все его элементы связаны уже не только биологически и геохимически, но и экономически. Профессор Л. О. Карпачевский в предисловии к русскому переводу американской книги «Сельскохозяйственные экосистемы» подчеркнул двойственную социально-биологическую природу агро-экосистемы, структуру которой во многом определяет человек. По этой причине агроэкосистемы относятся к числу так называемых антропогенных (т.е. созданных человеком) экосистем. Однако она все же ближе к естественной экосистеме, чем, скажем, к другому варианту антропогенных экосистем - городских.
Агроэкосистемы это антропогенные (т.е. созданные человеком) экосистемы. Человек определяет их структуру и продуктивность: он распахивает часть земель и высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища на месте лесов, разводит сельскохозяйственных животных.
Агроэкосистемы автотрофны: их основной источник энергии - солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1 % солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.
Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.
Сельскохозяйственные экосистемы или агроэкосистемы (АгрЭС) относятся к числу антропогенных экосистем, которые наиболее близки к естественным. Эти ансамбли видов искусственны, так как состав выращиваемых растений и разводимых животных определяет человек, стоящий на вершине экологической пирамиды и заинтересованный в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции: зерна, овощей, молока, мяса, хлопка, шерсти и т.д. В то же время АгрЭС, как и естественные экосистемы, автотрофны. Основным источником энергии для них является Солнце. Вся вводимая в АгрЭС антропогенная энергия, затрачиваемая на вспашку земли, удобрение, обогрев животноводческих помещений, называется антропогенной энергетической субсидией (АС). АС составляет не более 1% общего энергетического бюджета АгрЭС. Именно АС является причиной разрушения агроресурсов и загрязнения окружающей среды, что осложняет решение проблемы обеспечения FS. Снижение величины АС - основа обеспечения FS.
Величина АС в АгрЭС может меняться в самых широких пределах, и если соотнести ее с количеством энергии, содержащейся в готовом продукте, то это отношение будет меняться от 1/15 до 30/1. В первобытных (но еще сохранившихся) огородах папуасов на одну калорию мускульной энергии получается не менее 15 калорий пищи, но всего лишь одна калория пищи получается при вложении 20-30 калорий энергии в интенсивном сельском хозяйстве. Разумеется, такое интенсивное хозяйство позволяет получать по 100 ц зерна с 1 га, по 6000 л молока от одной коровы и более 1 кг ежесуточного привеса у животных, откармливаемых на мясо. Однако цена этих успехов слишком дорога. Разрушение агроресурсов, которое в последние 20-30 лет приняло угрожающие масштабы, вносит свой вклад в приближение грядущего экологического кризиса.
"Зеленая революция", произошедшая в 60-70-е годы нашего столетия, когда благодаря ее отцу - лауреату Нобелевской премии Н. Берлоугу на полях появились карликовые сорта с урожайностью, превышающей таковую в традиционных культурах в 2-4 раза, и новые породы скота - "биотехнологические монстры", нанесла наиболее ощутимый удар по биосфере. При этом к началу 80-х годов производство зерна стабилизировалось и даже наметилась тенденция его уменьшения из-за утери почвами естественного плодородия и снижения эффективности удобрений. Население планеты при этом продолжает бурно расти, и в итоге количество зерна, производимого в мире в пересчете на одного человека, начало снижаться.

III. Городские экосистемы
Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями или солнечными батареями, расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это - месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции.
Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек использует для непосредственного употребления. Основную часть воды тратят на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного гражданина приходится до 1000 л в сутки.
Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии - она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы.
Растения, в составе городских экосистем растут в парках, садах, на газонах, их главное назначение - регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в неё при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют также большое эстетическое и декоративное значение.
Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных - спутников человека. В её составе - птицы (воробьи, скворцы, голуби), грызуны (крысы и мыши), и насекомые (тараканы, клопы, моль). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, воробьи). Это санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы.
Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов - сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта. Наконец, он определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а последние годы и в России, быстро "расползаются" за счет загородного коттеджного строительства. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их "расползание"
требует строительства новых шоссейных дорог, что уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода.

IV. Промышленное загрязнение среды
В городских экосистемах наиболее опасно для природы промышленное загрязнение.
Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. Наиболее распространенные загрязнители - сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, хлор, и др. В некоторых случаях из двух или относительно нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы.
Главные источники загрязнения - ТЭС. Сильно загрязняют атмосферу также котельные, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.
Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными видами, нефть и нефтепродукты также разливаются при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.
Пока количество загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ними справиться и начинаются необратимые последствия. Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.
Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.
Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.
Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднявшуюся на поверхность вместе с нефтью при её откачке. Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается не пригодной для питья.
Шумовое загрязнение. Источником шумового загрязнения может быть промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите. Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Самолеты не должны летать над городами.
и т.д.................

Общие представления об антропогенных экосистемах

1.1 Типы экосистем

Опираясь на энергетические особенности существующих систем, можно их классифицировать, приняв энергию за основу, и выделил четыре фундаментальных типа экосистем:

1. природные: движимые Солнцем, несубсидируемые;

2. природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками;

3. движимые Солнцем и субсидируемые человеком;

4. индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим и ядерным).

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее. Первые два типа - это природные экосистемы, а третий и четвертый следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относятся эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Экосистемы первого типа занимают громадные площади - одни океаны - это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» на поддержание своей жизнедеятельности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых для жизни самого человека. Но главное именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним можно отнести третий тип - это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации - это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почв, сев, уборка урожая и др. - это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т.е. снижении видового разнообразия вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (таблица 1).

Таблица 1

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.

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одной или нескольких растений. Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обуславливается затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на образование почв и т.д.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса.

Животноводство - это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников - как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

По мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые экосистемы в простые молодые продуктивные. На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличивается использование топливо-энергетичеких ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов (таблица 1).

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы (засухи), ее уже не восстановить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача - сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ним более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики - природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе действительное различие между системами лишь в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими (одним-двумя) видами, а в природной - многими видами и веществами.

В экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы - энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше.

1.2 Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

Главная цель создаваемых сельхозсистем - рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека - источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая - чистой продукции автотрофов.

Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2).

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

· снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза;

· видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным;

· культурные пастбища (с посевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи. Всячески пресекаются человеком.

5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов - это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Таблица 2

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем.

Природные экосистемы	Агроэкосистемы
Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции.	Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы.
Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией.	Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения и животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы.
Продуктивность определяется приспособленными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ.	Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей.
Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» происходит почти одновременно с «производством».	Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время.

Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

Анализ проблемы использования лесных ресурсов

Лесной пожар - это стихийное, неуправляемое распространение огня по лесным площадям. Причины возникновения пожаров в лесу принято делить на естественные и антропогенные...

Воздействие человека на природу

Система (греч. systema - целое, составленное из частей) - множество элементов, находящихся в связях и отношениях друг с другом, образующих определённую целостность, единство. Главное, что определяет систему...

Зависимость жизнедеятельности живых существ от их биоритмов

Всех людей по динамике работоспособности можно условно разделить на: Совы (представители этого типа людей наиболее эффективно работают в вечернее, и даже ночное время). Рекомендуется самую напряженную работу выполнять в 5-6 часов вечера...

Исследование методов и аппаратов для очистки выбросов ТЭС в атмосферу

В зависимости от мощности ТЭС, зольности топлива, физико-химических свойств золы, санитарно-гигиенических условий в районе расположения электростанций выбирается тип золоуловителей...

Ленточные леса Алтая и их рекреационное использование

Леса Западной Сибири и их экологическая роль

Изучение типов леса в Западной Сибири началось давно. Уже вполне определенные термины использовались лесоводами при съемке и лесоустройстве Алтайских лесов в XVIII--начале XIX в. (например, на картах Бровцына, Кузнецова, Фролова, Колычева и др.)...

Отношения организмов в агросистемах

Агроэкосистемы, как и естественные экосистемы, состоят из множества взаимосвязанных биологических, физических и химических компонентов...

Пищевые цепи и трофические уровни

Существует 2 основных типа трофических цепей -- пастбищные и детритные. В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон...

Среди большого разнообразия судовых инсинераторов можно рассмотреть следующие: Ш Инсинератор GS-500. Ш Инсинератор СП-10 и инсинератор СП-50. Ш ИН-50. Ш Инсинератор VTH-30. Инсинератор GS-500 (Норвежского производства). Установка состоит из двух камер...

Строение биосферы. Загрязнение экосистем. Проведение экологической экспертизы

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами (табл.1) в зависимости от специфики отраслей промышленности. Следует заметить...

Экология и историческое развитие человечества

История развития и распространения человечества по планете говорит о том, что люди достаточно легко приспосабливаются (адаптируются) к новым условиям среды...

Ядерное оружие: типы, физика, поражающие факторы, экологические последствия

Ядерное оружие основано на использовании внутренней энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер или при термоядерных реакциях синтеза...

Экосистемы - это единые природные комплексы, которые образованы совокупностью живых организмов и среды их обитания. Изучением этих формирований занимается наука экология.

Термин «экосистема» появился в 1935 г. Использовать его предложил английский эколог А. Тенсли. Природный или природно-антропогенный комплекс, в котором как живые, так и косвенные составляющие находятся в тесной взаимосвязи посредством обмена веществ и распределения потока энергии - все это входит в понятие «экосистема». Виды экосистем при этом бывают различными. Эти основные функциональные единицы биосферы подразделяет на отдельные группы и изучает экологическая наука.

Классификация по происхождению

На нашей планете существуют различные экосистемы. Виды экосистем классифицируются определенным образом. Однако связать воедино все многообразие этих единиц биосферы невозможно. Именно поэтому существует несколько классификаций экологических систем. Например, разграничивают их по происхождению. Это:

1. Естественные (природные) экосистемы . К ним относятся те комплексы, в которых круговорот веществ осуществляется без какого-либо вмешательства человека.
2. Искусственные (антропогенные) экосистемы. Они созданы человеком и способны существовать только при его непосредственной поддержке.

Естественные экосистемы

Природные комплексы, существующие без участия человека, имеют свою внутреннюю классификацию. Существуют следующие виды естественных экосистем по энергетическому признаку:

Находящиеся в полной зависимости от солнечного излучения;

Получающие энергию не только от небесного светила, но и от других естественных источников.

Первый из этих двух видов экосистем является малопродуктивным. Тем не менее такие природные комплексы крайне важны для нашей планеты, поскольку существуют на огромных площадях и влияют на формирование климата, очищают большие объемы атмосферы и т.д.

Природные комплексы, получающие энергию от нескольких источников, являются наиболее продуктивными.

Искусственные единицы биосферы

Различны и антропогенные экосистемы. Виды экосистем, входящих в эту группу, включают в себя:

Агроэкосистемы, появляющиеся как результат ведения человеком сельского хозяйства;

Техноэкосистемы, возникающие в результате развития промышленности;

Урбаноэкосистемы, являющиеся результатом создания поселений.

Все это виды антропогенных экосистем, созданных при непосредственном участии человека.

Разнообразие естественных компонентов биосферы

Типы и виды экосистем природного происхождения бывают различными. Причем экологи выделяют их исходя из климатических и природных условий их существования. Так, различают три группы и целый ряд разнообразных единиц биосферы.

Основные виды экосистем природного происхождения:

Наземная;

Пресноводная;

Морская.

Наземные природные комплексы

Многообразие видов экосистем наземного типа включает в себя:

Арктическую и альпийскую тундру;

Хвойные бореальные леса;

Листопадные массивы умеренной зоны;

Саванны и тропические злаковники;

Чапарали, являющиеся районами с засушливым летом и дождливой зимой;

Пустыни (как кустарниковые, так и травянистые);

Полувечнозеленые тропические леса, расположенные в районах с ярко выраженными сухими и влажными сезонами;

Тропические вечнозеленые дождевые леса.

Кроме основных видов экосистем существуют и переходные. Это лесотундры, полупустыни и т. д.

Причины существования различных видов естественных комплексов

По какому принципу размещаются на нашей планете различные природные экосистемы? Виды экосистем естественного происхождения находятся в той или иной зоне в зависимости от количества осадков и температуры воздуха. Известно, что климат в различных уголках земного шара имеет существенные различия. При этом неодинакова и годовая сумма выпадающих осадков. Она может находиться в пределах от 0 до 250 и более миллиметров. При этом осадки выпадают либо равномерно в течение всех сезонов, либо приходятся в основной доле на определенный влажный период. Разнится на нашей планете и среднегодовая температура. Она может иметь значения от отрицательных величин или достигать тридцати восьми градусов тепла. Различно и постоянство нагрева воздушных масс. Оно может как не иметь существенных отличий в течение года, как, например, у экватора, так и постоянно меняться.

Характеристика естественных комплексов

Разнообразие видов природных экосистем наземной группы приводит к тому, что каждая из них обладает своими отличительными особенностями. Так, в тундрах, которые находятся к северу от тайги, наблюдается очень холодный климат. Для этой местности характерны отрицательная среднегодовая температура и смена полярного дня и ночи. Лето в этих краях длится всего несколько недель. При этом земля успевает оттаять на небольшую метровую глубину. Осадки в тундре выпадают менее чем на 200-300 миллиметров в течение года. Из-за таких климатических условий эти земли бедны растительностью, представленной медленно растущими лишайниками, мхом, а также карликовыми или стелющимися кустарниками брусники и черники. Временами можно встретить

Не отличается богатством и животный мир. Он представлен северными оленями, мелкими роющими млекопитающими, а также такими хищниками, как горностай, песец и ласка. Мир птиц представлен полярной совой, пуночкой и ржанкой. Насекомые в тундре в большинстве своем - виды двукрылых. Тундровая экосистема весьма ранима из-за плохой способности к восстановлению.

Большим разнообразием отличается тайга, расположенная в северных районах Америки и Евразии. Для этой экосистемы характерна холодная и долгая зима и многочисленные осадки в виде снега. Растительный мир представлен вечнозелеными хвойными массивами, в которых растет пихта и ель, сосна и лиственница. Представители животного мира - лоси и барсуки, медведи и белки, соболя и росомахи, волки и рыси, лисы и норки. Для тайги характерно наличие множества озер и болот.

Широколиственными лесами представлены следующие экосистемы. Виды экосистем этого типа находятся на востоке США, в Восточной Азии и в Западной Европе. Это зона сезонного климата, где температура зимой опускается ниже нулевой отметки, а в течение года выпадает от 750 до 1500 мм осадков. Растительный мир такой экосистемы представлен такими широколиственными деревьями, как бук и дуб, ясень и липа. Есть здесь кустарники и мощный травяной слой. Животный мир представлен медведями и лосями, лисицами и рысями, белками и землеройками. Обитают в такой экосистеме совы и дятлы, дрозды и соколы.

Степные умеренные зоны находятся в Евразии и Северной Америке. Их аналогами являются туссоки в Новой Зеландии, а также пампасы в Южной Америке. Климат в этих районах отличается сезонностью. В летний период воздух нагревается от умеренно теплых значений до весьма высоких. Зимние температуры отрицательны. В течение года здесь наблюдается от 250 до 750 миллиметров осадков. Растительный мир степей представлен в основном дерновинными злаками. Среди животных встречаются бизоны и антилопы, сайгаки и суслики, кролики и сурки, волки и гиены.

Чапарали располагаются в Средиземноморье, а также в Калифорнии, Грузии, Мексике и на южных берегах Австралии. Это зоны мягкого умеренного климата, где выпадает от 500 до 700 миллиметров осадков в течение года. Из растительности здесь имеются кустарники и деревья с вечнозелеными жесткими листиками, такие как дикая фисташка, лавр и др.

Такие экологические системы, как саванны, располагаются в Восточной и Центральной Африке, Южной Америке и в Австралии. Значительная их часть находится в Южной Индии. Это зоны жаркого и сухого климата, где в течение года выпадает от 250 до 750 мм осадков. Растительность в основном - злаковая травянистая, только кое-где встречаются редкие листопадные деревья (пальмы, баобабы и акации). Животный мир представлен зебрами и антилопами, носорогами и жирафами, леопардами и львами, грифами и т. д. Много в этих краях кровососущих насекомых, таких как муха цеце.

Пустыни встречаются в некоторых районах Африки, на севере Мексики и т. д. Климат здесь сухой, с выпадением осадков менее 250 мм в год. Дни в пустынях жаркие, а ночи холодные. Растительность представлена кактусами и редкостойными кустарниками с обширными корневыми системами. Среди представителей животного мира распространены суслики и тушканчики, антилопы и волки. Это хрупкая экосистема, легко разрушающаяся под воздействием водной и ветровой эрозии.

Полувечнозеленые тропические листопадные леса встречаются в Центральной Америке и Азии. В этих зонах наблюдается сменность сухого и влажного сезонов. Среднегодовое количество осадков - от 800 до 1300 мм. Тропические леса населяет богатый животный мир.

Дождевые тропические вечнозеленые леса находятся во многих уголках нашей планеты. Есть они в Центральной Америке, на севере Южной Америки, в центральной и западной части экваториальной Африки, в прибрежных районах северо-западной Австралии, а также на островах Тихого и Индийского океанов. Теплые климатические условия в этих краях не отличаются сезонностью. Обильные осадки превышают предел в 2500 мм в течение года. Эта система отличается огромным разнообразием растительного и животного мира.

Существующие природные комплексы, как правило, не имеют каких-либо четких границ. Между ними обязательно находится переходная зона. В ней не только происходит взаимодействие популяций разных видов экосистем, но и встречаются особые виды живых организмов. Таким образом, переходная зона включает в себя большее разнообразие представителей фауны и флоры, чем близлежащие к ней территории.

Водные природные комплексы

Данные единицы биосферы могут существовать в пресных водоемах и морях. К первым из них относятся такие экосистемы, как:

Лентические - это водохранилища, то есть стоячие воды;

Лотические, представленные ручьями, реками, родниками;

Области апвеллинга, где осуществляется продуктивное рыболовство;

Проливы, бухты, лиманы, являющиеся эстуариями;

Глубоководные зоны рифов.

Пример природного комплекса

Экологи различают большое разнообразие видов природных экосистем. Тем не менее существование каждой из них происходит по одной и той же схеме. Для того чтобы наиболее глубоко понять взаимодействие всех живых и неживых существ в единице биосферы, рассмотрим вид Все проживающие здесь микроорганизмы и животные оказывают непосредственное влияние на химический состав воздуха и почвы.

Луг - это равновесная система, включающая в себя различные элементы. Одни из них - макропродуценты, которыми является травянистая растительность, создают органическую продукцию этого наземного сообщества. Далее жизнь природного комплекса осуществляется за счет биологической пищевой цепочки. Растительные животные или первичные консументы питаются луговыми травами и их частями. Это такие представители фауны, как крупные травоядные и насекомые, грызуны и многие виды беспозвоночных (суслик и заяц, куропатка и т. д.).

Первичные консументы идут в пищу вторичным, к которым относят плотоядных птиц и млекопитающих (волк, сова, ястреб, лисица и т. д.). Далее к работе подключаются редуценты. Без них невозможно полное описание экосистемы. Виды многих грибов и бактерий и являются этими элементами в природном комплексе. Редуценты разлагают органические продукты до минерального состояния. Если температурные условия благоприятны, то растительные остатки и мертвые животные быстро распадаются на простые соединения. Некоторые из этих компонентов содержат в своем составе элементы питания, которые выщелачиваются и используются повторно. Более устойчивая часть органических остатков (гумус, целлюлоза и т. д.) разлагается медленнее, питая растительный мир.

Антропогенные экосистемы

Рассмотренные выше природные комплексы способны существовать без какого-либо вмешательства человека. Совсем по-другому обстоит дело в антропогенных экосистемах. Их связи работают только при непосредственном участии человека. К примеру, агроэкосистема. Основным условием ее существования является не только использование солнечной энергии, но и поступление "дотаций" в виде своеобразного горючего.

Частично эта система похожа на природную. Сходство с естественным комплексом наблюдается во время роста и развития растений, происходящего за счет энергии Солнца. Однако ведение сельского хозяйства невозможно без подготовки почвенного слоя и уборки урожая. А эти процессы требуют энергетических субсидий человеческого общества.

К какому виду экосистем относится город? Это антропогенный комплекс, в котором большое значение имеет энергия топлива. Ее расход по сравнению с потоком солнечных лучей выше в два-три раза. Город можно сравнить с глубоководными или пещерными экосистемами. Ведь существование именно этих биогеоценозов во многом зависит от поступления веществ и энергии извне.

Городские экосистемы возникли в результате исторического процесса, именуемого урбанизацией. Под его влиянием население стран покидало сельские местности, создавая большие поселения. Постепенно города все больше и больше усиливали свою роль в развитии общества. При этом для улучшения жизни человек сам создал сложную урбанистическую систему. Это привело к некоторому отрыву городов от природы и нарушению существующих естественных комплексов. Систему населенного пункта можно назвать урбанистической. Однако по мере развития промышленности все несколько изменилось. К какому виду экосистем относится город, на территории которого работает завод или фабрика? Скорее, ее можно назвать промышленно-урбанистической. Этот комплекс состоит из жилых зон и территорий, на которых располагаются объекты, производящие разнообразную продукцию. Экосистема города отличается от природной более обильным и, кроме того, ядовитым потоком различных отходов.

Для того чтобы улучшить среду своего обитания, человек создает вокруг своих населенных пунктов так называемые зеленые пояса. Они состоят из травяных газонов и кустарников, деревьев и прудов. Эти небольшие по размеру природные экосистемы создают органическую продукцию, которая не играет особой роли в городской жизни. Для существования людям нужны пища, горючее, вода и электричество извне.

Процесс урбанизации значительно изменил жизнь нашей планеты. Воздействие искусственно созданной антропогенной системы в большой степени изменило природу на обширных территориях Земли. При этом город влияет не только на те зоны, где находятся сами архитектурно-строительные объекты. Он воздействует на огромные территории и за своими пределами. К примеру, при увеличении спроса на продукцию деревообрабатывающей промышленности человек вырубает лесные массивы.

В процессе функционирования города в атмосферу попадает множество разнообразных веществ. Они загрязняют воздух и изменяют климатические условия. В городах выше облачность и меньше солнечного света, больше тумана и мороси, а также немного теплее, чем в близлежащей сельской местности.

Природные и антропогенные экосистемы

В зависимости от природных и климатических условий выделяют три группы природных экосистем: наземные, пресноводные и морские - и ряд типов природных экосистем.

В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности. Размещение природных наземных экосистем по земной поверхности определяют два абиотических фактора - температура и количество осадков. Выделяют 9 типов наземных экосистем - тундра, бореальные хвойные леса, листопадный лес умеренной зоны, степь умеренной зоны, тропические злаковники и саванна, чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом), пустыня, полувечнозеленый тропический лес, вечнозеленый тропический дождевой лес.

В основе классификации для водных экосистем лежат гидрологические и физические особенности. Выделяют 3 типа пресноводных экосистем - лентические (стоячие воды - озера, пруды), лотические (текучие воды - реки, ручьи), заболоченные угодья. Выделяют 4 типа морских экосистем: открытый океан, воды континентального шельфа (прибрежные воды), районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством), эстуарии (проливы, устья рек, лиманы).

К основным типам антропогенных экосистем относят агроценозы и урбосистемы.

Агроценозы - искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища).

Отличия агроценозов от естественных биоценозов:

Незначительное видовое разнообразие,

Короткие цепи питания,

Неполный круговорот веществ,

Источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека,

Искусственный отбор,

Отсутствие саморегуляции.

Агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека.

Урбосистемы - искусственные системы, возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных и бытовых объектов. В их составе можно выделить промышленные зоны, селитебные зоны, рекреационные зоны, транспортные системы и сооружения. Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.

Вопросы для самоконтроля

1.Понятие о биогеоценозе.

2.Какова трофическая структура биогеоценоза?

3.Что называют пищевой цепью и пищевыми цепями?

4.Какие функциональные группы организмов выделяют в экосистеме?

5.Приведите примеры основных типов природных наземных экосистем.

6.Каковы отличия агроэкосистем от естественных экосистем?

7.Что такое сукцессия?

8.Какие виды сукцессий встречаются в природе?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Биология с основами экологии /Д.В. Вахненко и [ др].- Ростов н/Д.:Феникс,2005.- 512 с.

2.Колесников, С.И . Экология /С.И. Колесников.- М.: Академцентр, 2008.- 315 с.

3.Маринченко, А.В. Экология./А.В. Маринченко- М.: Дашков и К 0 , 2008.- 328 с.

4. Лысов, П.К . Биология с основами экологии./П. К. Лысов.– М.: Высшая школа, 2007. – 655 с.

5.Пехов, А.П. Биология с основами экологии /А.П. Пехов.- СП/б.: Лань, 2007. – 688 с.

Дополнительная

1. Экологические основы природопользования /Э.А. Арустамов, и [др]. - М.: Дашков и К 0 , 2005. – 320 с.

2.Виноградова, Н.Ю . Глобальная экология /Н. Ю. Виноградова. - М.: Просвещение, 2001.- 310 с.

3. Гальперин, М.В . Общая экология: учебник /М.В. Гальперин. - М.: ФОРУМ-ИНФРА, 2006.- 336 с.

Эпоха цивилизации, особенно ее последние столетия, ознаменована не только быстрым ростом населения, созданием сложных технических систем, но и созданием антропогенных экосистем. Классическим примером таких систем являются города.

Практически любой город является гетеротрофной экосистемой, получающей энергию и вещество с местности, находящейся за его пределами. Жизнедеятельность индустриального города невозможна без притока огромного количества энергии: примерно 0,7 МДж/(ч м 2). Энергия образуется в результате сжигания различных энергоносителей (газ, мазут, каменный уголь), а также поступает в виде электроэнергии, полученной за пределами города. В основном вся эта энергия в конечном итоге превращается в тепловую и лишь небольшая часть - в энергию химических связей различных соединений (химических волокон, пластмасс и т.д.) (рис. 4.14). Тепловая энергия рассеивается в окружающем город пространстве и частично уходит за него со стоками (температура стоков зачастую достигает 40-50 °С). В результате в городах несколько теплее и больше облачность, чем в соседней сельской местности.

Города имеют зеленые насаждения: деревья, газоны, клумбы, кустарники, растения в водоемах, которые относятся к продуцентам. Вместе с тем их первичная органическая продукция в снабжении города веществом и энергией играет крайне незначительную роль. «Зеленый пояс» городов имеет в основном эстетическое и рекреационное (лат. recreatio - отдых, выздоровление) значение, уменьшает колебания температуры, поглощает шум, уменьшает загрязнение воздуха. Там поселяются сообщества птиц и мелких животных. На содержание и восстановление зеленых насаждений города затрачивается определенная энергия. Так, для содержания 1 м 2 аккуратного газона требуются затраты энергии до 2 МДж в год.

Рис. 4.14.

С^> Поток энергии С^> Поток вещества

Город производит товары, услуги, культурные ценности, которые потребляются не только городским, но и сельским населением. Одновременно город является основным источником вредных выбросов: твердых, жидких и газообразных. В результате в городах появился ряд экологических проблем, не свойственных сельской местности: недостаток чистой воды и чистого воздуха, высокая концентрация вредных веществ в почве.

Площадь суши, занятая городами, невелика (не более 5%). Несмотря на это, города оказывают существенное влияние на обширные прилегающие территории. Газообразные выбросы загрязняют прилегающие территории, площадь которых почти в 10 раз превышает площадь города. Жидкие загрязняющие вещества достигают Мирового океана, изменяя его химический состав. Огромные территории за городом заняты под твердые отходы. Тем не менее наблюдается постоянный рост городского населения и увеличивается площадь, занимаемая городами.

Следует отметить, что без огромных поступлений энергии, воды и пищи извне город существовать не может. Важнейшую роль в функционировании города играет поступающая энергия. Город как переуплотненный биоценоз без притока энергии может обойтись очень непродолжительное время. Без энергии перестанут работать водопровод, канализация, прекратится вывоз твердых отходов, начнется интенсивное загрязнение территории города, а затем и эпидемии, особенно в летнее время, жители начнут покидать город, поэтому первостепенной задачей для обеспечения функционирования такого переуплотненного биоценоза, каким является город, становится обеспечение его энергией.

К антропогенным экосистемам относятся также агроэкосистемы - искусственно созданные и постоянно поддерживаемые человеком экосистемы , предназначенные для получения сельхозпродукции {поля, огороды , сады , комплексы по выращиванию животных с прилегающими пастбищами и т.д.)- В отличие от городов значительную долю в агроэкосистемах составляют продуценты. По сравнению с естественными экосистемами (лес, луг), которые используют только энергию Солнца, агроэкосистемы получают также и дополнительную энергию при выполнении различных работ людьми, животными, машинами, механизмами, в виде удобрений, ядохимикатов, воды для орошения. Для получения максимума чистой валовой продукции животные и растения подвергаются искусственному отбору, снижается их разнообразие. Так, 30 пищевых растений составляет 95% от массы всей нашей растительной пищи. Из них больше всего используются пшеница, кукуруза, рис и картофель .

Характерной особенностью агроэкосистем является их малая экологическая устойчивость при высокой урожайности, как правило, одной культуры или высокой продуктивности животных. Если прекращается приток к ним вещества и энергии, то агроэкосистемы быстро деградируют и уступают место естественным экосистемам. Так, если не убрать пшеничное поле и прекратить его дальнейшую обработку (вспашку, засевание и т.д.), то через несколько лет пшеница с него будет полностью вытеснена, а на смену придут естественные фитоценозы.

По способу производства агроэкосистемы делят на два типа: доинду- стриальпые и интенсивные .

Доиндустриальные агроэкосистемы используют дополнительную энергию, получаемую в результате мышечных усилий человека и домашних животных. Незначительная часть энергии поступает с минеральными удобрениями, а также возвращается вместе с органическими удобрениями (навоз, компост). Такие системы имеются в подсобных домашних хозяйствах России и Беларуси, в крестьянских хозяйствах Китая, Индии, стран Африки и Латинской Америки и других стран, где производят продукты в основном для своей семьи и частично поставляют на местный рынок.

Интенсивные агроэкосистемы производят товарную продукцию в виде сырья для дальнейшей промышленной переработки. При этом они получают огромный приток энергии в виде выполняемой сельхозмашинами работы, удобрений и т.д. Данные агроэкосистемы характерны для стран Западной Европы и Северной Америки, достаточно развиты они в России и Беларуси. В настоящее время интенсивные агроэкосистемы обеспечивают питанием основную часть населения Земли.

Зачастую доиндустриальные агроэкосистемы называют примитивными и отсталыми. Конечно, по сравнению с индустриальными системами они производят значительно меньше продукции с единицы площади почвы. Вместе с гем эти агроэкосистемы значительно лучше гармонируют с природными экосистемами и почти в 15 раз потребляют меньше энергии на единицу произведенной продукции, чем индустриальные агроэкосистемы. В будущем, видимо, следует ожидать изменений в способах получения пищи в агроэкосистемах.

Много написано фантастических произведений, посвященных длительным космическим путешествиям людей. Космический корабль, предназначенный для обитания в нем людей десятки и сотни лет, должен представлять собой искусственную экосистему, содержащую все основные атрибуты природной экосистемы Земли. При этом необходимо решить главнейшую задачу по обеспечению круговорота веществ. Как известно, в природных экосистемах нет отходов. По сути дела происходит бесконечное использование абиотических веществ живыми организмами. Так должно быть и на космическом корабле, так как пополнение запасов минералов в космосе, например с астероидов, является делом достаточно сложным и проблематичным.

Рис. 4.15. Объемы атмосферы и океана, приходящиеся на 1 м 2 суши

В настоящее время космические орбитальные станции снабжены системами жизнеобеспечения, которые даже отдаленно не напоминают природные экосистемы. В них осуществляется лишь частичная регенерация воды и воздуха физико-химическими методами. Такие системы могут функционировать только при получении дотаций энергии и вещества с Земли.

В биосфере Земли огромную роль играют демпфирующие возможности атмосферы и океана. Они стабилизируют многие экологические факторы, например климат, температуру, влажность воздуха. На 1 м 2 суши нашей планеты приходится 1260 м 3 воздуха атмосферы и более 8300 м 3 воды Мирового океана (рис. 4.15).

Атмосфера и океан также играют роль накопителей различных веществ, которые используются в круговороте; так, в атмосфере накапливается кислород и углекислый газ, используемые живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Кроме того, Мировой океан является крупнейшим накопителем и перераспределителем преобразованной в тепловую солнечной энергии .

В США проводились эксперименты по созданию миниатюрной модели биосферы в условиях Земли. Результаты таких экспериментов скорее отрицательные, чем положительные. Создание модели в космосе не только значительно сложнее, но и дороже, поэтому сегодня и в обозримом будущем биосфера Земли для человека является единственным «домом» и сберечь ее для потомков - главная сегодняшняя задача человечества.

Подводя итог сказанному в четвертой главе, надо отметить следующее. Жизнь в биосфере достаточно четко структурирована и имеет три иерархических надорганизменных уровня: популяция, биоценоз и экосистема. В последние 100-150 лет человек оказал существенное влияние на большинство природных популяций, причем в сторону уменьшения их численности. В результате некоторые виды живых организмов исчезли, многие находятся под угрозой исчезновения. Исчезающие виды заносятся в особые перечни - Красные книги и находятся под защитой государств и мирового сообщества.

Популяции обособленно существовать не могут, они вступают во взаимоотношения с другими популяциями, образуя тем самым многовидовые сообщества живых организмов - биоценозы. По участию в биогенном круговороте веществ биоценозы содержат три группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты из простых неорганических соединений синтезируют сложные органические вещества, которые консументы используют в качестве питания. Редуценты разлагают мертвое органическое вещество до исходных неорганических соединений, которые опять вовлекаются в круговорот.

Популяции, биоценозы, обмениваясь с окружающей неорганической средой веществом и энергией, образуют с ней единое целое, называемое экосистемой. Экосистемы (луг, лес, озеро) не имеют четко очерченных границ, что в основном связано с возможностью перемещения живых организмов в пространстве, поэтому в экологии чаще всего изучаются крупные экосистемы - биомы. Выделяют три группы биомов: сухопутные, морские и пресноводные. В эпоху цивилизации человеком созданы искусственные экосистемы: города и агроэкосистемы. Они неустойчивы и требуют постоянного притока вещества и энергии извне.

Самой крупной экосистемой Земли является биосфера, которая в прошлом, настоящем и обозримом будущем остается для человека единственным местом обитания. Сохранение биосферы во всем ее многообразии для потомков - главная задача человечества.