Екосистеми це одне з ключових понять екології, яке являє собою систему, що включає кілька компонентів: співтовариство тварин, рослин і мікроорганізмів, характерне середовище проживання, цілу систему взаємозв'язків, завдяки яким здійснюється взаємообмін речовинами і енергіями. У науці є кілька класифікацій екосистем. Одна з них поділяє всі відомі екосистеми на два великі класи: природні, створені природою, та штучні ті, що створила людина.
Природні екосистеми Для них характерні: Тісний взаємозв'язок органічних та неорганічних речовин Повний, замкнутий круг круговороту речовин: починаючи від появи органічної речовини і закінчуючи її розпадом та розкладанням на неорганічні компоненти. Стійкість та здатність до самовідновлення.
Усі природні екосистеми визначаються такими признаками: 1. Видова структура: чисельність кожного виду тварини чи рослини регулюється природними умовами. 2. Просторова структура: всі організми розташовуються у строгій горизонтальній або вертикальній ієрархії. 3. Біотичні та абіотичні речовини. Організми, що становлять екосистему, поділяються на неорганічні (абіотичні: світло, повітря, ґрунт, вітер, вологість, тиск) та органічні (біотичні тварини, рослини). 4. У свою чергу біотичний компонент ділиться на виробників, споживачів та руйнівників.
Штучні екосистеми Штучними екосистемами називають угруповання тварин і рослин, що мешкають в умовах, які створила для них людина. Їх ще називають нообіогеоценозами чи соціоекосистемами. Приклади: поле, пасовища, місто, суспільство, космічний корабель, зоосад, сад, штучний ставок, водосховище.
Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем Природные экосистемы Искусственные экосистемы Главный компонент солнечная энергия.В основном, получает энергию из топлива, и готовой пищи (гетеротрофный) Формирует плодородную почву Истощает почву Все природные экосистемы поглощают углекислый газ и производят кислород Большинство искусственных экосистем потребляет кислород и продуцирует вуглекислий газ Велика видова різноманітність Обмежена кількість видів організмів Висока стійкість, здатність до саморегуляції та самовідновлення Слаба стійкість, тому що така екосистема залежить від діяльності людини Замкнений обмін речовин Незамкнений ланцюг обміну речовин Створює житла диких тварин і рослин
Екосистеми - це єдині природні комплекси, які утворені сукупністю живих організмів та середовища їх проживання. Вивченням цих формувань займається наука екологія.
Термін «екосистема» виник 1935 р. Використовувати його запропонував англійський еколог А. Тенслі. Природний чи природно-антропогенний комплекс, у якому як живі, і непрямі складові перебувають у тісному взаємозв'язку у вигляді обміну речовин, і розподілу потоку енергії - усе це входить у поняття «екосистема». Види екосистем у своїй бувають різними. Ці основні функціональні одиниці біосфери поділяє окремі групи і вивчає екологічна наука.
Класифікація за походженням
На планеті існують різні екосистеми. Види екосистем класифікуються певним чином. Проте пов'язати воєдино все різноманіття цих одиниць біосфери неможливо. Саме тому є кілька класифікацій екологічних систем. Наприклад, розмежовують їх за походженням. Це:
- Природні екосистеми. До них відносяться ті комплекси, в яких кругообіг речовин здійснюється без будь-якого втручання людини.
- Штучні (антропогенні) екосистеми.Вони створені людиною і здатні існувати лише за її безпосередньої підтримки.
Природні екосистеми
Природні комплекси, що існують без участі людини, мають внутрішню класифікацію. Існують такі види природних екосистем за енергетичною ознакою:
Перебувають у повній залежності від сонячного випромінювання;
Ті, хто одержує енергію не тільки від небесного світила, а й від інших природних джерел.
Перший із цих двох видів екосистем є малопродуктивним. Проте такі природні комплекси є вкрай важливими для нашої планети, оскільки існують на величезних площах і впливають на формування клімату, очищають великі обсяги атмосфери тощо.
Природні комплекси, які отримують енергію від кількох джерел, є найпродуктивнішими.
Штучні одиниці біосфери
Різні та антропогенні екосистеми. Види екосистем, що входять до цієї групи, включають:
Агроекосистеми, що виникають як результат ведення людиною сільського господарства;
Техноекосистеми, що виникають в результаті розвитку промисловості;
Урбаноекосистеми, що є результатом створення поселень.
Усе це види антропогенних екосистем, створених з участю людини.
Різноманітність природних компонентів біосфери
Типи та види екосистем природного походження бувають різними. Причому екологи виділяють їх, виходячи з кліматичних та природних умов їх існування. Так, розрізняють три групи та цілу низку різноманітних одиниць біосфери.
Основні види екосистем природного походження:
Наземна;
Прісноводна;
Морська.
Наземні природні комплекси
Різноманітність видів екосистем наземного типу включає:
Арктичну та альпійську тундру;
Хвойні бореальні риштування;
Листопадні масиви помірної зони;
Савани та тропічні злаковники;
Чапаралі, що є районами із посушливим літом та дощовою зимою;
Пустелі (як чагарникові, і трав'янисті);
Напіввічнозелені тропічні ліси, розташовані в районах з яскраво вираженими сухими та вологими сезонами;
Тропічні вічнозелені дощові ліси.
Крім основних видів екосистем, існують і перехідні. Це лісотундри, напівпустелі тощо.
Причини існування різних видів природних комплексів
За яким принципом розміщуються на планеті різні природні екосистеми? Види екосистем природного походження знаходяться в тій чи іншій зоні залежно від кількості опадів та температури повітря. Відомо, що клімат у різних куточках земної кулі має суттєві відмінності. При цьому неоднакова і річна сума опадів, що випадають. Вона може бути в межах від 0 до 250 і більше міліметрів. При цьому опади випадають рівномірно протягом усіх сезонів, або припадають в основній частці на певний вологий період. Різниться на планеті і середньорічна температура. Вона може мати значення від негативних величин або сягати тридцяти восьми градусів тепла. Різноманітність і сталість нагріву повітряних мас. Воно може не мати істотних відмінностей протягом року, як, наприклад, у екватора, так і постійно змінюватися.
Характеристика природних комплексів
Різноманітність видів природних екосистем наземної групи призводить до того, що кожна з них має свої відмінні риси. Так, у тундрах, що на північ від тайги, спостерігається дуже холодний клімат. Для цієї місцевості характерні негативна середньорічна температура та зміна полярного дня та ночі. Літо у цих краях триває лише кілька тижнів. При цьому земля встигає розтанути на невелику метрову глибину. Опади в тундрі випадають менш як на 200-300 мм протягом року. Через такі кліматичні умови ці землі бідні рослинністю, представленою лишайниками, що повільно ростуть, мохом, а також карликовими або чагарниками, що стелиться, брусниці і чорниці. Часом можна зустріти
Не вирізняється багатством і тваринний світ. Він представлений північними оленями, дрібними ссавцями, що риють, а також такими хижаками, як горностай, песець і ласка. Світ птахів представлений полярною совою, пуночкою та іржанкою. Комахи в тундрі здебільшого - види двокрилих. Тундрова екосистема дуже вразлива через погану здатність до відновлення.
Великою різноманітністю відрізняється тайга, розташована у північних районах Америки та Євразії. Для цієї екосистеми характерна холодна та довга зима та численні опади у вигляді снігу. Рослинний світ представлений вічнозеленими хвойними масивами, в яких росте ялиця і ялина, сосна і модрина. Представники тваринного світу - лосі та борсуки, ведмеді та білки, соболя та росомахи, вовки та рисі, лисиці та норки. Для тайги характерна наявність безлічі озер та боліт.
Широколистяними лісами представлені такі екосистеми. Види екосистем цього типу знаходяться на сході США, у Східній Азії та у Західній Європі. Це зона сезонного клімату, де температура взимку опускається нижче за нульову позначку, а протягом року випадає від 750 до 1500 мм опадів. Рослинний світ такої екосистеми представлений такими широколистяними деревами, як бук та дуб, ясен та липа. Є тут чагарники та потужний трав'яний шар. Тваринний світ представлений ведмедями та лосями, лисицями та рисями, білками та землерийками. Мешкають у такій екосистемі сови та дятли, дрозди та соколи.
Степові помірні зони знаходяться в Євразії та Північній Америці. Їхніми аналогами є туссоки в Новій Зеландії, а також пампаси в Південній Америці. Клімат у цих районах відрізняється сезонністю. У літній період повітря нагрівається від помірно теплих значень до високих. Зимові температури негативні. Упродовж року тут спостерігається від 250 до 750 міліметрів опадів. Рослинний світ степів представлений в основному дерновинними злаками. Серед тварин зустрічаються бізони та антилопи, сайгаки та ховрахи, кролики та бабаки, вовки та гієни.
Чапаралі розташовуються у Середземномор'ї, а також у Каліфорнії, Грузії, Мексиці та на південних берегах Австралії. Це зони м'якого помірного клімату, де випадає від 500 до 700 мм опадів протягом року. З рослинності тут є чагарники та дерева з вічнозеленими твердими листочками, такі як дика фісташка, лавр та ін.
Такі екологічні системи, як савани, розташовуються у Східній та Центральній Африці, Південній Америці та Австралії. Значна їх частина знаходиться у Південній Індії. Це зони жаркого та сухого клімату, де протягом року випадає від 250 до 750 мм опадів. Рослинність переважно - злакова трав'яниста, лише подекуди зустрічаються рідкісні листопадні дерева (пальми, баобаби і акації). Тваринний світ представлений зебрами та антилопами, носорогами та жирафами, леопардами та левами, грифами і т. д. Багато в цих краях комах, таких як муха цеце.
Пустелі зустрічаються в деяких районах Африки, на півночі Мексики і т. д. Клімат тут сухий, з випаданням опадів менше 250 мм на рік. Дні у пустелях спекотні, а ночі холодні. Рослинність представлена кактусами та рідкісними чагарниками з великими кореневими системами. Серед представників тваринного світу поширені ховрахи та тушканчики, антилопи та вовки. Це тендітна екосистема, що легко руйнується під впливом водної та вітрової ерозії.
Напіввічнозелені тропічні листопадні ліси зустрічаються в Центральній Америці та Азії. У цих зонах спостерігається змінність сухого та вологого сезонів. Середньорічна кількість опадів – від 800 до 1300 мм. Тропічні ліси населяє багатий тваринний світ.
Дощові тропічні вічнозелені ліси знаходяться у багатьох куточках нашої планети. Є вони у Центральній Америці, на півночі Південної Америки, у центральній та західній частині екваторіальної Африки, у прибережних районах північно-західної Австралії, а також на островах Тихого та Індійського океанів. Теплі кліматичні умови у цих краях не відрізняються сезонністю. Рясні опади перевищують межу 2500 мм протягом року. Ця система відрізняється величезною різноманітністю рослинного та тваринного світу.
Існуючі природні комплекси, зазвичай, немає жодних чітких кордонів. Між ними обов'язково знаходиться перехідна зона. У ньому відбувається взаємодія популяцій різних видів екосистем, а й зустрічаються особливі види живих організмів. Таким чином, перехідна зона включає більшу різноманітність представників фауни і флори, ніж прилеглі до неї території.
Водні природні комплекси
Дані одиниці біосфери можуть існувати у прісних водоймах та морях. До перших з них належать такі екосистеми, як:
Лентичні – це водосховища, тобто стоячі води;
Лотичні, представлені струмками, річками, джерелами;
Області апвелінгу, де здійснюється продуктивне рибальство;
Протоки, бухти, лимани, є естуаріями;
Глибоководні зони рифів.
Приклад природного комплексу
Екологи розрізняють велику різноманітність видів природних екосистем. Проте існування кожної з них відбувається за тією ж схемою. Для того щоб найбільш глибоко зрозуміти взаємодію всіх живих і неживих істот в одиниці біосфери, розглянемо вигляд. Усі мікроорганізми і тварини, що тут живуть, надають безпосередній вплив на хімічний склад повітря і грунту.
Луг - це рівноважна система, що включає різні елементи. Одні з них – макропродуценти, якими є трав'яниста рослинність, створюють органічну продукцію цієї наземної спільноти. Далі життя природного комплексу здійснюється за рахунок біологічного харчового ланцюжка. Рослинні тварини чи первинні консументи харчуються лучними травами та його частинами. Це такі представники фауни, як великі травоїдні та комахи, гризуни та багато видів безхребетних (суслик та заєць, куріпка тощо).
Первинні консументи йдуть у їжу вторинним, яких відносять м'ясоїдних птахів і ссавців (вовк, сова, яструб, лисиця тощо. буд.). Далі до роботи підключаються редуценти. Без них неможливий повний опис екосистеми. Види багатьох грибів та бактерій і є цими елементами у природному комплексі. Редуценти розкладають органічні продукти мінерального стану. Якщо температурні умови сприятливі, рослинні залишки і мертві тварини швидко розпадаються на прості сполуки. Деякі з цих компонентів містять у своєму складі елементи живлення, які вилуговуються і використовуються повторно. Більше стійка частина органічних залишків (гумус, целюлоза тощо. буд.) розкладається повільніше, живлячи рослинний світ.
Антропогенні екосистеми
Розглянуті вище природні комплекси здатні існувати без будь-якого втручання людини. Зовсім інакше в антропогенних екосистемах. Їхні зв'язки працюють лише за безпосередньої участі людини. Наприклад, агроекосистема. Основною умовою її існування є не лише використання сонячної енергії, а й надходження “дотацій” у вигляді своєрідного пального.
Частково ця система схожа на природну. Подібність до природного комплексу спостерігається під час зростання та розвитку рослин, що відбувається за рахунок енергії Сонця. Проте ведення сільського господарства неможливе без підготовки ґрунтового шару та збирання врожаю. А ці процеси потребують енергетичних субсидій людського суспільства.
До якого виду екосистем належить місто? Це антропогенний комплекс, де велике значення має енергія палива. Її витрата порівняно з потоком сонячних променів вища у два-три рази. Місто можна порівняти з глибоководними чи печерними екосистемами. Адже існування саме цих біогеоценозів багато в чому залежить від надходження речовин та енергії ззовні.
Міські екосистеми виникли внаслідок історичного процесу, що називається урбанізацією. Під його впливом населення країн залишало сільські місцевості, утворюючи великі поселення. Поступово міста дедалі більше посилювали свою роль розвитку суспільства. При цьому для покращення життя людина сама створила складну урбаністичну систему. Це призвело до деякого відриву міст від природи та порушення існуючих природних комплексів. Систему населеного пункту можна назвати урбаністичною. Однак у міру розвитку промисловості дещо змінилося. До якого виду екосистем належить місто, біля якого працює завод чи фабрика? Скоріше її можна назвати промислово-урбаністичною. Цей комплекс складається з житлових зон та територій, на яких розташовуються об'єкти, що виробляють різноманітну продукцію. Екосистема міста відрізняється від природної ряснішим і, крім того, отруйним потоком різних відходів.
Для того, щоб покращити середовище свого проживання, людина створює навколо своїх населених пунктів так звані зелені пояси. Вони складаються з трав'яних газонів та чагарників, дерев та ставків. Ці невеликі за розміром природні екосистеми створюють органічну продукцію, яка не відіграє особливу роль у міському житті. Для існування людям потрібні їжа, пальне, вода та електрика ззовні.
Процес урбанізації значно змінив життя нашої планети. Вплив штучно створеної антропогенної системи великою мірою змінило природу на широких територіях Землі. При цьому місто впливає не лише на зони, де знаходяться самі архітектурно-будівельні об'єкти. Він впливає на величезні території та за своїми межами. Наприклад, зі збільшенням попиту продукцію деревообробної промисловості людина вирубує лісові масиви.
У процесі функціонування міста у повітря потрапляє безліч різноманітних речовин. Вони забруднюють повітря та змінюють кліматичні умови. У містах вище хмарність і менше сонячного світла, більше туману та мряки, а також трохи тепліше, ніж у сусідній сільській місцевості.
Лекція №5. Штучні екосистеми
5.1 Природні та штучні екосистеми
У біосфері крім природних біогеоценозів та екосистем існують спільноти, що штучно створені господарською діяльністю людини, - антропогенні екосистеми.
Природні екосистеми відрізняються значною видовою різноманітністю, існують тривалий час, вони здатні до саморегуляції, мають велику стабільність, стійкість. Створена в них біомаса та поживні речовини залишаються та використовуються в межах біоценозів, збагачуючи їх ресурси.
Штучні екосистеми - агроценози (поля пшениці, картоплі, городи, ферми з прилеглими пасовищами, риболовні ставки та ін.) становлять невелику частину поверхні суші, але дають близько 90% харчової енергії.
Розвиток сільського господарства з давніх-давен супроводжувалося повним знищенням рослинного покриву на значних площах для того, щоб звільнити місце для невеликої кількості відібраних людиною видів, найбільш придатних для харчування.
Проте спочатку діяльність людини у сільськогосподарському суспільстві вписувалася в біохімічний кругообіг і змінювала припливу енергії в біосфері. У сучасному сільськогосподарському виробництві різко зросло використання синтезованої енергії під час механічної обробки землі, використання добрив та пестицидів. Це порушує загальний енергетичний баланс біосфери, що може призвести до непередбачуваних наслідків.
Порівняння природної та спрощеної антропогенної екосистем
(за Міллером, 1993)
|
Природна екосистема (болото, луг, ліс) |
Антропогенна екосистема (поле, завод, будинок) |
|
Отримує, перетворює, накопичує сонячну енергію |
Споживає енергію викопного та ядерного палива |
|
Продукує кисень та споживає діоксид вуглецю |
Споживає кисень і продукує діоксид вуглецю при згоранні копалин. |
|
Формує родючий ґрунт |
Виснажує або становить загрозу для родючих ґрунтів |
|
Накопичує, очищає та поступово витрачає воду |
Витрачає багато води, забруднює її |
|
Створює місцеперебування різних видів дикої природи |
Руйнує місце проживання багатьох видів дикої природи |
|
Безкоштовно фільтрує та знезаражує забруднювачі та відходи |
Виробляє забруднювачі та відходи, які мають знезаражуватися за рахунок населення |
|
Має здатність самозбереження та самовідновлення |
Вимагає великих витрат для постійної підтримки та відновлення |
5.2 Штучні екосистеми
5.2.1 Агроекосистеми
Агроекосистема(від грец. agros - поле) - біотичне співтовариство, створене та регулярно підтримуване людиною з метою одержання сільськогосподарської продукції. Зазвичай включає сукупність організмів, що мешкають на землях сільгоспкористування.
До агроекосистем відносять поля, сади, городи, виноградники, великі тваринницькі комплекси із прилеглими штучними пасовищами.
Характерна особливість агроекосистем - мала екологічна надійність, але висока врожайність одного (кілька) видів або сортів рослин або тварин, що культивуються. Головна їхня відмінність від природних екосистем - спрощена структура та збіднений видовий склад.
Агроекосистеми відрізняються від природних екосистем ряд особливостей:
1.Разнообразие живих організмів у яких різко знижено щоб одержати максимально високої продукції.
На житньому чи пшеничному полі крім злакової монокультури можна зустріти хіба кілька видів бур'янів. На природному лузі біологічна різноманітність значно вища, але біологічна продуктивність у багато разів поступається засіяному полю.
Штучне регулювання чисельності шкідників - здебільшого необхідна умова підтримки агроекосистем. Тому у сільськогосподарській практиці застосовують потужні засоби придушення чисельності небажаних видів: отрутохімікати, гербіциди тощо. Екологічні наслідки цих дій призводять, однак, до ряду небажаних ефектів, крім тих, для яких вони використовуються.
2. Види сільськогосподарських рослин та тварин в агроекосистемах отримані внаслідок дії штучного, а не природного відбору, і не можуть витримувати боротьбу за існування з дикими видами без підтримки людини.
В результаті відбувається різке звуження генетичної бази сільськогосподарських культур, які вкрай чутливі до масового розмноження шкідників та хвороб.
3. Агроекосистеми більш відкриті, їх речовина і енергія вилучаються з урожаєм, тваринницької продукцією, і навіть у результаті руйнації грунтів.
У природних біоценозах первинна продукція рослин споживається в численних ланцюгах живлення і знову повертається в систему біологічного кругообігу у вигляді вуглекислого газу, води та елементів мінерального живлення.
У зв'язку з постійним вилученням урожаю та порушенням процесів ґрунтоутворення, при тривалому вирощуванні монокультури на культурних землях поступово відбувається зниження родючості ґрунтів. Дане становище в екології називається законом спадної родючості .
Таким чином, для розважливого та раціонального ведення сільського господарства необхідно враховувати збіднення ґрунтових ресурсів та зберігати родючість ґрунтів за допомогою покращеної агротехніки, раціональної сівозміни та інших прийомів.
Зміна рослинного покриву в агроекосистемах відбувається не природним шляхом, а з волі людини, що не завжди добре відбивається на якості абіотичних факторів, що входять до неї. Особливо це стосується ґрунтової родючості.
Головна відмінність агроекосистеми від природних екосистем - отримання додаткової енергії для нормального функціонування.
Під додатковою розуміється будь-який тип енергії, яка приноситься в агроекосистеми. Це може бути м'язова сила людини або тварин, різні види пального для роботи сільськогосподарських машин, добрива, пестициди, отрутохімікати, додаткове освітлення тощо. До поняття «додаткова енергія» входять також нові породи свійських тварин та сорти культурних рослин, які впроваджуються у структуру агроекосистем.
Слід зазначити, що агроекосистеми - вкрай нестійкі спільноти. Вони не здатні до самовідновлення та саморегулювання, схильні до загрози загибелі від масового розмноження шкідників або хвороб.
Причина нестабільності у тому, що агроценози складаються одним (монокультури) чи рідше максимум 2–3 видами. Саме тому будь-яка хвороба, будь-який шкідник може знищити агроценоз. Проте людина свідомо йде на спрощення структури агроценозу, щоби отримати максимальний вихід продукції. Агроценози набагато більшою мірою, ніж природні ценози (ліс, луг, пасовища), схильні до ерозії, вилуговування, засолення і нашестя шкідників. Без участі людини агроценози зернових та овочевих культур існують не більше року, ягідних рослин – 3–4, плодових культур – 20–30 років. Потім вони розпадаються чи відмирають.
Перевагою агроценозівперед природними екосистемами є виробництво необхідних людини продуктів харчування і великі можливості збільшення продуктивності. Однак вони реалізуються тільки при постійній турботі про родючість землі, забезпеченні рослин вологою, охороні культурних популяцій, сортів та порід рослин та тварин від несприятливих впливів природної флори та фауни.
Усі штучно створювані в сільськогосподарській практиці агроекосистеми полів, садів, пасовищних лук, городів, теплиць є системи, що спеціально підтримуються людиною.
Стосовно спільнот, що складаються в агроекосистемах, поступово змінюються акценти у зв'язку із загальним розвитком екологічних знань. На зміну уявленням про уривчастість, осколковість ценотичних зв'язків і граничну спрощеність агроценозів виникає розуміння їх складної системної організації, де людина істотно впливає лише на окремі ланки, а вся система продовжує розвиватися за природними законами.
З екологічних позицій вкрай небезпечно спрощувати природне оточення людини, перетворюючи весь ландшафт на агрогосподарський. Основна стратегія створення високопродуктивного та стійкого ландшафту повинна полягати у збереженні та множенні його різноманіття.
Поряд із підтримкою високопродуктивних полів слід особливо дбати про збереження заповідних територій, які не піддаються антропогенному впливу. Заповідники з багатим видовим розмаїттям є джерелом видів для спільнот, що відновлюються в сукцесійних рядах.
Порівняльна характеристика природних екосистем та агроекосистем
|
Природні екосистеми |
Агроекосистеми |
|
Первинні природні елементарні одиниці біосфери, що сформувалися в ході еволюції |
Вторинні трансформовані людиною штучні елементарні одиниці біосфери |
|
Складні системи із значною кількістю видів тварин та рослин, у яких панують популяції кількох видів. Їм властиво стійка динамічна рівновага, що досягається саморегуляцією |
Спрощені системи з пануванням популяцій одного виду рослини чи тварини. Вони стійкі та характеризуються непостійністю структури своєї біомаси. |
|
Продуктивність визначається пристосувальними особливостями організмів, що беруть участь у кругообігу речовин |
Продуктивність визначається рівнем господарської діяльності та залежить від економічних та технічних можливостей |
|
Первинна продукція використовується тваринами та бере участь у кругообігу речовин. "Споживання" відбувається майже одночасно з "виробництвом" |
Урожай збирають для задоволення потреб людини та на корм худобі. Жива речовина деякий час накопичується, не витрачаючись. Найбільш висока продуктивність розвивається лише на короткий час |
5.2.2.Індустріально-міські екосистеми
Зовсім інакша справа в екосистемах до яких відносяться індустріально-міські системи - тут енергія палива повністю замінює сонячну енергію. Порівняно з потоком енергії у природних екосистемах - тут її витрата на два-три порядки вища.
У зв'язку зі сказаним вище, слід зазначити, що штучні екосистеми не можуть існувати без природних систем, тоді як природні екосистеми можуть існувати без антропогенних.
Урбаністичні системи
Урбаністична система (урбосистема)- «Нестійка природно-антропогенна система, що складається з архітектурно-будівельних об'єктів та різко порушених природних екосистем» (Реймерс, 1990).
З розвитком міста у ньому дедалі більше диференціюються його функціональні зони - це промислова, селітебна, лісопаркова.
Промислові зони- це території зосередження промислових об'єктів різних галузей (металургійної, хімічної, машинобудівної, електронної та інших.). Вони є основними джерелами забруднення довкілля.
Селитебні зони- це території зосередження житлових будинків, адміністративних будівель, об'єктів культури, освіти тощо.
Лісопаркова -це зелена зона навколо міста, окультурена людиною, тобто пристосована для масового відпочинку, спорту, розваг. Можливі її ділянки і всередині міст, але зазвичай тут міські парки- дерев'яні насадження в місті, що займають досить великі території і теж служать городянам для відпочинку. На відміну від природних лісів і навіть лісопарків міські парки та подібні до них дрібніші посадки в місті (сквери, бульвари) не є самопідтримуючими і саморегульованими системами.
Лісопаркова зона, міські парки та інші ділянки території, відведені та спеціально пристосовані для відпочинку людей, називають рекреаційнимизонами (територіями, ділянками тощо).
Поглиблення урбанізації веде до ускладнення інфраструктури міста. Значне місце починає займати транспорті транспортні споруди(автомобільні дороги, автозаправні станції, гаражі, станції обслуговування, залізниці зі своєю складною інфраструктурою, у тому числі підземні – метрополітен; аеродроми з комплексом обслуговування та ін.). Транспортні системиперетинають всі функціональні зони міста та впливають на все міське середовище (урбосередовища).
Середовище, що оточує людинуу умовах, - це сукупність абіотичної і соціальних середовищ, що спільно і безпосередньо впливають на людей та їх господарство. Одночасно, за М. Ф. Реймерсом (1990), її можна ділити на власне природне середовищеі перетворене людиною природне середовище(Антропогенні ландшафти аж до штучного оточення людей - будівлі, асфальт доріг, штучне освітлення і т. д., тобто до штучного середовища).
В цілому ж середовище міське та населених пунктів міського типу - це частина техносфери,т. е. біосфери, докорінно перетвореної людиною на технічні та техногенні об'єкти.
Крім наземної частини ландшафту в орбіту господарську діяльність людини потрапляє та її літогенна основа, т. е. поверхнева частина літосфери, яку прийнято називати геологічною середовищем (Е. М. Сергєєв, 1979).
Геологічне середовище- це гірські породи, підземні води, на які впливає господарська діяльність людини (рис. 10.2).
На міських територіях, в урбоекосистемах, можна виділити групу систем, що відображає всю складність взаємодії будівель та споруд з навколишнім середовищем, які називають природно-технічними системами(Трофімов, Єпішин, 1985) (рис. 10.2). Вони тісно пов'язані з антропогенними ландшафтами, зі своїми геологічним будовою і рельєфом.
Таким чином, урбосистеми - це осередок населення, житлових та промислових будівель та споруд. Існування урбосистем залежить від енергії горючих копалин та атомноенергетичної сировини, що штучно регулюється і підтримується людиною.
Середовище урбосистем, як її географічна, так і геологічна частини, найбільш сильно змінено і по суті стало штучної,тут виникають проблеми утилізації та реутилізації природних ресурсів, що залучаються в обіг, забруднення та очищення навколишнього середовища, тут відбувається все більша ізоляція господарсько-виробничих циклів від природного обміну речовин (біогеохімічних оборотів) і потоку енергії в природних екосистемах. І, нарешті, саме тут найбільша щільність населення та штучне середовище, які загрожують не лише здоров'ю людини,але й виживання всього людства. Здоров'я людини – індикатор якості цього середовища.
Штучні екосистеми ( нообіогеоценози або соціоекосистеми ) - це сукупність організмів, що у створених людиною умовах. На відміну від екосистеми включає додаткове рівноправне співтовариство, зване нооценозом .
Нооценоз - це частина штучної екосистеми, що включає у собі засоби праці, суспільство та продукти праці.
Агроценоз- Це біоценоз, штучно створений людиною для своїх цілей з певним рівнем та характером продуктивності.
Наразі агроценозами зайнято близько десяти відсотків суші.
Незважаючи на те, що в агроценозі, як і в будь-якій природній екосистемі, існують обов'язкові трофічні рівні — продуценти, консументи, редуценти, що утворюють типові трофічні мережі, між цими двома типами угруповань існують досить великі відмінності:
1) В агроценоз різко знижено різноманітність організмів. Одноманітність та видову бідність агроценозів людина підтримує спеціальною складною системою агротехнічних заходів. На полях зазвичай культивують один вид рослин, у зв'язку з чим різко збіднюються і тваринне населення, і склад мікроорганізмів ґрунту. Однак навіть найбідніші агроценози включають кілька десятків видів організмів, що належать до різних систематичних та екологічних груп. Наприклад, в агроценоз пшеничного поля, крім пшениці, входять бур'яни, комахи – шкідники пшениці та хижаки, безхребетні – жителі ґрунту та грунтового шару, патогенні гриби та ін.
2) Види, культивовані людиною, підтримуються штучним добором і що неспроможні витримувати боротьбу існування без підтримки людини.
3) Агроекосистеми отримують додаткову енергію завдяки діяльності людини, що забезпечує додаткові умови росту рослин, що культивуються.
4) Чиста первинна продукція агроценозу (біомаса рослин) видаляється з екосистеми у вигляді врожаю і не надходить до ланцюга харчування. Часткове споживання її шкідниками всіляко припиняється діяльністю людини. Внаслідок цього грунт збіднюється мінеральними речовинами, необхідними для життєдіяльності рослин. Отже, знову потрібне втручання людини у вигляді внесення добрив.
У агроценозах ослаблена дія природного відбору і діє переважно штучний відбір, спрямований на максимальну продуктивність рослин, необхідних людині, а чи не тих, які краще пристосовані до навколишнім умовам.
Таким чином, агроценози, на відміну від природних систем, не є системами, що саморегулюються, а регулюються людиною. Завданням такого регулювання є підвищення продуктивності агроценозу. Для цього зрошуються посушливі та осушуються перезволожені землі; знищуються бур'яни і тварини, що поїдають урожай, змінюються сорти культивованих рослин і вносяться добрива. Все це створює переваги тільки для рослин, що культивуються.
На відміну природної екосистеми агроценоз нестійкий, він швидко руйнується, т.к. культурні рослини не витримають конкуренції з дикорослими і будуть витіснені.
Для агробіоценозів також характерний крайовий ефект розміщення комах шкідників. Вони концентруються переважно у крайової смузі, а центр поля заселяють меншою мірою. Зазначене явище пов'язане з тим, що в перехідній смузі різко загострюється конкуренція між окремими видами рослин, а це, у свою чергу, знижує в останніх рівень захисних реакцій проти комах.
| Попередні матеріали: |
* Термін "екосистема" застосовується до біоценозів і біотопів різного розміру, наприклад, стовбур загиблого дерева, ліс або ставок, океан. Усе це природні екосистеми. Як приклад природної, порівняно простої екосистеми розглянемо екосистему невеликого ставка. Екосистему ставка можна у вигляді двох основних компонентів.
**Природні екосистеми досить складні, і вивчати їх за допомогою традиційного наукового прийому "досвіду та контролю" дуже важко. Тому вчені-екологи використовують лабораторні штучні мікроекосистеми, що моделюють процеси, що протікають у природних умовах.
Акваріум як штучна екосистема
Існує помилка, що стосується "рівноваги" в акваріумі. Досягнути в акваріумі приблизної рівноваги щодо газового та харчового режиму можливо лише за умови, що риб у ньому буде мало, а води та рослин багато. Ще в 1857 році Дж. Уоррінгтон встановив "це дивовижна і чудова рівновага між тваринами і рослинним царством" в акваріумі об'ємом 12 галонів (54,6 л), поселивши в ньому кілька золотих рибок і равликів. Крім того, він посадив велику кількість багаторічних водних рослин валліснерій, які служать кормом для риб. Дж. Уоррінгтон правильно оцінив як взаємодія риб та рослин, а й значення детритоядных равликів " для розкладання залишків рослин і слизу " , у результаті " те, що міг би діяти як отруйне початок, перетворювалося на родюче середовище зростання рослин " . Більшість спроб любителів досягти рівноваги в акваріумі закінчується невдачею через те, що в акваріум поміщають дуже багато риб (елементарний випадок перенаселення). Тому любителям-акваріумістам доводиться періодично штучно підтримувати рівновагу в акваріумі (додаткове харчування, аерація, періодичне чищення акваріума).
***Можливо, найкращий спосіб уявити штучну екосистему - це задуматися про космічну подорож, оскільки людина, залишаючи біосферу, повинна взяти з собою чітко обмежену систему, яка забезпечувала б усі його життєві потреби, використовуючи сонячне світло як енергію, що надходить з навколишнього космічного середовища.
Космічний корабель як штучна екосистема
Розрізняють відкритий та закритий типи космічного корабля.
У відкритої системи (без регенерації) потік речовин та енергії йде в одному напрямку, і життя системи залежатиме від запасів води, їжі та кисню. Використані матеріали та відходи зберігаються на космічному кораблі до повернення на землю або викидаються у космос (!).
У замкненою за всіма параметрами (крім енергії) системі відбувається кругообіг речовин, який так само, як і потік енергії, можна регулювати за допомогою зовнішніх механізмів. Сьогодні практично у всіх космічних кораблях використовується система відкритого типу з різними ступенями регенерації.