Лекция №5 . Искусственные экосистемы
5.1 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.
Давление тяжелых тракторов может уплотнять и деформировать почвенные структуры, и это особенно заметно при влажных почвах, когда структурные или частичные склеивания являются самыми слабыми. Уплотнение таким образом уменьшает размер и количество поровых пространств в почве, уменьшая аэрацию и дренирование почвы. Это может привести к высокому стоку и чрезмерной эрозии почв в районах с интенсивным выращиванием и является предпосылкой для эрозии поверхностных гусей, которая широко распространена в Восточной Германии.
Интенсивное промышленное земледелие также требует топлива, а сельскохозяйственные процессы вносят значительный вклад в выбросы углекислого газа, что может привести к глобальному потеплению. Однако можно было бы утверждать, что при экспоненциальном росте населения населения интенсивное сельское хозяйство в долгосрочной перспективе уменьшает скорость, с которой необходимо культивировать новые участки земли, эффективно уменьшая необходимость в расширении и экологическом ущербе. Однако противоположный аргумент предполагает, что если бы сельское хозяйство было не только расширенным, но и устойчивым, то положительная экологическая прибыль перевешивала бы потерю некоторых естественных мест обитания.
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.
Экосистема определяется как все организмы в определенной среде обитания, а также окружающая среда, в которой они живут. Естественные экосистемы обычно содержат сотни или тысячи видов организмов и поэтому очень сложны в их функционировании. Напротив, сельскохозяйственная экосистема является относительно искусственной, ее модифицируют и контролируют люди. Он содержит меньше видов и, следовательно, проще в его функционировании.
Но проще не лучше. Комплексная природная экосистема с ее многочисленными видами работает со сложной «сетью» взаимосвязей между видами. Их можно представить на очень упрощенной диаграмме. Это основные шаги в пищевой цепи. Растения используют почвенные питательные вещества, воду и углекислый газ из воздуха, а с энергией солнца они производят пищу, которая питает животных и людей. Но есть еще несколько важных шагов.
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.
Чтобы быть устойчивыми, отходы и другие органические вещества перерабатываются и разлагаются микробами и некоторыми более крупными организмами в почвенный гумус и простые питательные вещества, которые затем доступны для использования растениями. Это красивая, самоподдерживающаяся система, и каждый вид выполняет свою «работу».
Конечно, в каждой из больших категорий находятся десятки или сотни видов, каждая из которых имеет несколько разные виды деятельности. Некоторые едят некоторые другие виды, только для себя будут съедены другими в пищевой цепи. Поскольку природная экосистема имеет так много взаимодействий между ее видами, она довольно стабильна, способна выдерживать такие нарушения, как разрушительная буря или засуха. Итак, если один или несколько видов в значительной степени уничтожены, есть и другие, которые могут взять на себя их функции в системе.
Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
(по Миллеру, 1993)
|
Природная экосистема (болото, луг, лес) |
Антропогенная экосистема (поле, завод, дом) |
|
Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию Таким образом, естественная экосистема является устойчивой, способной продолжаться бесконечно. Разнообразие видов в природе часто называют «биологическим разнообразием» или «биоразнообразием». Естественные экосистемы также выполняют ряд функций, которые приносят пользу людям, называемые экосистемными услугами. Они могут включать смягчение местной погоды, менее сильное наводнение, очистку загрязненной воды, борьбу с вредителями растений и болезнями их естественными врагами, удаление мертвых растений и животных, превращение почвы в более плодородную и опыление многих растений. |
Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива |
|
Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода |
Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого |
|
Формирует плодородную почву |
Истощает или представляет угрозу для плодородных почв Фактически, мы могли бы сказать, что человеческая цивилизация не существовала бы без этих бесплатных услуг природы. Напротив, упрощенные сельскохозяйственные экосистемы, созданные людьми, имеют относительно мало видов растений и животных, прежде всего только одного типа сельскохозяйственных культур или животных, которые фермер хочет расти. И, особенно в традиционных системах земледелия, почти любой другой вид, который осмеливается войти в поле или сарай, считается «врагом» и может быть уничтожен ядами. Экосистемы с несколькими видами легко разрушаются внешними силами. Нашествие вредителей культур, таких как тли или гусеницы, скорее всего, распространится и разрушит культуру, а не будет контролироваться хищными насекомыми или птицами, так как фермер покидает районы естественной экосистемы вблизи своих полей. |
|
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 Почва на обычных фермах часто почти стерилизована токсичными химикатами или сильными удобрениями и часто очень мала в органическом веществе. Как гумус, так и большое количество почвенных организмов работают над тем, чтобы почва была пористой и хорошо аэрированной, обеспечивали хороший баланс почвенных питательных веществ в растущем урожае, защищали корни от почвенных болезней и вредителей и уменьшали эрозию почвы. Растения, которые растут на хорошей, богатой почве, вероятно, будут здоровыми. Здоровые растения способны сопротивляться или отталкивать большинство вредителей и болезней с помощью различных процессов, аналогичных тому, как иммунная система нашего организма защищает нас от болезней. И здоровые растения также производят больше питательных продуктов для животных и людей. Употребление в пищу здоровой, питательной пищи поможет сохранить здоровье и сократить расходы на медицинское обслуживание. 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 |
5.2 Искусственные экосистемы
Учитывая много преимуществ здоровых культур, хорошей почвы и разнообразной экосистемы, фермер должен иметь возможность максимально эффективно работать с естественными процессами и получать вознаграждения за лучшую почву, растения и животных. Более качественные культуры и животные также могут управлять более высокими рыночными ценами, делая фермерство более прибыльным.
Некоторые способы, с помощью которых ферма может работать более экологически, включают. Относитесь к почве как к ценному ресурсу, улучшая ее способность выращивать здоровые культуры. Поощряйте близлежащие природные экосистемы, такие как травянистая растительность из забора, углы поля и близлежащие луга, леса и болота. Различные покровные культуры и посевные культуры могут задушить сорняки и снабдить питательные вещества другими культурами, и если они будут обработаны в почве, покровные культуры могут снабжать почву гумусом и питательными веществами. Урожайность также дает аналогичные преимущества. Диверсифицируйте ферму, выращивая различные культуры и животных. Мало того, что разнообразие может защищать от неблагоприятных погодных условий и нестабильных рынков, но разнообразие видов является более близким приближением к естественной экосистеме, чем монокультура одного или двух культур и животных.
- Избегайте использования сильных удобрений и токсичных химических веществ.
- Растет сразу несколько видов растений.
5.2.1 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.
Не разрабатывайте ориентированный на получение прибыли, ориентированный на контроль образ мышления, который пронизывает высокотехнологичное сельское хозяйство. Введение в экосистему человека. Система, в которой происходит существенное взаимодействие между живыми и неживыми организмами, называется экосистемой. Экосистема в целом состоит из двух типов: наземных и водных, в зависимости от места ее присутствия. Лесная экосистема является примером наземной экосистемы, а водоем - пример водной экосистемы.
Каждая экосистема уникальна по своему составу и содержит несколько видов, и число видов, взаимодействующих в каждой экосистеме, варьируется в зависимости от размера экосистемы. Экосистема, которая создается и контролируется людьми, но отвечает всем критериям экосистемы, называется экосистемой человека. Без вмешательства человека и надзора человеческая экосистема будет разрушена. Человеческая экосистема сравнительно менее сложна по сравнению с природной экосистемой. Примеры экосистемы человека включают системы сельского хозяйства, такие как сад, сады; продукты земледелия, такие как озеро, каналы, парк; продукты наблюдения и живые требования, такие как аквариум, здание и город.
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:
Человек создан Экосистема: искусственная экосистема
Искусственные экосистемы создаются для имитации природных экосистем. Различные искусственные экосистемы - это земля сельскохозяйственных культур, зоопарк и плотины и аквариум. В естественной экосистеме компоненты создаются и регулируются с помощью биологических законов, например, хищники питаются добычей, тогда как в искусственной экосистеме все нужно планировать и выполнять. Доля компонентов экосистемы должна определяться надлежащим образом для поддержания равновесия искусственной экосистемы. Факторы, такие как количество и тип животных и растительность, содержание почвы, температура, количество солнечного света, потребление энергии, количество воды, граница экосистемы и т.д. Должны быть четко определены для искусственной экосистемы, или же экосистема не может поддерживать.
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.
Каждый компонент искусственной экосистемы должен быть предоставлен человеком человеком. Является ли человек экосистемой, состоящей из стеклянного резервуара или чаши, наполненной водой и поддерживающей живые организмы, такие как рыба, некоторые небольшие растения называются аквариумом и представляют собой небольшую водную экосистему. Аквариум выживает при растворенном содержании кислорода, а рыбы образуют доминирующие организмы в этой экосистеме. Каждый живые и неживые организмы в этом человеке заставляют экосистему тесно взаимодействовать друг с другом, а изменение в содержании существенно влияет на другие.
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.
Парк или маленький сад - это экосистема, созданная человеком на наших задних дворах, является лучшим примером для наземной экосистемы, созданной человеком. Он преимущественно содержит растения в качестве составляющих, а также содержит птиц, грызунов и других мелких видов. Он также является свидетелем некоторых симбиотических микробов, которые живут на мертвом материале растений. Неживые компоненты этого человека создали экосистему, такую как вода, обеспечиваются человеком, а растения синтезируют пищу, используя природные ресурсы, такие как солнечный свет.
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.
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 или животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы |
|
Продуктивность определяется приспособительными 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 |
5.2.2.Индустриально-городские экосистемы
Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах к которым относятся индустриально-городские системы - здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше.
В связи со сказанным выше, следует отметить, что искусственные экосистемы не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы могут существовать без антропогенных..
Урбанистические системы
Урбанистическая система (урбосистема) - «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс, 1990).
По мере развития города в нем все более дифференцируются его функциональные зоны - это промышленная, селитебная, лесопарковая .
Промышленные зоны - это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электронной и др.). Они являются основными источниками загрязнения окружающей среды.
Селитебные зоны - это территории сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. п.
Лесопарковая - это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки - древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.
Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками и т. п).
Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные - метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).
Среда, окружающая человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непоредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу (1990), ее можно делить на собственно природную среду и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей - здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды).
В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа - это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.
Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т. е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой (Е. М. Сергеев, 1979).
Геологическая среда - это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека (рис. 10.2).
На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами (Трофимов, Епишин, 1985) (рис. 10.2). Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.
Таким образом, урбосистемы - это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомноэнергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.
Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реутилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и потока энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека - индикатор качества этой среды.
Раздел 2. Организация биосферы
Лекция 10. Типы экосистем
10.2. Естественные и искусственные экосистемы
Кроме отмеченных, выделяют естественные и искусственные 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.
Рисунок 10.2 – Классификация природных экосистем
(по В. А. Вронскому, 1997)
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. Одна из главных особенностей агроэкосистем состоит в том, что для их функционирования необходим приток дополнительной энергии извне. Без этого они не могут существовать. В связи с тем, что в агроценозах значительная часть нужной человеку массы и связанной с ней потенциальной энергией изымается, снижается плодородие почв. Чтобы этого не происходило, в почву необходимо постоянно вносить удобрения, отбирать соответствующие культуры для севооборота. Агроценозы нельзя считать стабильными, 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.
| Предыдущая |
