Урбосистеми
Агроекосистеми (сільськогосподарські екосистеми, агроценози)- Штучні екосистеми, що виникають в результаті сільськогосподарської діяльності людини (рілля, сіножаті, пасовища). Агроекосистеми створюються людиною для отримання високої чистої продукції автотрофів (урожаю). Вони, як і у природних спільнотах, є продуценти (культурні рослини і бур'яни), консументи (комахи, птахи, миші тощо.) і редуценти (гриби і бактерії). Обов'язковою ланкою харчових ланцюгів в агроекосистемах є людина.
Відмінності агроценозів від природних біоценозів:
Незначна видова різноманітність;
Короткі ланцюги живлення;
Неповний кругообіг речовин (частина поживних речовин виноситься з урожаєм);
Джерелом енергії є не лише Сонце, а й діяльність людини (меліорація, зрошення, застосування добрив);
Штучний відбір (дія природного відбору ослаблена, відбір здійснює людина);
Відсутність саморегуляції (регуляцію здійснює людина) та ін.
Таким чином, агроценози є нестійкими системами та здатні існувати лише за підтримки людини.
Урбосистеми (урбаністичні системи)- Штучні екосистеми, що виникають в результаті розвитку міст, і являють собою осередок населення, житлових будівель, промислових, побутових, культурних об'єктів і т.д. У їхньому складі можна виділити такі території:
- промислові зони, де зосереджені промислові об'єкти різних галузей господарства та є основними джерелами забруднення довкілля;
- селітебні зони(житлові чи спальні райони) з житловими будинками, адміністративними будинками, об'єктами культури тощо;
- рекреаційні зони,призначені для відпочинку людей (лісопарки, бази відпочинку тощо);
- транспортні системи та споруди, що пронизують всю міську систему (автомобільні та залізниці, метрополітен, заправні станції, гаражі, аеродроми тощо).
Існування урбоекосистем підтримується за рахунок агроекосистем та енергії горючих копалин та атомної промисловості.
Динаміка екосистем
Зміни у спільнотах можуть бути циклічними та поступальними.
Циклічні зміни- Періодичні зміни в біоценозі (добові, сезонні, багаторічні), при яких біоценоз повертається до вихідного стану.
Поступальні зміни– зміни в біоценозі, зрештою, що призводять до зміни цієї спільноти іншим.
Сукцесія- Послідовна зміна біоценозів (екосистем), виражена в зміні видового складу та структури співтовариства. Послідовний ряд спільнот, що змінюють один одного в сукцесії, називається сукцесійною серією. До сукцесії відносяться опустелювання, заростання озер, утворення боліт та ін.
Залежно від причин, що викликали зміну біоценозу, сукцесії ділять на природні та антропогенні, аутогенні та алогенні.
Природні сукцесіївідбуваються під впливом природних причин, які пов'язані з діяльністю людини. Антропогенні сукцесії зумовлені діяльністю людини.
Аутогенні сукцесії(самопорождающиеся) виникають унаслідок внутрішніх причин (зміною середовища під впливом співтовариства). Алогенні сукцесії(породжені ззовні) спричинені зовнішніми причинами (наприклад, зміна клімату).
Залежно від початкового стану субстрату, на якому розвивається сукцесія, розрізняють первинні та вторинні сукцесії. Первинні сукцесіїрозвиваються на субстраті, не зайнятому живими організмами (на скелях, урвищах, сипких пісках, у нових водоймах тощо). Вторинні сукцесіївідбуваються на місці вже існуючих біоценозів після їх порушення (внаслідок вирубування, пожежі, оранки, виверження вулкана тощо).
У своєму розвитку екосистема прагне стійкого стану. Сукцесійні зміни відбуваються доти, доки не сформується стабільна екосистема, що виробляє максимальну біомасу на одиницю енергетичного потоку. Спільнота, що перебуває в рівновазі з навколишнім середовищем, називається клімаксним.
Типи зв'язків та взаємовідносин між організмами
В екосистемах
Живі організми певним чином пов'язані один з одним. Розрізняють такі типи зв'язків між видами: трофічні, топічні, форичні, фабричні. Найбільш важливими є трофічні та топічні зв'язки, оскільки саме вони утримують організми різних видів один біля одного, поєднуючи їх у спільноти.
Трофічні зв'язкивиникають між видами, коли один вид живиться іншими: живими особинами, мертвими рештками, продуктами життєдіяльності. Трофічний зв'язок може бути прямим і непрямим. Прямий зв'язок проявляється при живленні левів живими антилопами, гієн трупами зебр, жуків-гнійників послідом великих копитних і т.д. Непрямий зв'язок виникає при конкуренції різних видів за один харчовий ресурс ( див. розділ «Трофічні ланцюги»).
Топічні зв'язкипроявляються у зміні одним видом умов проживання іншого виду. Наприклад, під хвойним лісом, зазвичай, відсутня трав'янистий покрив.
Форичні зв'язкивиникають, коли один вид бере участь у поширенні іншого виду. Перенесення тваринами насіння спор, пилку рослин називається зоохорія, а дрібних особин – форезія.
Фабричні зв'язкиполягають у тому, що один вид використовує для своїх споруд продукти виділення, мертві залишки або навіть живих особин іншого виду. Наприклад, птахи для будівництва гнізд використовують гілки дерев, траву, пух і пір'я інших птахів.
Природні екосистеми – це відкриті системи: вони мають отримувати та віддавати речовини та енергію. Запаси речовин, що засвоюються організмами, у природі не безмежні. Якби ці речовини не використовувалися багаторазово, життя на Землі було б неможливим. Такий вічний кругообіг біогенних компонентів можливий лише за наявності функціонально різних груп організмів, здатних здійснювати та підтримувати потік речовин, що витягуються з навколишнього середовища.
Як правило, у будь-якій екосистемі можна виділити три функціональні групи організмів. Одні їх виробляють продукцію, інші споживають, треті перетворять їх у неорганічну форму. Їх називають відповідно: продуценти, консументи та редуценти(Рис. 4.4) .
Мал. 4.4. Схема перенесення речовини (суцільна лінія) та енергії
(пунктирна лінія) у природних екосистемах
Перша група організмів - продуценти(Лат. producers-що створює, що виробляє), або автотрофні організми(zp.autos- сам, trophe-їжа). Вони поділяються на фото- та хемоавтотрофів.
Фотоавтотрофивикористовують як джерело енергії сонячне світло, а як поживний матеріал - неорганічні речовини, в основному вуглекислий газ і воду. До цієї групи організмів належать усі зелені рослини та деякі бактерії (наприклад, зелені серобактерії, пурпурові серобактерії). Як життєдіяльність вони синтезують на світлі органічні речовини - вуглеводи, або цукру (СН 2 О) n , виділяючи при цьому кисень СО 2 +Н 2 О = (СН 2 0) n + 0 2
Хемоавтотрофивикористовують енергію, що виділяється при хімічних реакціях. До цієї групи належать, наприклад, нітрифікуючі бактерії, що окислюють аміак до азотистої і потім азотної кислоти:
2NН 3 + 30 2 = 2HN0 2 + 2Н 2 0 + Q, 2HN0 2 + Про 2 = 2HN0 3 + Q2.
Хімічна енергія (Q),виділена при цих реакціях, використовується бактеріями для відновлення 2 до вуглеводів.
Головна роль синтезі органічних речовин належить зеленим рослинним організмам. Роль хемосинтезуючих бактерій у цьому процесі відносно невелика. Щороку фотосинтезуючими організмами на Землі створюється близько 150 млрд т органічної речовини, що акумулює сонячну енергію.
Друга група організмів - консументи(Лат. consume-споживати), або гетеротрофні організми(Гр. heteros-інший, trophe- їжа), здійснюють процес розкладання органічних речовин.
Ці організми використовують органічні речовини як джерело і живильний матеріал, і енергії. Їх поділяють на фаготрофи (гр. phagos-пожираючий) та сапротрофів (гр. sapros-гнилий).
Фаготрофихарчуються безпосередньо рослинними чи тваринними організмами.
Сапротрофивикористовують для живлення органічні речовини мертвих залишків.
Третя група організмів редуценти(Лат. reducens-Повертає). Вони беруть участь в останній стадії розкладання - мінералізації органічних речовин до неорганічних сполук (СО2, Н20 та ін). Редуценти повертають речовини в кругообіг, перетворюючи їх на форми, доступні для продуцентів. До редуцентів належать головним чином мікроскопічні організми (бактерії, гриби та ін.).
Роль редуцентів у кругообігу речовин надзвичайно велика. Без редуцентів у біосфері накопичувалися б купи органічних решток; вичерпалися б запаси мінеральних речовин, необхідних продуцентам.
Життя Землі існує з допомогою сонячної енергії.Світло - єдиний на Землі харчовий ресурс, енергія якого у поєднанні з вуглекислим газом та водою народжує процес фотосинтезу. Фотосинтезуючі рослини створюють органічне речовина, яким харчуються травоїдні тварини, ними харчуються м'ясоїдні тощо. буд., зрештою рослини «годують» решта живого світу, т. е. сонячна енергія через рослини хіба що передається організмам.
Енергія передається від організму до організму, що створює харчову або трофічний ланцюг:від автотрофів, продуцентів (творців) до гетеротрофів, консументів (пожирачів) і так чотири-шість разів з одного трофічного рівня на інший.
Трофічний рівень-це місце кожної ланки в харчовому ланцюзі. Перший трофічний рівеньце продуценти. Решта всіх рівнів - консументи. Другий трофічний рівень-Це рослиноїдні консументи; третій-Плотоїдні консументи, що харчуються рослиноїдними формами; четвертий-Коссументи, що споживають інших м'ясоїдних і т. д. Отже, можна і консументів розділити за рівнями: консументи першого, другого, третього і т. д.
Чітко розподіляються за рівнями лише консументи, що спеціалізуються певному вигляді їжі. Однак є види, які харчуються м'ясною та рослинною їжею (людина, ведмідь та ін.), які можуть включатись у харчові ланцюги на будь-якому рівні.
Не можна забувати ще й мертву органіку, якою живиться значна частина гетеротрофів.Серед них є і сапрофаги та сапрофіти (гриби), які використовують енергію, укладену у детриті. Тому розрізняють два види трофічних ланцюгів: ланцюги виїдання, або пасовищні, які починаються з поїдання фотосинтезуючих організмів, та детрітні ланцюги розкладання, які починаються з залишків відмерлих рослин, трупів та екскрементів тварин. Тому, входячи в екосистему, потік променистої енергії розбивається на дві частини, поширюючись на два види трофічних мереж, але джерело енергії загальний - сонячна (рис. 4.5).
 |
Малюнок 4.5. Потік енергії через пасовищний харчовий ланцюг
(Всі цифри дані в кДж/м 2 · Рік)
Підтримка життєдіяльності організмів і кругообіг речовини в екосистемах, тобто. існування екосистем залежить від постійного припливу енергії, необхідної всім організмам для їх життєдіяльності та самовідтворення.
На відміну від речовини, що безперервно циркулює по різних блоках екосистеми, які завжди можуть повторно використовуватися, входити в кругообіг, енергія може бути використана один раз, тобто має місцелінійний потік енергії через екосистему (від автотрофів до гетеротрофів).
Односторонній приплив енергіїяк універсальне явище природи відбувається внаслідок дії законів термодинаміки.
Згідно першому закону термодинаміки , енергія може перетворюватися з однієї форми (наприклад, світла) на іншу (наприклад, потенційну енергію їжі), але не може бути створена або знищена.
Відповідно другому закону, не може бути жодного процесу, пов'язаного з перетворенням енергії, без втрат деякої її частини. Певна кількість енергії в таких перетвореннях розсіюється на недоступну теплову енергію, і, отже, втрачається. Звідси не може бути перетворень, наприклад, харчових речовин на речовину, з якої складається тіло організму, що йдуть зі 100-відсотковою ефективністю.
Таким чином, живі організми є перетворювачами енергії. Їжа, поглинається консументами, засвоюється в повному обсязі - від 12 до 20 % в деяких рослиноїдних, до 75 % і більше в м'ясоїдних. Енергетичні витрати пов'язані насамперед із підтриманням метаболічних процесів, які називають витратою на дихання, що оцінюється загальною кількістю С0 2 виділеного організмом. Значно менша частина йде освіту тканин і деякого запасу поживних речовин, т. е. зростання. Решта їжі виділяється у вигляді екскрементів. Крім того, значна частина енергії розсіюється у вигляді тепла при хімічних реакціях в організмі та особливо при активній м'язовій роботі. Зрештою вся енергія, використана на метаболізм, перетворюється на теплову та розсіюється у навколишньому середовищі.
Отже, Більшість енергії при переході з одного трофічного рівня на інший, більш високий, втрачається. Приблизно втрати становлять близько 90%: на кожний наступний рівень передається не більше 10% енергії від попереднього рівня. Так, якщо калорійність продуцента 1000 Дж, то при попаданні в тіло фітофага залишається 100 Дж, в тілі хижака вже 10 Дж, а якщо цей хижак буде з'їдений іншим, то його залишиться лише 1 Дж, тобто 0,1 % від калорійності рослинної їжі.
Однак така строга картина переходу енергії з рівня на рівень не зовсім реальна, оскільки трофічні ланцюги екосистем складно переплітаються, утворюючи трофічні мережі. Але кінцевий підсумок: розсіювання та втрата енергії, яка, щоб існувало життя, має відновлюватися.
В результаті, харчові ланцюги можна подати у вигляді екологічних пірамід. Екологічна піраміда - графічне зображення співвідношення між продуцентами, консументами та редуцентами в екосистемі.
Правило екологічної піраміди- закономірність, згідно з якою кількість рослинної речовини, що служить основою ланцюга харчування, приблизно в 10 разів більша, ніж маса рослиноїдних тварин, і кожен наступний харчовий рівень також має масу, в 10 разів меншу. Спрощений варіант екологічної піраміди наведено на рис. 4.6.
Приклад:Нехай одну людину протягом року можна прогодувати 300 форелями. Для їх харчування потрібно 90 тисяч пуголовків жаб. Щоб прогодувати цих пуголовків, потрібні 27 000 000 комах, які споживають за рік 1 000 тонн трави. Якщо людина буде харчуватися рослинною їжею, то всі проміжні щаблі піраміди можна викинути і тоді 1000 т біомаси рослин зможе прогодувати в 1000 разів більше людей.
Розрізняють три основні типи екологічних пірамід.
Піраміда чисел(Піраміда Елтона) відображає зменшення чисельності організмів від продуцентів до консументів.
Піраміда біомаспоказує зміна біомас на кожному наступному трофічному рівні: для наземних екосистем піраміда біомас звужується догори, для екосистеми океану – має перевернутий характер, що пов'язане із швидким споживанням фітопланктону консументами.
Піраміда енергії (продукції)має універсальний характері і відображає зменшення кількості енергії, що міститься в продукції, що створюється на кожному наступному трофічному рівні.
Таким чином, життя може розглядатися як процес безперервного вилучення деякою системою енергії з навколишнього середовища, перетворення та розсіювання цієї енергії при передачі від однієї ланки до іншої.
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 в 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 апвеллінгу, 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.
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 згорянні викопного палива. |
|
|
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 і самовідновлення. |
Вимагає великих витрат для постійної підтримки та відновлення. |
Головна мета створюваних сільгоспсистем - раціональне використання тих біологічних ресурсів,які безпосередньо залучаються до сфери діяльності людини – джерела харчових продуктів, технологічної сировини, лікарських препаратів.
Агроекосистеми створюються людиною для отримання високого врожаю – чистої продукції автотрофів.
Узагальнюючи все вже сказане про агроекосистеми підкреслимо такі основні відмінності від природних (таблиця 2).
1. В агроекосистемах різко знижено різноманітність видів:
§ зниження видів рослин, що культивуються, знижує і видиме розмаїття тваринного населення біоценозу;
§ видове розмаїття тварин, що розводяться людиною, мізерно мало в порівнянні з природним;
§ культурні пасовища (з посівом трав) за видовою різноманітністю схожі на сільськогосподарські поля.
2. Види рослин і тварин, що культивуються людиною, «еволюціонують» за рахунок штучного відбору та неконкурентоспроможні у боротьбі з дикими видами без підтримки людини.
3. Агроекосистеми отримують додаткову енергію, що субсидується людиною, крім сонячної.
4. Чиста продукція (урожай) видаляється з екосистеми і не надходить у ланцюги харчування біоценозу, а часткове її використання шкідниками, втрати при збиранні, які також можуть потрапити до природних трофічних ланцюгів. Всіляко припиняються людиною.
5. Екосистеми полів, садів, пасовищ, городів та інших агроценозів - це спрощені системи, що підтримуються людиною на ранніх стадіях сукцесії, і вони так само нестійкі та нездатні до саморегуляції, як і природні піонерні спільноти, а тому не можуть існувати без підтримки людини.
Таблиця 2
Порівняльна характеристика природних екосистем та агроекосистем.
|
Природні екосистеми |
Агроекосистеми |
|
|
Первинні природні елементарні одиниці біосфери, що у 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 стійку динамічну рівновагу, що досягається саморегуляцією. |
Спрощені системи з пануванням популяцій одного виду рослини та тварини. Вони стійкі та характеризуються непостійністю структури своєї біомаси. |
|
|
Продуктивність визначається пристосованими особливостями організмів, що 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 короткий час. |
Місто . Схожий на печерну або глибоководну екологічну систему, або інші біогеоценози, що залежать переважно від надходження енергії та речовини ззовні. Вони повністю або частково позбавлені продуцентів і тому називаються гетеротрофними.
Основні відмінності міста від природних екосистем:
1. Інтенсивніший метаболізм на одиницю площі, для чого використовується не сонячна енергія, а енергія горючих матеріалів та електрики.
2. Більш активна міграція речовин, до якої залучається переміщення металів, пластмас тощо.
3. Більш потужний потік відходів, багато з яких токсичніші, ніж сировина з якого вони отримані.
Для ефективного функціонування міста необхідний тісніший його зв'язок з навколишнім середовищем і більша залежність від нього. Кисень, що виділяється зеленими міськими насадженнями, не покриває його витрат на дихання людей, тварин, а головне – на технологічні процеси промислових підприємств. 1м 2 міської системи споживає у 70 разів більше енергії, ніж відповідна площа природного біоценозу. Площа суші, зайнята містами, становить 1-5% у різних районах світу. Але вплив їх на довкілля величезний. Цей вплив проявляється не тільки як споживача органічної речовини та кисню, але і як найпотужнішого забруднювача, що діє нерідко на великій відстані.
Основні властивості міста, як довкілля людей:
1. Урбанізація.Збільшення кількості міст та населення в них. У країнах із високою щільністю відбувається злиття сусідніх міст та утворення великих територій із високим рівнем урбанізації – мегаполісів.
2. Умови життяу містах своєрідні. З одного боку, краще вирішуються проблеми працевлаштування, постачання продуктів харчування, медичного обслуговування. З іншого – є негативний вплив. До них відносяться:
б) Промислові та побутові відходи забруднюють грунт, воду та повітряний басейн.
в) Аерозольні забруднення повітря призводять до підвищення хмарності та утворення туману, порушується теплообмін, тому міста стають своєрідними “тепловими островами”. Тому літній період у містах загалом виявляється спекотнішим, зима тепліша, ніж у сільських районах.
г) Смертність, особливо людей, які страждають на хронічні серцево-судинні захворювання, може збільшитися в 5 разів і більше.
д) Висока хмарність та тумани призводять до послаблення освітленості, а також знижують інтенсивність ультрафіолетового випромінювання, що досягає поверхні Землі. Нестача світла призводить до почастішання випадків гіпоавітамінозу D та рахіту у міських дітей та знижує їх опір до застудних та дитячих інфекційних захворювань.
е) Для міст характерний низький рівень народжуваності, а зростання їх населення відбувається в основному за рахунок припливу людей із сільської місцевості.
ж) Шум та вібрація вражає слуховий апарат і є причиною виникнення неврозів. Розглянемо докладніше останній пункт. Кожна людина сприймає по-різному шум. Це від віку, темпераменту, стану здоров'я, навколишніх умов. Деякі люди втрачають слух навіть після короткого впливу шуму невеликої інтенсивності. Постійне його вплив викликає дзвін у вухах, запаморочення, біль голови, втома. Рівень шуму вимірюється в одиницях, що виражають рівень звукового тиску, - децибелах. Цей тиск сприймається не безмежно. Рівень шуму 20-30 децибелів (дБ) практично нешкідливий для людини, це природний шумовий фон. Що ж до гучних звуків, то тут допустима межа становить приблизно 80 децибелів. Звук у 130 децибелів вже викликає у людини больове відчуття, а 150 стає для нього нестерпним. Порівняйте та визначте за шкалою інтенсивності шуму силу звуку в місці вашого проживання та навчання (рис.1).
Великий шумовий вплив притуплює слух, викликає нервові захворювання, захворювання серцево-судинної системи, знижує рефлекси, що може спричинити нещасні випадки та травми.
Мал. 1. Шкала сили звуку
Шум має акумулятивний чинник, тобто. акустичні роздратування, накопичуючись в організмі, дедалі більше пригнічують нервову систему.
Агроценози . Агроценози чи сільськогосподарські екосистеми, на відміну міст характеризуються основним компонентом- автотрофними організмами, які забезпечують їх органічним речовиною і виділяють кисень. Від природних біогеоценозів вони відрізняються таким:
1. Для підтримки життєдіяльності агроценозу, крім сонячної енергії, додатково використовується хімічна енергія у вигляді добрив, механічна у вигляді роботи м'язів людини і тварин, енергія горючих матеріалів та електрики.
2. Видове розмаїття організмів різко знижено та представлено окремими с/г культурами, іноді навіть лише однією, а також обмеженою кількістю домашніх тварин.
3. Домінуючі види рослин та тварин знаходяться під контролем штучного відбору. Т. е. агроценози організуються таким чином, щоб отримувати максимальну кількість продуктів харчування.
Існує два види агроценозів. екстенсивні та інтенсивні.
Екстенсивнііснують з використанням м'язової енергії людини та тварин. Продукція йде для харчування сімей дрібних фермерів та на продаж чи обмін. Інтенсивніпов'язані з великими витратами хімічної енергії та машин. Продукти харчування виробляються в кількості, що перевищує місцеві потреби, вони вивозяться на продаж та відіграють важливу роль в економіці.
Близько 60% сільськогосподарських угідь використовують екстенсивно, а 40% інтенсивно. Ефективність інтенсивних агроценозів дуже велика. Наприклад, 4 % населення США, що у сільській місцевості, забезпечують як всю країну основними продуктами харчування, а й постачають їх у експорт.
Популяційна характеристика людини.
Усі люди Землі утворюють одну популяційну структуру - людство. Зростання цієї популяції обмежене доступними природними ресурсами та умовами життя, соціально-економічними та генетичними механізмами. Протягом більшу частину історії зростання чисельності населення був майже несуттєвим. Повільно вона набирала чинності протягом XIX ст. і надзвичайно різко збільшилася після ІІ світової війни. Це дало привід говорити про “демографічний вибух”. Подивимося на наведені нижче цифри.
Приблизно 9 тис. років тому Землі проживало 10 млн. людина.
На початку нашої ери – близько 200 млн. чоловік.
У XVII в. – 500 млн.
У ХІХ ст. – 1 млрд.
Надалі зростання чисельності населення Землі набуває гіперекспоненційного характеру. 1950 р. – 2,5 млрд. осіб, 1960 р. – 3,0 млрд., 1970 р. – 3,7 млрд., 1980 р. – 4,4 млрд., 1990 р. – 5,6 млрд. , 2000 р. - 6,2 млрд. Такий різкий приріст населення Землі називається демографічним вибухом.Тенденція збільшення населення Землі, очевидно, зберігатиметься й у першій половині ХХІ століття. За різними оцінками Землі буде від 7,6 до 9,4 млрд. людина.
Однак, у нашій країні, незважаючи на її величезні розміри та природні багатства, населення скорочується на 1,5 млн. чоловік на рік, а тривалість життя чоловіків зменшилася до позначки 57 років, що загалом свідчить про початок процесу депопуляції.
Основна частка приросту доводиться і буде доводиться в майбутньому на країни, що розвиваються. Швидке зростання населення розвинених країнах різко загострює екологічні та соціальні проблеми. У деяких країнах (Китай, Індія) проводяться цілеспрямовані роботи щодо планування сім'ї з метою зниження темпів зростання населення. Зростання населення вимагає збільшення виробництва продуктів харчування, створення нових робочих місць, розширення промислового виробництва. Число жителів країн становить 3/4 населення планети, а споживає 1/3 загальносвітової продукції, причому розрив у споживанні на душу населення продовжує зростати. Все це супроводжується витрачанням та виснаженням доступних людству природних ресурсів та масовим забрудненням середовища.