Systemy miejskie
Agroekosystemy (ekosystemy rolnicze, agrocenozy)– sztuczne ekosystemy powstałe w wyniku działalności rolniczej człowieka (pola uprawne, pola uprawne, pastwiska). Agroekosystemy są tworzone przez ludzi w celu uzyskania wysokiej produkcji netto autotrofów (żniwa). W nich, podobnie jak w zbiorowiskach naturalnych, występują producenci (rośliny uprawne i chwasty), konsumenci (owady, ptaki, myszy itp.) oraz osoby rozkładające (grzyby i bakterie). Ludzie są istotnym ogniwem w łańcuchach pokarmowych w agroekosystemach.
Różnice między agrocenozami a biocenozami naturalnymi:
Niska różnorodność gatunkowa;
Krótkie obwody mocy;
Niekompletny cykl substancji (część składników odżywczych jest usuwana wraz z roślinami);
Źródłem energii jest nie tylko Słońce, ale także działalność człowieka (rekultywacja gruntów, nawadnianie, stosowanie nawozów);
Dobór sztuczny (efekt doboru naturalnego jest osłabiony, selekcji dokonują ludzie);
Brak samoregulacji (regulacja przeprowadzana jest przez osobę) itp.
Zatem agrocenozy są systemami niestabilnymi i mogą istnieć tylko przy wsparciu człowieka.
Systemy miejskie (systemy miejskie)– sztuczne ekosystemy powstałe w wyniku rozwoju miast i stanowiące skupisko ludności, budynki mieszkalne, obiekty przemysłowe, domowe, kulturalne itp. Obejmują one następujące terytoria:
- strefy przemysłowe gdzie skupione są obiekty przemysłowe różnych sektorów gospodarki i są głównymi źródłami zanieczyszczeń środowiska;
- tereny mieszkalne(pomieszczenia mieszkalne lub sypialne) z budynkami mieszkalnymi, budynkami administracyjnymi, obiektami kultury itp.;
- tereny rekreacyjne, przeznaczone do wypoczynku ludności (parki leśne, ośrodki wypoczynkowe itp.);
- systemy i konstrukcje transportowe, przenikający cały układ miejski (drogi i linie kolejowe, metro, stacje benzynowe, garaże, lotniska itp.).
Istnienie ekosystemów miejskich wspierane jest przez agroekosystemy oraz energię paliw kopalnych i przemysł nuklearny.
Dynamika ekosystemu
Zmiany w społecznościach mogą mieć charakter cykliczny i stopniowy.
Zmiany cykliczne– okresowe zmiany biocenozy (dobowe, sezonowe, długotrwałe), podczas których biocenoza powraca do stanu pierwotnego.
Postępujące zmiany– zmiany biocenozy, prowadzące ostatecznie do zastąpienia tego zbiorowiska innym.
dziedziczenie– konsekwentna zmiana biocenoz (ekosystemów), wyrażająca się zmianami w składzie gatunkowym i strukturze zbiorowisk. Nazywa się kolejny ciąg społeczności zastępujących się nawzajem kolejne serie. Sukcesja obejmuje pustynnienie, zarastanie jezior, powstawanie bagien itp.
W zależności od przyczyn, które spowodowały zmianę biocenozy, sukcesje dzieli się na naturalne i antropogeniczne, autogenne i allogeniczne.
Sukcesja naturalna powstają pod wpływem przyczyn naturalnych, niezwiązanych z działalnością człowieka. Sukcesja antropogeniczna jest skutkiem działalności człowieka.
Sukcesja autogenna(samogenerujące) powstają na skutek przyczyn wewnętrznych (zmian w środowisku pod wpływem społeczności). Sukcesja allogeniczna(wytwarzane zewnętrznie) są spowodowane przyczynami zewnętrznymi (na przykład zmianami klimatycznymi).
W zależności od stanu początkowego podłoża, na którym rozwija się sukcesja, wyróżnia się sukcesję pierwotną i wtórną. Sukcesja pierwotna rozwijać się na podłożu niezamieszkanym przez organizmy żywe (na skałach, klifach, rwących piaskach, w nowych zbiornikach wodnych itp.). Sukcesja wtórna powstają na terenach już istniejących biocenoz po ich naruszeniu (w wyniku wycinki, pożaru, orki, erupcji wulkanu itp.).
W swoim rozwoju ekosystem dąży do stanu stabilnego. Kolejne zmiany zachodzą do stabilny ekosystem wytwarzający maksymalną biomasę na jednostkę przepływu energii. Społeczność pozostająca w równowadze ze swoim otoczeniem nazywa się klimakterium.
Rodzaje powiązań i zależności między organizmami
W ekosystemach
Organizmy żywe są ze sobą powiązane w określony sposób. Wyróżnia się następujące rodzaje powiązań międzygatunkowych: troficzne, miejscowe, foryczne, fabryczne. Najważniejsze są powiązania troficzne i miejscowe, gdyż to one utrzymują blisko siebie organizmy różnych gatunków, jednocząc je w zbiorowiska.
Połączenia troficzne powstają między gatunkami, gdy jeden gatunek żeruje na innych: żywych osobnikach, martwych szczątkach, odpadach. Połączenia troficzne mogą być bezpośrednie lub pośrednie. Bezpośrednie połączenie objawia się, gdy lwy żywią się żywymi antylopami, hieny żywią się zwłokami zebr, chrząszcze gnojowe żywią się odchodami dużych kopytnych itp. Pośrednie połączenie występuje, gdy różne gatunki konkurują o jeden zasób pożywienia ( patrz sekcja „Łańcuchy troficzne”).
Połączenia tematyczne manifestują się u jednego gatunku, zmieniając warunki życia innego gatunku. Na przykład pod lasem iglastym z reguły nie ma pokrycia trawą.
Połączenia foryczne występuje, gdy jeden gatunek uczestniczy w rozprzestrzenianiu się innego gatunku. Nazywa się to przenoszeniem nasion zarodników i pyłku roślinnego przez zwierzęta zoochoria i małe osobniki - forezja.
Połączenia fabryczne polegają na tym, że jeden gatunek wykorzystuje do swoich struktur produkty wydalnicze, martwe szczątki, a nawet żywe osobniki innego gatunku. Na przykład budując gniazda, ptaki wykorzystują gałęzie drzew, trawę, puch i pióra innych ptaków.
Naturalne ekosystemy to systemy otwarte: muszą przyjmować i uwalniać materię i energię. Zasoby substancji przyswajalnych przez organizmy w przyrodzie nie są nieograniczone. Gdyby te substancje nie były używane wielokrotnie, życie na Ziemi byłoby niemożliwe. Taki wieczny obieg składników biogennych jest możliwy tylko wtedy, gdy istnieją funkcjonalnie różne grupy organizmów, zdolne do przeprowadzania i utrzymywania przepływu substancji pobieranych ze środowiska.
Z reguły w każdym ekosystemie można wyróżnić trzy grupy funkcjonalne organizmów. Niektóre z nich wytwarzają produkty, inne je konsumują, a jeszcze inne przekształcają je w formę nieorganiczną. Nazywa się je odpowiednio: producentów, konsumentów i rozkładających(ryc. 4.4) .
Ryż. 4.4. Schemat materii (linia ciągła) i transferu energii
(linia przerywana) w naturalnych ekosystemach
Pierwsza grupa organizmów - producenci(łac. producenci-tworzenie, wytwarzanie) lub organizmy autotroficzne(zp.autos- ja, trofeum-żywność). Dzielą się na foto- i chemoautotrofy.
Fotoautotrofy Wykorzystują światło słoneczne jako źródło energii oraz substancje nieorganiczne, głównie dwutlenek węgla i wodę, jako składniki odżywcze. Ta grupa organizmów obejmuje wszystkie rośliny zielone i niektóre bakterie (na przykład zielone bakterie siarkowe, fioletowe bakterie siarkowe). Jako czynność życiowa syntetyzują w świetle substancje organiczne - węglowodany lub cukry (CH 2 O) n, uwalniając jednocześnie tlen CO 2 + H 2 O = (CH 2 0) n + 0 2,
Chemoautotrofy wykorzystać energię uwolnioną podczas reakcji chemicznych. Do tej grupy zaliczają się np. bakterie nitryfikacyjne, które utleniają amoniak do azotawy, a następnie kwasu azotowego:
2NН 3 + 30 2 = 2HN0 2 + 2Н 2 0 + Q, 2HN0 2 + O 2 = 2HN0 3 + Pytanie 2.
Energia chemiczna (Q), uwalniany podczas tych reakcji jest wykorzystywany przez bakterie do redukcji CO 2 do węglowodanów.
Główną rolę w syntezie substancji organicznych odgrywają organizmy roślin zielonych. Rola bakterii chemosyntetyzujących w tym procesie jest stosunkowo niewielka. Każdego roku organizmy fotosyntetyzujące na Ziemi wytwarzają około 150 miliardów ton materii organicznej, która akumuluje energię słoneczną.
Druga grupa organizmów - konsumenci(łac. konsumować-konsumować) lub organizmy heterotroficzne(gr. hetero-inny, trofeum- żywność), przeprowadzają proces rozkładu substancji organicznych.
Organizmy te wykorzystują materię organiczną jako źródło zarówno materiału odżywczego, jak i energii. Dzielą się na fagotrofy (gr. fagos-pożeracze) i saprotrofy (gr. sapro-zgniły).
Fagotrofyżywią się bezpośrednio organizmami roślinnymi lub zwierzęcymi.
Saprotrofy Do odżywiania wykorzystują materię organiczną z martwych szczątków.
Trzecia grupa organizmów - rozkładacze(łac. redukuje-powracający). Biorą udział w ostatnim etapie rozkładu - mineralizacji substancji organicznych do związków nieorganicznych (CO 2, H 2 0 itp.). Substancje rozkładające przywracają substancje do obiegu, przekształcając je w formy dostępne dla producentów. Do czynników rozkładających zaliczają się głównie organizmy mikroskopijne (bakterie, grzyby itp.).
Rola rozkładających się substancji w cyklu substancji jest niezwykle duża. Bez substancji rozkładających w biosferze gromadziłyby się stosy pozostałości organicznych; wyczerpałyby się zapasy minerałów potrzebne producentom.
Życie na Ziemi istnieje dzięki energia słoneczna.Światło jest jedynym zasobem pożywienia na Ziemi, którego energia w połączeniu z dwutlenkiem węgla i wodą powoduje proces fotosyntezy. Rośliny fotosyntetyzujące tworzą materię organiczną, którą żywią się roślinożercy, mięsożercy itp., ostatecznie rośliny „karmią” resztę świata żywego, czyli energia słoneczna jest niejako przekazywana organizmom przez rośliny.
Energia przekazywana jest z organizmu na organizm tworząc pożywienie lub łańcuch troficzny: od autotrofów, producentów (twórców) do heterotrofów, konsumentów (zjadaczy) i tak dalej od czterech do sześciu razy z jednego poziomu troficznego na drugi.
Poziom troficzny to lokalizacja każdego ogniwa w łańcuchu pokarmowym. Pierwszy poziom troficzny - to są producenci. Wszystkie pozostałe poziomy to konsumenci. Drugi poziom troficzny- są to konsumenci roślinożerni; trzeci-konsumenci mięsożerni żywiący się formami roślinożernymi; czwarty-konsumenci konsumujący inne zwierzęta mięsożerne itp. Konsumentów można zatem podzielić na poziomy: konsumenci pierwszego, drugiego, trzeciego itd.
Jedynie konsumenci specjalizujący się w danym rodzaju żywności są wyraźnie podzieleni na poziomy. Istnieją jednak gatunki żywiące się mięsem i pokarmem roślinnym (ludzie, niedźwiedzie itp.), które można włączyć do łańcuchów pokarmowych na dowolnym poziomie.
Nie wolno nam również zapominać o martwej materii organicznej, którą odżywia się znaczna część heterotrofów. Wśród nich znajdują się saprofagi i saprofity (grzyby), które wykorzystują energię zawartą w detrytusie. Dlatego wyróżnia się dwa typy łańcuchów troficznych: łańcuchy jedzenia, Lub pastwisko, które zaczynają się od jedzenia organizmów fotosyntetyzujących i detrytyczne łańcuchy rozkładu, które zaczynają się od szczątków martwych roślin, zwłok i odchodów zwierzęcych. Dlatego wchodząc do ekosystemu przepływ energii promienistej dzieli się na dwie części, rozprzestrzeniając się przez dwa rodzaje sieci troficznych, ale źródło energii jest wspólne - słońce (ryc. 4.5).
 |
Rysunek 4.5. Przepływ energii w łańcuchu pokarmowym użytków zielonych
(wszystkie dane podano w kJ/m2 rok)
Utrzymanie czynności życiowej organizmów i obiegu materii w ekosystemach, tj. istnienie ekosystemów zależy od stałego przepływu energii niezbędnej wszystkim organizmom do życia i samorozrodu.
W przeciwieństwie do materii, która w sposób ciągły krąży przez różne bloki ekosystemu, którą zawsze można ponownie wykorzystać i wejść do obiegu, energia może zostać wykorzystana jednorazowo, tzn. przez ekosystem następuje liniowy przepływ energii (od autotrofów do heterotrofów).
Jednokierunkowy przepływ energii jako uniwersalne zjawisko naturalne zachodzi w wyniku praw termodynamiki.
Według pierwsza zasada termodynamiki , energia może zostać przekształcona z jednej formy (takiej jak światło) w inną (np. potencjalną energię pożywienia), ale nie można jej wytworzyć ani zniszczyć.
Odpowiednio drugie prawo, nie może być żadnego procesu związanego z przemianą energii bez utraty jej części. Pewna ilość energii w takich przemianach jest rozpraszana na niedostępną energię cieplną i dlatego jest tracona. Nie mogą zatem zachodzić przemiany np. substancji spożywczych w substancję budującą organizm organizmu, które zachodzą ze 100-procentową wydajnością.
Zatem, organizmy żywe są konwerterami energii. Pokarm wchłonięty przez konsumentów nie jest całkowicie wchłaniany – od 12 do 20% u niektórych zwierząt roślinożernych, do 75% i więcej u zwierząt mięsożernych. Koszty energii związane są przede wszystkim z utrzymaniem procesów metabolicznych, tzw strata oddechu, oszacowana na podstawie całkowitej ilości CO 2 uwolnionej przez organizm. Znacznie mniejsza część przypada na tworzenie tkanek i pewne zaopatrzenie w składniki odżywcze, czyli na wzrost. Pozostała część pożywienia jest wydalana w postaci odchodów. Ponadto znaczna część energii jest rozpraszana w postaci ciepła podczas reakcji chemicznych zachodzących w organizmie, a zwłaszcza podczas aktywnej pracy mięśni. Ostatecznie cała energia wykorzystywana do metabolizmu jest zamieniana na ciepło i rozpraszana w środowisku.
Stąd, większość energii tracona jest podczas przejścia z jednego poziomu troficznego na inny, wyższy. W przybliżeniu straty wynoszą około 90%: na każdy kolejny poziom przekazywane jest nie więcej niż 10% energii z poprzedniego poziomu. Tak więc, jeśli zawartość kalorii producenta wynosi 1000 J, to kiedy dostanie się do ciała fitofaga, pozostaje 100 J, w ciele drapieżnika jest już 10 J, a jeśli ten drapieżnik zostanie zjedzony przez innego, to tylko Na swój udział pozostanie 1 J, czyli 0,1% kaloryczności pokarmów roślinnych.
Jednak tak ścisły obraz przejścia energii z poziomu na poziom nie jest do końca realistyczny, ponieważ łańcuchy troficzne ekosystemów są ze sobą ściśle powiązane, tworząc sieci pokarmowe. Ale ostateczny rezultat: rozproszenie i utrata energii, która musi zostać odnowiona, aby mogło istnieć życie.
W rezultacie łańcuchy pokarmowe można przedstawić jako piramidy ekologiczne. Piramida ekologiczna - graficzne przedstawienie relacji pomiędzy producentami, konsumentami i rozkładającymi się w ekosystemie.
Zasada piramidy ekologicznej- wzór, według którego ilość materii roślinnej stanowiącej podstawę łańcucha pokarmowego jest w przybliżeniu 10 razy większa od masy zwierząt roślinożernych, a każdy kolejny poziom pokarmu również ma masę 10 razy mniejszą. Uproszczoną wersję piramidy ekologicznej pokazano na ryc. 4.6.
Przykład: Niech jedna osoba będzie nakarmiona 300 pstrągami przez rok. Do ich nakarmienia potrzeba 90 tysięcy żabich kijanek. Do wyżywienia tych kijanek potrzeba 27 000 000 owadów, które rocznie zjadają 1000 ton trawy. Jeśli ktoś spożywa pokarmy roślinne, wówczas wszystkie pośrednie stopnie piramidy można wyrzucić i wówczas 1000 ton biomasy roślinnej może wyżywić 1000 razy więcej ludzi.
Istnieją trzy główne typy piramid ekologicznych.
Piramida liczb(piramida Eltona) odzwierciedla spadek liczby organizmów od producentów do konsumentów.
Piramida biomasy pokazuje zmianę biomasy na każdym kolejnym poziomie troficznym: dla ekosystemów lądowych piramida biomasy zwęża się ku górze, dla ekosystemu oceanicznego jest odwrócona, co wiąże się z szybkim spożyciem fitoplanktonu przez konsumentów.
Piramida energii (produkty) ma charakter uniwersalny i odzwierciedla zmniejszenie ilości energii zawartej w produktach powstałych na każdym kolejnym poziomie troficznym.
Zatem życie można rozpatrywać jako proces ciągłego pobierania przez jakiś system energii z otoczenia, przekształcania i rozpraszania tej energii podczas przesyłania z jednego ogniwa do drugiego.
Ekosystemy to ujednolicone naturalne kompleksy utworzone przez połączenie organizmów żywych i ich siedlisk. Nauka o ekologii bada te formacje.
Termin „ekosystem” pojawił się w 1935 roku. Zaproponował go angielski ekolog A. Tansley. Naturalny lub naturalno-antropogeniczny kompleks, w którym zarówno składniki żywe, jak i pośrednie są ze sobą ściśle powiązane poprzez metabolizm i dystrybucję przepływu energii - wszystko to mieści się w pojęciu „ekosystemu”. Istnieją różne typy ekosystemów. Te podstawowe jednostki funkcjonalne biosfery są podzielone na osobne grupy i badane przez nauki o środowisku.
Klasyfikacja według pochodzenia
Na naszej planecie istnieją różne ekosystemy. Typy ekosystemów są klasyfikowane w określony sposób. Niemożliwe jest jednak połączenie całej różnorodności tych jednostek biosfery. Dlatego istnieje kilka klasyfikacji systemów ekologicznych. Wyróżniają się na przykład pochodzeniem. Ten:
- Naturalne (naturalne) ekosystemy. Należą do nich te kompleksy, w których obieg substancji zachodzi bez interwencji człowieka.
- Sztuczne (antropogeniczne) ekosystemy. Są stworzone przez człowieka i mogą istnieć tylko przy jego bezpośrednim wsparciu.
Naturalne ekosystemy
Kompleksy naturalne, które istnieją bez udziału człowieka, mają własną klasyfikację wewnętrzną. Wyróżnia się następujące typy ekosystemów naturalnych bazujących na energii:
Całkowicie zależny od promieniowania słonecznego;
Otrzymywanie energii nie tylko z ciała niebieskiego, ale także z innych naturalnych źródeł.
Pierwszy z tych dwóch typów ekosystemów jest nieproduktywny. Niemniej jednak takie naturalne kompleksy są niezwykle ważne dla naszej planety, ponieważ istnieją na rozległych obszarach i wpływają na powstawanie klimatu, oczyszczają duże ilości atmosfery itp.
Najbardziej produktywne są naturalne kompleksy, które otrzymują energię z kilku źródeł.
Sztuczne jednostki biosfery
Różne są także ekosystemy antropogeniczne. Rodzaje ekosystemów zaliczane do tej grupy obejmują:
Agroekosystemy powstałe w wyniku działalności rolniczej człowieka;
Technoekosystemy powstałe w wyniku rozwoju przemysłu;
Ekosystemy miejskie powstałe w wyniku powstania osad.
Wszystko to są rodzaje ekosystemów antropogenicznych powstałych przy bezpośrednim udziale człowieka.
Różnorodność naturalnych składników biosfery
Istnieją różne typy i typy naturalnych ekosystemów. Ponadto ekolodzy rozróżniają je na podstawie klimatycznych i naturalnych warunków ich istnienia. Zatem istnieją trzy grupy i wiele różnych jednostek biosfery.
Główne typy ekosystemów naturalnych:
Grunt;
słodka woda;
Morski.
Lądowe kompleksy przyrodnicze
Różnorodność typów ekosystemów lądowych obejmuje:
Tundra arktyczna i alpejska;
Iglaste lasy borealne;
Masywy liściaste strefy umiarkowanej;
Sawanny i tropikalne łąki;
Chaparrals, czyli obszary o suchym lecie i deszczowej zimie;
Pustynie (zarówno krzewiaste, jak i trawiaste);
Półzimozielone lasy tropikalne położone na obszarach o wyraźnych porach suchych i mokrych;
Tropikalne wiecznie zielone lasy deszczowe.
Oprócz głównych typów ekosystemów istnieją również ekosystemy przejściowe. Są to leśne tundry, półpustynie itp.
Przyczyny istnienia różnego rodzaju kompleksów przyrodniczych
Na jakiej zasadzie na naszej planecie znajdują się różne naturalne ekosystemy? Rodzaje ekosystemów pochodzenia naturalnego znajdują się w jednej lub drugiej strefie, w zależności od ilości opadów i temperatury powietrza. Wiadomo, że klimat w różnych częściach globu różni się znacznie. Jednocześnie roczna ilość opadów nie jest taka sama. Może wynosić od 0 do 250 lub więcej milimetrów. W tym przypadku opady występują równomiernie przez wszystkie pory roku lub występują głównie w pewnym okresie deszczowym. Średnia roczna temperatura na naszej planecie również jest zróżnicowana. Może wahać się od wartości ujemnych do trzydziestu ośmiu stopni Celsjusza. Zmienna jest także stałość ogrzewania mas powietrza. Może nie mieć znaczących różnic w ciągu roku, jak na przykład na równiku, lub może stale się zmieniać.
Charakterystyka kompleksów naturalnych
Różnorodność typów naturalnych ekosystemów grupy lądowej prowadzi do tego, że każdy z nich ma swoje własne charakterystyczne cechy. Tak więc w tundrach, które znajdują się na północ od tajgi, panuje bardzo zimny klimat. Obszar ten charakteryzuje się ujemnymi średnimi rocznymi temperaturami oraz polarnymi cyklami dnia i nocy. Lato w tych stronach trwa zaledwie kilka tygodni. Jednocześnie ziemia ma czas na rozmrożenie do głębokości kilku metrów. Opady w tundrze spadają w ciągu roku o mniej niż 200-300 milimetrów. Ze względu na warunki klimatyczne tereny te są ubogie w roślinność, którą reprezentują wolno rosnące porosty, mchy, a także krzewy karłowe lub pełzające borówki brusznicy i borówki amerykańskiej. Czasem można się spotkać
Fauna też nie jest bogata. Reprezentują go renifery, małe ssaki ryjące, a także drapieżniki, takie jak gronostaj, lis polarny i łasica. Świat ptaków reprezentują sowa polarna, chorągiewka śnieżna i siewka. Owady żyjące w tundrze to głównie gatunki muchówek. Ekosystem tundry jest bardzo wrażliwy ze względu na słabą zdolność do regeneracji.
Tajga położona w północnych regionach Ameryki i Eurazji jest bardzo różnorodna. Ekosystem ten charakteryzuje się mroźnymi i długimi zimami oraz obfitymi opadami w postaci śniegu. Florę reprezentują wiecznie zielone połacie iglaste, w których rosną jodła i świerk, sosna i modrzew. Przedstawicielami świata zwierząt są łosie i borsuki, niedźwiedzie i wiewiórki, sobole i rosomaki, wilki i rysie, lisy i norki. Tajga charakteryzuje się obecnością wielu jezior i bagien.
Następujące ekosystemy są reprezentowane przez lasy liściaste. Gatunki ekosystemów tego typu występują we wschodnich Stanach Zjednoczonych, Azji Wschodniej i Europie Zachodniej. Jest to sezonowa strefa klimatyczna, w której temperatury zimą spadają poniżej zera, a opady w ciągu roku wynoszą od 750 do 1500 mm. Florę takiego ekosystemu reprezentują drzewa szerokolistne, takie jak buk i dąb, jesion i lipa. Rosną tu krzaki i gruba warstwa trawy. Faunę reprezentują niedźwiedzie i łosie, lisy i rysie, wiewiórki i ryjówki. W takim ekosystemie żyją sowy i dzięcioły, kosy i sokoły.
Umiarkowane strefy stepowe znajdują się w Eurazji i Ameryce Północnej. Ich odpowiednikami są kępy w Nowej Zelandii, a także pampasy w Ameryce Południowej. Klimat na tych obszarach ma charakter sezonowy. Latem powietrze nagrzewa się od umiarkowanie ciepłego do bardzo wysokiego. Zimowe temperatury są ujemne. W ciągu roku spada od 250 do 750 milimetrów opadów. Florę stepów reprezentują głównie trawy darniowe. Zwierzęta obejmują żubry i antylopy, saigi i susły, króliki i świstaki, wilki i hieny.
Chaparrale znajdują się na Morzu Śródziemnym, a także w Kalifornii, Gruzji, Meksyku i na południowych wybrzeżach Australii. Są to strefy umiarkowanego klimatu łagodnego, w których opady w ciągu roku wynoszą od 500 do 700 milimetrów. Roślinność obejmuje krzewy i drzewa o wiecznie zielonych, twardych liściach, takie jak dzika pistacja, wawrzyn itp.
Systemy ekologiczne, takie jak sawanny, znajdują się w Afryce Wschodniej i Środkowej, Ameryce Południowej i Australii. Znaczna ich część zlokalizowana jest w południowych Indiach. Są to strefy klimatu gorącego i suchego, w których opady w ciągu roku spadają od 250 do 750 mm. Roślinność jest głównie trawiasta, gdzieniegdzie można spotkać jedynie rzadkie drzewa liściaste (palmy, baobaby i akacje). Faunę reprezentują zebry i antylopy, nosorożce i żyrafy, lamparty i lwy, sępy itp. W tych częściach występuje wiele owadów wysysających krew, takich jak mucha tse-tse.
Pustynie występują w niektórych częściach Afryki, w północnym Meksyku itp. Klimat jest tutaj suchy, a opady wynoszą mniej niż 250 mm rocznie. Dni na pustyniach są gorące, a noce zimne. Roślinność reprezentują kaktusy i rzadkie krzewy z rozbudowanym systemem korzeniowym. Wśród przedstawicieli świata zwierząt powszechne są susły i skoczki, antylopy i wilki. Jest to delikatny ekosystem, który łatwo ulega zniszczeniu w wyniku erozji wodnej i wietrznej.
Półzimozielone tropikalne lasy liściaste występują w Ameryce Środkowej i Azji. Na tych obszarach występują naprzemiennie pory suche i mokre. Średnie roczne opady wynoszą od 800 do 1300 mm. Lasy tropikalne zamieszkuje bogata fauna.
Tropikalne lasy deszczowe występują w wielu częściach naszej planety. Występują w Ameryce Środkowej, północnej Ameryce Południowej, środkowej i zachodniej Afryce równikowej, obszarach przybrzeżnych północno-zachodniej Australii, a także na wyspach Pacyfiku i Oceanu Indyjskiego. Ciepłe warunki klimatyczne w tych częściach nie mają charakteru sezonowego. Obfite opady przekraczają granicę 2500 mm przez cały rok. System ten wyróżnia się ogromną różnorodnością flory i fauny.
Istniejące kompleksy naturalne z reguły nie mają wyraźnych granic. Pomiędzy nimi koniecznie jest strefa przejściowa. Zachodzi w nim nie tylko interakcja populacji różnych typów ekosystemów, ale także szczególne typy organizmów żywych. Strefa przejściowa obejmuje zatem większą różnorodność fauny i flory niż obszary otaczające.
Wodne kompleksy naturalne
Te jednostki biosfery mogą występować w zbiornikach słodkowodnych i morzach. Do pierwszych z nich zaliczają się ekosystemy takie jak:
Lentic to zbiorniki, czyli stojąca woda;
Lotic, reprezentowany przez strumienie, rzeki, źródła;
Obszary upwellingu, na których prowadzone są produktywne połowy;
Cieśniny, zatoki, ujścia rzek, które są ujściami rzek;
Strefy raf głębinowych.
Przykład kompleksu naturalnego
Ekolodzy wyróżniają szeroką gamę typów ekosystemów naturalnych. Niemniej jednak istnienie każdego z nich przebiega według tego samego schematu. Aby jak najgłębiej zrozumieć wzajemne oddziaływanie wszystkich istot żywych i nieożywionych w jednostce biosfery, należy wziąć pod uwagę gatunek.Wszystkie żyjące tu mikroorganizmy i zwierzęta mają bezpośredni wpływ na skład chemiczny powietrza i gleby.
Łąka to układ równowagi, na który składają się różne elementy. Część z nich, makroproducenci, czyli roślinność zielna, tworzą organiczne produkty tej ziemskiej społeczności. Ponadto życie naturalnego kompleksu odbywa się dzięki biologicznemu łańcuchowi pokarmowemu. Zwierzęta roślinne lub pierwotni konsumenci żywią się trawami łąkowymi i ich częściami. Są to przedstawiciele fauny, m.in. duże zwierzęta roślinożerne i owady, gryzonie oraz wiele rodzajów bezkręgowców (suseł i zając, kuropatwa itp.).
Konsumenci pierwotni żywią się konsumentami wtórnymi, do których należą mięsożerne ptaki i ssaki (wilk, sowa, jastrząb, lis itp.). Następnie w pracę zaangażowane są reduktory. Bez nich pełny opis ekosystemu nie jest możliwy. Gatunki wielu grzybów i bakterii są tymi elementami naturalnego kompleksu. Substancje rozkładające rozkładają produkty organiczne do stanu mineralnego. Jeśli warunki temperaturowe są sprzyjające, wówczas resztki roślin i martwe zwierzęta szybko rozpadają się na proste związki. Niektóre z tych komponentów zawierają akumulatory, które zostały wyługowane i ponownie wykorzystane. Bardziej stabilna część pozostałości organicznych (humus, celuloza itp.) rozkłada się wolniej, zasilając świat roślin.
Ekosystemy antropogeniczne
Omówione powyżej kompleksy naturalne mogą istnieć bez jakiejkolwiek ingerencji człowieka. Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w ekosystemach antropogenicznych. Ich połączenia działają tylko przy bezpośrednim udziale człowieka. Na przykład agroekosystem. Głównym warunkiem jego istnienia jest nie tylko wykorzystanie energii słonecznej, ale także otrzymywanie „dotacji” w postaci swego rodzaju paliwa.
Częściowo system ten jest podobny do naturalnego. Podobieństwa do naturalnego kompleksu obserwuje się podczas wzrostu i rozwoju roślin, który zachodzi dzięki energii Słońca. Jednak rolnictwo nie jest możliwe bez przygotowania gleby i zbioru. A procesy te wymagają dotacji energetycznych ze strony społeczeństwa ludzkiego.
Do jakiego typu ekosystemu należy miasto? Jest to kompleks antropogeniczny, w którym ogromne znaczenie ma energia paliwowa. Jego zużycie jest dwa do trzech razy większe niż przepływ promieni słonecznych. Miasto można porównać do ekosystemów głębinowych lub jaskiniowych. Przecież istnienie właśnie tych biogeocenoz w dużej mierze zależy od dostaw substancji i energii z zewnątrz.
Ekosystemy miejskie wyłoniły się w wyniku historycznego procesu zwanego urbanizacją. Pod jego wpływem ludność krajów opuściła obszary wiejskie, tworząc duże osady. Stopniowo miasta coraz bardziej wzmacniały swoją rolę w rozwoju społeczeństwa. Jednocześnie, aby poprawić życie, sam człowiek stworzył złożony system miejski. Doprowadziło to do pewnego oddzielenia miast od przyrody i zakłócenia istniejących zespołów przyrodniczych. Układ osadniczy można nazwać miejskim. Jednak wraz z rozwojem przemysłu sytuacja nieco się zmieniła. Do jakiego typu ekosystemu należy miasto, na którego terenie działa zakład lub fabryka? Można go raczej nazwać przemysłowo-miejskim. Kompleks ten składa się z obszarów mieszkalnych i terytoriów, na których zlokalizowane są zakłady wytwarzające różnorodne produkty. Ekosystem miejski różni się od naturalnego bardziej obfitym, a w dodatku toksycznym przepływem różnorodnych odpadów.
Aby poprawić swoje środowisko życia, ludzie tworzą wokół swoich osiedli tzw. pasy zieleni. Składają się z trawników i krzewów, drzew i stawów. Te niewielkie naturalne ekosystemy tworzą produkty organiczne, które nie odgrywają szczególnej roli w życiu miejskim. Aby przetrwać, ludzie potrzebują żywności, paliwa, wody i prądu z zewnątrz.
Proces urbanizacji znacząco zmienił życie naszej planety. Wpływ sztucznie stworzonego układu antropogenicznego ogromnie zmienił przyrodę na rozległych obszarach Ziemi. Jednocześnie miasto wpływa nie tylko na te strefy, w których zlokalizowane są same obiekty architektoniczne i budowlane. Wpływa na rozległe obszary i nie tylko. Na przykład wraz ze wzrostem popytu na produkty z drewna ludzie wycinają lasy.
Podczas funkcjonowania miasta do atmosfery przedostaje się wiele różnych substancji. Zanieczyszczają powietrze i zmieniają warunki klimatyczne. Miasta charakteryzują się większym zachmurzeniem i mniejszym nasłonecznieniem, większą ilością mgły i mżawki oraz są nieco cieplejsze niż pobliskie obszary wiejskie.
Porównanie naturalnych i uproszczonych ekosystemów antropogenicznych (za Millerem, 1993)
|
Naturalny ekosystem (bagno, łąka, las) |
Ekosystem antropogeniczny (pole, fabryka, dom) |
|
|
Odbiera, przetwarza, akumuluje energię słoneczną. |
Zużywa energię z paliw kopalnych i nuklearnych. |
|
|
Wytwarza tlen i zużywa dwutlenek węgla. |
Zużywa tlen i wytwarza dwutlenek węgla podczas spalania paliw kopalnych. |
|
|
Tworzy żyzną glebę. |
Wyczerpuje lub stwarza zagrożenie dla żyznych gleb. |
|
|
Gromadzi, oczyszcza i stopniowo zużywa wodę. |
Marnuje dużo wody i zanieczyszcza ją. |
|
|
Tworzy siedliska dla różnych gatunków dzikich zwierząt. |
Niszczy siedliska wielu gatunków dzikich zwierząt. |
|
|
Swobodnie filtruje i dezynfekuje zanieczyszczenia i odpady. |
Wytwarza substancje zanieczyszczające i odpady, które należy odkazić na koszt społeczeństwa. |
|
|
Posiada zdolność samozachowawczą i samoleczenia. |
Wymaga dużych nakładów na stałą konserwację i renowację. |
Głównym celem tworzonych systemów rolniczych jest ich racjonalne wykorzystanie zasoby biologiczne, bezpośrednio zaangażowane w sferę działalności człowieka - źródła produktów spożywczych, surowce technologiczne, leki.
Agroekosystemy są tworzone przez człowieka w celu uzyskania wysokich plonów – czystej produkcji autotrofów.
Podsumowując wszystko, co już powiedziano o agroekosystemach, podkreślamy następujące główne różnice między nimi a naturalnymi (tabela 2).
1. W agroekosystemach różnorodność gatunków jest znacznie zmniejszona:
§ spadek gatunków roślin uprawnych zmniejsza także widoczne zróżnicowanie populacji zwierząt biocenozy;
§ różnorodność gatunkowa zwierząt wyhodowanych przez człowieka jest znikoma w porównaniu z przyrodą;
§ pastwiska uprawne (posadzone trawą) pod względem różnorodności gatunkowej są podobne do pól uprawnych.
2. Gatunki roślin i zwierząt uprawiane przez człowieka „ewoluują” w wyniku sztucznej selekcji i bez wsparcia człowieka są niekonkurencyjne w walce z gatunkami dzikimi.
3. Agroekosystemy oprócz energii słonecznej otrzymują dodatkową energię dotowaną przez człowieka.
4. Produkty czyste (ze zbiorów) są usuwane z ekosystemu i nie wchodzą do łańcucha pokarmowego biocenozy, ale częściowe ich wykorzystanie przez szkodniki, straty podczas zbiorów, które mogą również przedostać się do naturalnych łańcuchów troficznych. Są one tłumione przez ludzi na wszelkie możliwe sposoby.
5. Ekosystemy pól, ogrodów, pastwisk, ogrodów warzywnych i innych agrocenoz są systemami uproszczonymi, wspieranymi przez człowieka we wczesnych stadiach sukcesji, a są tak samo niestabilne i niezdolne do samoregulacji jak naturalne zbiorowiska pionierskie, dlatego nie mogą istnieć bez wsparcie ludzkie.
Tabela 2
Charakterystyka porównawcza ekosystemów naturalnych i agroekosystemów.
|
Naturalne ekosystemy |
Agroekosystemy |
|
|
Pierwotne, naturalne, elementarne jednostki biosfery, powstałe w procesie ewolucji. |
Wtórne sztuczne elementarne jednostki biosfery przekształcone przez człowieka. |
|
|
Złożone systemy ze znaczną liczbą gatunków zwierząt i roślin, w których dominują populacje kilku gatunków. Charakteryzują się stabilną równowagą dynamiczną osiąganą poprzez samoregulację. |
Układy uproszczone z przewagą populacji jednego gatunku roślin i zwierząt. Są stabilne i charakteryzują się zmiennością struktury biomasy. |
|
|
Produktywność zależy od przystosowanych cech organizmów uczestniczących w cyklu substancji. |
Produktywność zależy od poziomu aktywności gospodarczej i zależy od możliwości ekonomicznych i technicznych. |
|
|
Produkty pierwotne są wykorzystywane przez zwierzęta i uczestniczą w cyklu substancji. „Konsumpcja” następuje niemal równocześnie z „produkcją”. |
Zbiory są zbierane w celu zaspokojenia potrzeb człowieka i karmienia zwierząt gospodarskich. Żywa materia gromadzi się przez pewien czas i nie jest konsumowana. Najwyższa produktywność rozwija się tylko przez krótki czas. |
Miasto . Podobny do jaskiniowego lub głębinowego systemu ekologicznego lub innych biogeocenoz, zależnych głównie od dostaw energii i materii z zewnątrz. Są całkowicie lub częściowo pozbawione producentów i dlatego nazywane są heterotroficzny.
Główne różnice pomiędzy miastem a ekosystemami naturalnymi:
1. Większy metabolizm na jednostkę powierzchni, w którym wykorzystuje się nie energię słoneczną, ale energię materiałów palnych i energię elektryczną.
2. Bardziej aktywna migracja substancji, która wiąże się z przemieszczaniem metali, tworzyw sztucznych itp.
3. Silniejszy strumień odpadów, z których wiele jest bardziej toksycznych niż surowce, z których zostały otrzymane.
Aby miasto mogło efektywnie funkcjonować, potrzebne jest bliższe powiązanie z otoczeniem i większa od niego zależność. Tlen uwalniany przez zieleń miejską nie pokrywa kosztów oddychania ludzi, zwierząt i co najważniejsze, procesów technologicznych przedsiębiorstw przemysłowych. 1m2 układu miejskiego zużywa 70 razy więcej energii niż odpowiadająca mu powierzchnia naturalnej biocenozy. Powierzchnia zajmowana przez miasta wynosi 1-5% w różnych obszarach świata. Ale ich wpływ na środowisko jest ogromny. Oddziaływanie to objawia się nie tylko pochłanianiem materii organicznej i tlenu, ale także silną substancją zanieczyszczającą, działającą często na duże odległości.
Główne cechy miasta jako siedliska człowieka:
1. Urbanizacja. Zwiększanie liczby miast i ich populacji. W krajach o dużym zagęszczeniu sąsiadujące ze sobą miasta łączą się i tworzą rozległe obszary o wysokim stopniu urbanizacji - megamiasta.
2. Warunki życia w miastach są wyjątkowe. Z jednej strony lepiej rozwiązywane są problemy zatrudnienia, zaopatrzenia w żywność i opiekę medyczną. Z drugiej strony jest zły wpływ. Obejmują one:
b) Odpady przemysłowe i bytowe zanieczyszczają glebę, wodę i powietrze.
c) Zanieczyszczenie powietrza aerozolami powoduje zwiększone zachmurzenie i powstawanie mgły, wymiana ciepła zostaje zakłócona, przez co miasta stają się swego rodzaju „wyspami ciepła”. Dlatego też okres letni w miastach jest na ogół gorętszy, a zima cieplejsza niż na obszarach wiejskich.
d) Śmiertelność, szczególnie w przypadku osób cierpiących na przewlekłe choroby układu krążenia, może wzrosnąć 5-krotnie lub więcej.
e) Wysokie chmury i mgły prowadzą do osłabienia oświetlenia, a także zmniejszają intensywność promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Ziemi. Brak światła powoduje wzrost przypadków hipowitaminozy D i krzywicy u dzieci miejskich oraz zmniejsza ich odporność na przeziębienia i choroby zakaźne wieku dziecięcego.
f) Miasta charakteryzują się niskim wskaźnikiem urodzeń, a wzrost ich liczby ludności wynika głównie z napływu ludności z obszarów wiejskich.
g) Hałas i wibracje wpływają na aparat słuchowy i powodują nerwice. Przyjrzyjmy się bliżej ostatniemu punktowi. Każdy człowiek inaczej odbiera hałas. Zależy to od wieku, temperamentu, stanu zdrowia i warunków środowiskowych. Niektórzy ludzie tracą słuch już po krótkotrwałym narażeniu na hałas o niskim natężeniu. Jego ciągłe narażenie powoduje dzwonienie w uszach, zawroty głowy, ból głowy i zmęczenie. Poziom hałasu mierzony jest w jednostkach wyrażających stopień ciśnienia akustycznego – decybelach. To ciśnienie nie jest odczuwane w nieskończoność. Poziom hałasu na poziomie 20-30 decybeli (dB) jest praktycznie nieszkodliwy dla człowieka, jest naturalnym hałasem tła. Jeśli chodzi o głośne dźwięki, dopuszczalny limit wynosi tutaj około 80 decybeli. Dźwięk o natężeniu 130 decybeli powoduje już u człowieka ból, a 150 staje się dla niego nie do zniesienia. Porównaj i wykorzystaj skalę natężenia hałasu do określenia natężenia dźwięku w miejscu, w którym mieszkasz i studiujesz (ryc. 1).
Duże narażenie na hałas powoduje przytępienie słuchu, powoduje choroby nerwowe, choroby układu krążenia, osłabia refleks, co może być przyczyną wypadków i urazów.
Ryż. 1. Skala natężenia dźwięku
Hałas ma czynnik kumulacyjny, tj. kumulujące się w organizmie podrażnienia akustyczne powodują coraz większą depresję układu nerwowego.
Agrocenozy . Agrocenozy, czyli ekosystemy rolnicze, w odróżnieniu od miast, charakteryzują się swoim głównym składnikiem - organizmami autotroficznymi, które dostarczają im materii organicznej i uwalniają tlen. Różnią się od naturalnych biogeocenoz następującymi cechami:
1. Do utrzymania żywotnej aktywności agrocenozy oprócz energii słonecznej wykorzystuje się dodatkowo energię chemiczną w postaci nawozów, energię mechaniczną w postaci pracy mięśni ludzkich i zwierzęcych, energię materiałów palnych oraz energię elektryczną.
2. Różnorodność gatunkowa organizmów jest znacznie zmniejszona i jest reprezentowana przez pojedyncze uprawy rolne, czasem nawet tylko jedną, a także ograniczoną liczbę zwierząt domowych.
3. Dominujące gatunki roślin i zwierząt podlegają kontroli sztucznej selekcji. Oznacza to, że agrocenozy są zorganizowane w taki sposób, aby uzyskać maksymalną ilość pożywienia.
Istnieją dwa rodzaje agrocenoz - rozległe i intensywne.
Rozległy istnieją dzięki energii mięśni ludzi i zwierząt. Produkty służą do wyżywienia rodzin drobnych rolników oraz do sprzedaży lub wymiany. Intensywny wiąże się z dużymi nakładami energii chemicznej i maszyn. Produkty spożywcze produkowane są w ilościach przekraczających lokalne potrzeby, eksportowane na sprzedaż i odgrywają ważną rolę w gospodarce.
Około 60% gruntów rolnych jest użytkowanych ekstensywnie, a 40% intensywnie. Efektywność intensywnych agrocenoz jest bardzo wysoka. Przykładowo 4% populacji USA zamieszkującej obszary wiejskie nie tylko dostarcza całemu krajowi podstawowe produkty spożywcze, ale także je eksportuje.
Charakterystyka populacyjna osoby.
Wszyscy ludzie na Ziemi tworzą jedną strukturę populacyjną – ludzkość. Rozwój tej populacji jest ograniczony dostępnymi zasobami naturalnymi i warunkami życia, mechanizmami społeczno-ekonomicznymi i genetycznymi. Przez większą część historii wzrost liczby ludności był prawie nieistotny. Przez cały XIX wiek powoli zyskiwał na sile. i gwałtownie wzrosła po II wojnie światowej. Dało to podstawę do mówienia o „eksplozji demograficznej”. Spójrzmy na liczby poniżej.
Około 9 tysięcy lat temu na Ziemi żyło 10 milionów ludzi.
Na początku naszej ery - około 200 milionów ludzi.
W połowie XVII wieku. - 500 milionów
W połowie XIX wieku. - 1 miliard
Następnie wzrost populacji Ziemi staje się hiperwykładniczy. 1950 - 2,5 miliarda ludzi, 1960 - 3,0 miliarda, 1970 - 3,7 miliarda, 1980 - 4,4 miliarda, 1990 - 5,6 miliarda, 2000 - 6,2 miliarda Tak gwałtowny wzrost światowej populacji nazywa się eksplozja demograficzna Tendencja do zwiększania się populacji świata będzie najprawdopodobniej kontynuowana w pierwszej połowie XXI wieku. Według różnych szacunków na Ziemi będzie żyło od 7,6 do 9,4 miliarda ludzi.
Jednak w naszym kraju, pomimo jego ogromnych rozmiarów i zasobów naturalnych, liczba ludności zmniejsza się o 1,5 miliona osób rocznie, a średnia długość życia mężczyzn spadła do 57 lat, co ogólnie wskazuje na początek procesu wyludniania.
Większa część tego wzrostu ma miejsce i będzie miała miejsce w przyszłości w krajach rozwijających się. Szybki wzrost liczby ludności w krajach rozwiniętych dramatycznie pogłębia problemy środowiskowe i społeczne. W niektórych krajach (Chiny, Indie) podejmuje się działania ukierunkowane na planowanie rodziny, aby ograniczyć tempo wzrostu populacji. Wzrost liczby ludności wymaga zwiększenia produkcji żywności, tworzenia nowych miejsc pracy i rozwoju produkcji przemysłowej. Liczba mieszkańców krajów rozwijających się stanowi 3/4 populacji planety i pochłania 1/3 światowej produkcji, a różnica w konsumpcji na mieszkańca stale rośnie. Towarzyszy temu zużycie i wyczerpywanie się dostępnych dla ludzkości zasobów naturalnych oraz masowe zanieczyszczenie środowiska.