Экосистемы: виды экосистем. Разнообразие видов природных экосистем. Антропогенные экологические системы

Антропогенные экосистемы имеют как многочисленные признаки сходства, так и определенные отличия от природных экосистем. Человечество расположено в двух громадных экосистемах, к которым можно отнести город и агроэкосистемы.[ ...]

Любая экосистема любого иерархического уровня может устойчиво функционировать только в пределах устойчивой реализации обратных связей или в области нарушения этих связей, когда элементы экосистемы способны компенсировать отклонения, определяемые положительной обратной связью (например, при поступлении загрязнений в водную экосистему она еще способна к самоочищению). Эта область устойчивости экосистемы называется гомеостатическим плато (см. рис. 65). В пределах (верхнем инижнем) действия обратных связей экосистема за счет компенсаторных регуляторов сохраняет устойчивость. В антропогенных экосистемах при возникающих соответствующих нагрузках для устойчивого их функционирования человек должен сам играть роль компенсаторного регулятора (озеленение, посадка леса, системы очистки воздуха и воды).[ ...]

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже с полным правом можно отнести третий тип - это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы. Эти системы походят на природные, так как саморазвитие культурных растений в период вегетации - это процесс природный и вызван к жизни солнечной энергией. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и т.д. - это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается в у прощении, т.е. снижении видового разнообразия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы.[ ...]

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

Экодом - своеобразная экологическая антропогенная экосистема, биологически активный объект. Он включает в себя и окружающий участок ландшафта, в пределах которого осуществляется полная утилизация отходов и повышается биологическая активность почвы.[ ...]

АГРОЭКОСИСТЕМА (син. сельскохозяйственная экосистема, А.) - автотрофная антропогенная экосистема, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый сельскохозяйственным предприятием. В состав А. входят почвы с их населением (животные, водоросли, грибы, бактерии), поля-агроценозы, скот, фрагменты естественных и полуестественных экосистем (леса, естественные кормовые угодья, болота, водоемы), человек.[ ...]

Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные или природно-антропогенные экосистемы. Цель мониторинга - не пассивная констатация фактов. Он включает также проведение экспериментов, моделирование процессов в качестве основы прогнозирования.[ ...]

Многие ученые считают, что лишь в обедненные антропогенные экосистемы возможно введение новых видов для сбалансирования экологической системы. Так, например, по мнению А. Г. Банникова, вполне допустима интродукция растительноядных рыб - толстолобика, белого амура - в искусственные каналы, где они будут препятствовать их зарастанию. В целом же опыт работы производственно-акклиматизационных станций Главрыбвода и некоторых других организаций позволяет более оптимистично смотреть на перспективы акклиматизации рыб и водных беспозвоночных, разумеется, при достаточном экологическом обосновании. Нелишне отметить, что ряд акклиматизационных работ российских ученых получили высокую оценку на мировом уровне. Это, например, - беспрецедентная в истории акклиматизации трансокеаническая пересадка камчатского краба в Баренцево море, где в настоящее время сформировалась его самовоспроизводящаяся популяция. Так же успешно прошла акклиматизация пиленгаса в Азовском море и горбуши на европейском Севере.[ ...]

Многие ученые считают, что лишь в обедненные антропогенные экосистемы возможно введение новых видов для сбалансирования экологической системы.[ ...]

Многие ученые считают, что лишь в обедненные антропогенные экосистемы возможно введение новых видов для сбалансирования экологической системы. Так, например, по мнению А. Г. Банникова, вполне допустима интродукция растительноядных рыб - толстолобика, белого амура - в искусственные каналы, где они будут препятствовать их зарастанию.[ ...]

Колебания численности животных в природных и антропогенных экосистемах имеют большое значение с точки зрения интересов человека. В период массовых размножений насекомых в лесах или на сельскохозяйственных культурах, при резких возрастаниях численности грызунов (мышей, крыс) в населенных’пунктах.наносится существенный ущерб урожаю, приросту древесины, запасам продуктов. Поэтому перед человеком периодически возникает задача борьбы с вредителями, защиты урожая, для чего требуются большие затраты сил, энергии, материалов. Следовательно, очень важно своевременно предвидеть вспышку размножения той или иной популяции в конкретной экосистеме, чтобы принять меры по предотвращению ущерба. Для того чтобы прогнозировать изменения численности животных, необходимо знать причины, по которым они происходят, и закономерности, по которым они развиваются. Очевидно, что во всех случаях причинами являются динамичные во времени и пространстве экологические факторы. Поэтому появилось множество теорий динамики численности животных (в основном растениеядных), целью которых является прогнозирование и управление их численностью. Все теории можно разделить на две больших категории: факториальные и системные (табл. 2.5).[ ...]

Приложение 1. Токсичные и потенциально токсичные вещества в природно-антропогенных экосистемах.[ ...]

Э. также делятся на естественные и искусственные, создаваемые человеком (антропогенные экосистемы). Это разделение относительно, так как интенсивно используемое пастбище так же естественно, как и искусственное, - устойчивые к выпасу виды отбирались под влиянием хозяйственной деятельности человека. Тем не менее принято считать естественными Э. те, в которых роль естественных факторов, определяющих их состав, выше, чем влияние человека.[ ...]

Экологическая опасность, на наш взгляд, это такое состояние той или иной природной, природно-антропогенной экосистемы, природного территориального или природно-хозяйственного комплекса, при котором в результате антропогенного или природного воздействия на окружающую среду возможны изменения ее качества и условий обитания, угрожающие жизненно важным интересам личности и общества.[ ...]

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство - растениеводство и животноводство. Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась всего 200 лет назад, и до современного ком-плексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис. 10.1). На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, может, и не желая этого.[ ...]

Человек в результате трудовой деятельности создает вокруг себя искусственную среду обитания. Естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, абсолютно доминирующим фактором в которых является человек.[ ...]

Важнейшим аспектом в реализации этой системы является не техническая, а экологическая часть решения, так как антропогенные экосистемы, соседствующие с природными, осложняются таким воздействием, как высокая численность и плотность населения, высокая концентрация промышленного производства и интенсивность сельского хозяйства; различие климатических и географических условий; отсутствие единой системы управления отходами.[ ...]

Строительная система как форма природно-техногенной системы (ПТС) многими учеными рассматривается как некоторая экосистема. В пользу отнесения ее к экосистемам в первую очередь говорит наличие в ней таких биотических факторов, как человек и обитающие в природной составляющей ПТС представители флоры, фауны, микроорганизмов. Для обеспечения гомеостаза вновь созданные такого рода антропогенные экосистемы требуют нарастающего управляющего действия человека. Это нарастание за счет глубокого проникновения всегда чревато постепенным угнетением природных компонентов среды. Поэтому для сохранения природной составляющей и оптимизации гомеостаза экосистемы следует снизить антропогенный натиск. Одним из факторов, смягчающих натиск, является оптимальное проектное решение и реализация «строительной системы». Опыт строительства показывает, что экологично-оптимальное решение во многом связано с грамотным использованием особенностей природной среды и их динамикой, в том числе и при взаимодействии со строительной системой на всем периоде ее эксплуатации.[ ...]

Приспособления к обитанию в измененных человеком ландшафтах не ограничивается лабильными компенсационными реакциями на уровне отдельных организмов. Устойчивое внедрение в антропогенные экосистемы всегда связано с закреплением приспособительных свойств в процессе естественного отбора. Иными словами, это явление уже не только экологическое, но и эволюционное, по масштабам соответствующее микроэволюционным процессам. В наиболее полном виде результатом его оказывается образование новых видов, специфически приспособленных к новым условиям существования. Таковы уже упоминавшиеся виды-синантропы, которые в современной фауне уже почта полностью связаны с человеком и созданной им средой. При этом если мыши и воробьи просто используют те Возможности, которые открывает жизнь вблизи человека (обилие корма, подходящие убежища, благоприятный микроклимат и т. п.), то ворона и пасюк активно осваивают окружение человека, опираясь на развитые формы высшей нервной деятельности.[ ...]

Потребление природных ресурсов обусловлено прежде всего тем, что человек, стремясь «снять» влияние лимитирующих природных факторов, для того чтобы выжить и победить в конкурентной борьбе, начал создавать свои антропогенные экосистемы.[ ...]

При рассмотрении основ экологии человека обсуждаются вопросы особенностей человеческих популяций, их отличия от природных популяций, причины сырьевого и экономического кризисов, характеризуется город как особая антропогенная экосистема, анализируются экологические проблемы урбанизированных территорий.[ ...]

В книге рассматриваются фундаментальные проблемы эвдйвт ПК биологической науки. Излагаются основные механизмы и законом тойчивого существования биологических систем разного уровня в з ной и динамичной среды. Анализ ведется на всех уровнях орг материи: организменном, популяционном, экосистемном и на уров в целом. Материал подан в общей форме, без разделения на эколог и экологию растений. Проблема современного антропогенного экосистемы освещаются в плане наиболее общдак экологических закон« определяющих научные основы охраны природы и рационального ися биологических ресурсов.[ ...]

Повышение эффективности сельскохозяйственного производства привело к необходимости расширения возможностей работы мозга, умственных способностей человека. Один из эффективных приемов увеличения возможностей мыслительной деятельности человека в сфере сельскохозяйственного производства - компьютеризация сельского хозяйства. Сельское хозяйство тесно связано с промышленностью, особенно в области снабжения аграрных ландшафтов промышленными материалами и механизмами. Сельскохозяйственное и промышленное производство составляют единое целое. Поэтому возникает необходимость компьютеризации всей страны как антропогенной экосистемы (антропогеоценоза). С помощью компьютеров человек значительно быстрее может решать сложные задачи, связанные с воспроизводством и использованием природных ресурсов в соответствии с требованиями экологии и биогеоценологии.

Сходство и различие этих систем

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно 10 000 лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство. Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась всего 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис. 1). На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

Энергия - изначальная движущая сила всех экосистем. Энергетические ресурсы этих систем могут быть неисчерпаемы - солнце, ветер, приливы и исчерпаемы - топливно - энергетическими (уголь, нефть, газ и т. п. Используя топливо, человек может добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю. Одум предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре фундаментальных типа экосистем:

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые. (Рис. 1). Динамика экологической системы «человек - окружающая среда».

2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4. Индустриально - городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным)».

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее.

Первые два типа - это природные экосистемы, а третий и четвертый следует отнести к антропогенным. К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля. Ко второму типу экосистем относят эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, то есть те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра. Хотя экосистемы первого типа неспособны поддерживать высокую плотность их фауны и флоры, но они занимают громадные площади - одни океаны - это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы, проживающие здесь, например, в эстуариях, приспособились использовать «дополнительную» энергию приливов и течений, а в дождевых лесах - энергию ветра и дождя и т. п. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

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

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

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

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессии, добиваясь максимальной первичной продуктивности одного или нескольких растений (например, кукурузы, пшеницы, гороха и т. п). Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на обработку почв и т. п.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса. То, что мы называем сорняками, - не что иное, как пионерные виды растений, вредители - насекомые и другие животные, а возбудители болезней -- микроорганизмы. Сорные растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай, если активно не бороться с ними.

Животноводство - это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников - как уничтожающих домашний скот. Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

В целом же, нетрудно догадаться, что, по мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые продуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов, осушения болот и т. п.). На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличится использование топливно - энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов. Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из - за монотипного видового состава, так как в результате какой - то экологической катастрофы, например засухи, ее уже не восстановить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача - сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики - природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем. Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе, а верхний предел притока энергии для любой постоянной, длительно функционирующей системы, составляет около 50000 ккал/м2 г. Однако существенное различие между системами в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими или вообще одним-двумя видами, а в природной - многими видами и веществами.

Совсем по - другому обстоит дело в экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально - городские системы здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше. Годовая потребность человека в пище -- около 1 млн ккал, но если подсчитать затраты энергии на душу населения, существующие реально, то они окажутся в десятки раз больше (так, в США они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты отличаются, но особенно большая разница между богатыми странами и развивающимися - она может быть в странах «третьего мира» в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны как бы находятся в стадии экосистемы первого - второго типа, в то время как развитые страны уже прошли через все четыре типа экосистем.

В связи со сказанным выше, слесельхозсистем - рациональное использование тех дует отметить, что экосистемы третьего и четвертого типа не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы могут существовать без антропогенных.

Примерно 10 тыс. лет назад человек перестал быть обычным консументом , как и остальные животные, собирающим дары природы, и начал производить пищевые продукты сам, создав сельское хозяйство - растениеводство и животноводство. В дальнейшем человек освоил изготовление сначала простейших, а затем и все более сложных механизмов, что привело к развитию ремесел и возникновению промышленности в относительно простых ее формах. Наконец, лет 200 назад человек исторически подошел к промышленной революции . В результате на современном этапе отношения человека с окружающей средой являются комплексным взаимодействием, описываемым не естественной моделью взаимодействия организма с экосистемой, а искусственной моделью, созданной самим человеком . Для удовлетворения своих все возрастающих потребностей человек изменяет природные экосистемы и даже разрушает их, быть может, и не желая этого.

В обычных природных экосистемах процессы (круговорот биогенных элементов) происходят исключительно за счет энергии солнечного излучения (экосистемы океана, высокогорных лесов), либо обеспечиваются также другими естественными источниками энергии (экосистемы материковых шельфов, речные экосистемы, дождевые леса и т.п., в которых используется энергия приливов, течений, ветра; за счет чего подобные экосистемы обладают высоким естественным плодородием). Многие процессы в искусственных экосистемах, созданных человеком, также могут происходить за счет естественных источников энергии. Однако, используя топливно-энергетические ресурсы, человек добавляет энергию в искусственные экосистемы, или даже полностью обеспечивает их энергией. Поэтому искусственные экосистемы, созданные человеком, относят к особому классу - антропогенным экосистемам .

Природные экосистемы функционируют без какого-либо вмешательства со стороны человека, направленного на поддержание их жизнеспособности и развития, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но главное, именно в природных экосистемах происходит очистка громадных объемов воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы (агроэкосистемы, аквакультуры), производящие, в частности, продукты питания. В них этот процесс осуществляется не только за счет энергии солнечного излучения, но и за счет дотации ее человеком путем использования горючего. Такие экосистемы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации - это процесс природный, происходящий за счет солнечной энергии. Но обработка почвы, сев, уборка урожая и др. производятся уже за счет энергозатрат, дополнительно вносимых человеком. Более того, человек практически полностью меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении , т.е. снижении видового разнообразия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы.

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессии, добиваясь максимальной продуктивности одного или нескольких видов растений. Устойчивое появление сорняков, т.е. новых видов, например травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса. Сорняки - это не что иное, как пионерные виды растений, вредители - насекомые и другие животные, стремящиеся занять свою экологическую нишу в экосистеме, а возбудители болезней - микроорганизмы.

Таблица

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем

В ходе исторического развития человеческого общества, в конкурентной борьбе за выживание человек начал создавать в природной среде антропогенные экосистемы. На современном этапе человечество для удовлетворения своих все возрастающих потребностей изменяет и разрушает природные экосистемы. При этом большая часть человечества проживает в искусственных антропогенных экосистемах.

Изначальной движущей силой любой экосистемы является энергия. Энергетические ресурсы экосистемы могут быть неисчерпаемыми – солнце, ветер, приливы и исчерпаемыми – топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т.п.). Используя топливо, человек может добавлять энергию в экосистему или даже полностью снабжать ее энергией. На основе энергетических особенностей выделяют четыре типа экосистем:

1) природные, движимые солнечной энергией, несубсидируемые;

2) природные, движимые солнечной энергией, субсидируемые другими естественными источниками;

3) движимые солнечной энергией и субсидируемые человеком;

4) индустриально-городские, движимые энергией топлива.

Два первых типа экосистем относятся к природным, третий и четвертый являются антропогенными.

К первому типу экосистем относятся, например, открытые океаны, крупные участки горных лесов, большие глубокие озера. Эти экосистемы весьма различны, но все они получают мало энергии и имеют низкую продуктивность, нередко в них наблюдается нехватка элементов питания и воды. В таких экосистемах поддерживается низкая плотность организмов, но они чрезвычайно важны, т.к. занимают огромные площади (один лишь океан покрывает 70% площади Земного шара. Они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Ко второму типу относятся экосистемы, использующие дополнительные природные источники энергии. Прибрежная часть эстуария – хороший пример природной экосистемы с дополнительной энергией приливов, прибоя и течения. Приливы и течения способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов и перемещению пищи и отходов, поэтому эстуарии более плодородны, чем прилегающие участки суши, получающие то же количество солнечной энергии. Вспомогательная энергия, увеличивающая продуктивность, может поступать в самых разнообразных формах, например, в тропическом дождевом лесу – в форме ветра и дождя, в небольшом озере – в форме потока воды из ручья.

Природные экосистемы существуют без всяких затрат со стороны человека, более того, в них создается заметная доля пищевых продуктов и других материалов, используемых человеком. Но главное, именно в них очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К третьему типу экосистем относятся агроэкосистемы , производящие продукты питания и другие материалы. Они существуют, используя не только энергию Солнца, но и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком. Эти экосистемы похожи на природные, поскольку рост и развитие культурных растений – процесс природный, осуществляемый за счет солнечной энергии. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. основаны на энергетических субсидиях человека. От природных экосистем агроэкосистемы в первую очередь отличаются упрощением , снижением видового разнообразия.

Принципиально по другому обстоит дело с экосистемами четвертого типа, индустриально-городскими системами . Здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию, и по сравнению с потоком энергии в природных экосистемах расход ее в городских экосистемах на два-три порядка выше. Город напоминает такие экологические системы, как пещерные, глубоководные и иные биогеоценозы, зависящие в основном от поступления в них энергии и веществ извне. Они полностью или частично лишены продуцентов и поэтому называются гетеротрофными .

Урбосистемы

Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) – искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища). Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов (урожая). В них, так же как и в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т.д.) и редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек.

Отличия агроценозов от естественных биоценозов:

Незначительное видовое разнообразие;

Короткие цепи питания;

Неполный круговорот веществ (часть питательных веществ уносится с урожаем);

Источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека (мелиорация, орошение, применение удобрений);

Искусственный отбор (действие естественного отбора ослаблено, отбор осуществляет человек);

Отсутствие саморегуляции (регуляцию осуществляет человек) и др.

Таким образом, агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека.

Урбосистемы (урбанистические системы) – искусственные экосистемы, возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д. В их составе можно выделить следующие территории:

- промышленные зоны , где сосредоточены промышленные объекты различных отраслей хозяйства и являющиеся основными источниками загрязнения окружающей среды;

- селитебные зоны (жилые или спальные районы) с жилыми домами, административными зданиями, объектами культуры и т.п.;

- рекреационные зоны, предназначенные для отдыха людей (лесопарки, базы отдыха и т.п.);

- транспортные системы и сооружения , пронизывающие всю городскую систему (автомобильные и железные дороги, метрополитен, заправочные станции, гаражи, аэродромы и т.п.).

Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.

Динамика экосистем

Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.

Циклические изменения – периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Поступательные изменения – изменения в биоценозе, в конечном счете, приводящие к смене этого сообщества другим.

Сукцессия – последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией . К сукцессиям относятся опустынивание, зарастание озер, образование болот и др.

В зависимости от причин, вызвавших смену биоценоза, сукцессии делят на природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные.

Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека. Антропогенные сукцессии обусловлены деятельностью человека.

Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменением среды под действием сообщества). Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызваны внешними причинами (например, изменение климата).

В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия, различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т.п.). Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).

В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока . Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным .

Типы связей и взаимоотношений между организмами

В экосистемах

Живые организмы определенным образом связаны друг с другом. Различают следующие типы связей между видами: трофические, топические, форические, фабрические. Наиболее важными являются трофические и топические связи, так как именно они удерживают организмы разных видов друг возле друга, объединяя их в сообщества.

Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другими: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая связь может быть прямой и косвенной. Прямая связь проявляется при питании львов живыми антилопами, гиен трупами зебр, жуков-навозников пометом крупных копытных и т.д. Косвенная связь возникает при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс (см. раздел «Трофические цепи» ).

Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида. Например, под хвойным лесом, как правило, отсутствует травянистый покров.

Форические связи возникают, когда один вид участвует в распространении другого вида. Перенос животными семян спор, пыльцы растений называется зоохория , а мелких особей – форезия.

Фабрические связи заключаются в том, что один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Например, птицы при постройке гнезд используют ветки деревьев, траву, пух и перья других птиц.

Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию. Запасы веществ, усвояемые организмами, в природе не безграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы невозможна. Такой вечный круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых из окружающей среды.

Как правило, в любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов. Одни из них производят про­дукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганиче­скую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема переноса вещества (сплошная линия) и энергии

(пунктирная линия) в природных экосистемах

Первая группа организмов - продуценты (лат. producers -соз­дающий, производящий), или автотрофные организмы (zp.autos - сам, trophe -пища). Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - неорганические вещества, в основном углекислый газ и воду. К этой группе организ­мов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии (например, зеленые серобактерии, пурпурные серобактерии). В качестве жизне­деятельности они синтезируют на свету органические вещества - уг­леводы, или сахара (СН 2 О) n , выделяя при этом кислород СО 2 +Н 2 О= (СН 2 0) n + 0 2 ,

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азот­ной кислоты:

2NН 3 + 30 2 = 2HN0 2 + 2Н 2 0 + Q, 2HN0 2 + О 2 = 2HN0 3 + Q 2 .

Химическая энергия (Q), выделенная при этих реакциях, используется бактериями для восстановления СО 2 до углеводов.

Главная роль в синтезе органических веществ принадлежит зеле­ным растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосинтезирующими организмами на Земле создается около 150 млрд т органическо­го вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая группа организмов - консументы (лат. consume -потреб­лять), или гетеротрофные организмы (гр. heteros -другой, trophe - пища), осуществляют процесс разложения органических веществ.

Эти организмы используют органические вещества в качестве источника и питательного материала, и энергии. Их делят на фаготрофов (гр. phagos -пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros -гнилой).

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами.

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков.

Третья группа организмов - редуценты (лат. reducens -возвращающий). Они участвуют в последней стадии разложения - минера­лизации органических веществ до неорганических соединений (СО 2 , Н 2 0 и др.). Редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.).

Роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без редуцентов в биосфере накапливались бы груды органических остат­ков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых проду­центам.

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет -единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого в соедине­нии с углекислым газом и водой рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается организмам.

Энергия передается от организма к организму, создающим пище­вую или трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов (создате­лей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так четыре-шесть раз с одного трофического уровня на другой.

Трофический уровень -это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты. Все остальные уров­ни - консументы. Второй трофический уровень -это растительнояд­ные консументы; третий -плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый -консументы, потребляю­щие других плотоядных и т. д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т. д.

Четко распределяются по уровням лишь консументы, специали­зирующиеся на определенном виде пище. Однако есть виды, которые питаются мясной и растительной пищей (человек, медведь и др.), ко­торые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питается зна­чительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапрофаги и сапро­фиты (грибы), использующие энергию, заключенную в детрите. По­этому различают два вида трофических цепей: цепи выедания , или пастбищные , которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные цепи разложения , которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных. По­этому, входя в экосистему, поток лучистой энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, но источ­ник энергии общий - солнечная (рис. 4.5).

Рисунок 4.5. Поток энергии через пастбищную пищевую цепь

(все цифры даны в кДж/м 2 ·год)

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веще­ства в экосистемах, т.е. существование экосистем, зависит от посто­янного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизне­деятельности и самовоспроизведения.

В отличие от вещества, непрерывно циркулирующего по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно использоваться, входить в круговорот, энергия может быть использована один раз, т. е. имеет местолинейный поток энергии через экосистему(от автотрофов к гетеротрофам).

Односторонний приток энергии как универсальное явление при­роды происходит в результате действия законов термодинамики.

Согласнопер­вому закону термодинамики, энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пи­щи), но не может быть создана или уничтожена.

Соответственно второму закону , не может быть ни одного процесса, связанного с превраще­нием энергии, без потерь некоторой ее части. Определенное количест­во энергии в таких превращениях рассеивается в недоступную тепло­вую энергию, и, следовательно, теряется. Отсюда не может быть пре­вращений, к примеру, пищевых веществ в вещество, из которого со­стоит тело организма, идущих со 100-процентной эффективностью.

Таким образом, живые организмы являются преобразователями энергии . Пища, поглощаемая консументами, усваивается не полно­стью - от 12 до 20 % у некоторых растительноядных, до 75 % и более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде всего с под­держанием метаболических процессов, которые называют тратой на дыхание , оцениваемая общим количеством С0 2 , выделенного орга­низмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и не­которого запаса питательных веществ, т. е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и, особенно, при активной мышечной работе. В конечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в те­пловую и рассеивается в окружающей среде.

Следовательно, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется . Приблизи­тельно потери составляют около 90 %: на каждый следующий уровень передается не более 10 % энергии от предыдущего уровня . Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1 % от ка­лорийности растительной пищи.

Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уро­вень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем слож­но переплетаются, образуя трофические сети . Но конечный итог: рас­сеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.

В результате, пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид . Экологическая пирамида - графические изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме.

Правило экологической пирамиды - закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую. Упрощенный вариант экологической пирамиды приведен на рис. 4.6.

Пример: Пусть одного человека в течение года можно прокормить 300 форелями. Для их питания требуется 90 тысяч головастиков лягушек. Чтобы прокормить этих головастиков, необходимы 27 000 000 насекомых, которые потребляют за год 1 000 тонн травы. Если человек будет питаться растительной пищей, то все промежуточные ступени пирамиды можно выкинуть и тогда 1 000 т биомассы растений сможет прокормить в 1 000 раз больше людей.

Различают три основных типа экологических пирамид.

Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение численности организмов от продуцентов к консументам.

Пирамида биомасс показывает изменение биомасс на каждом следующем трофическом уровне: для наземных экосистем пирамида биомасс сужается кверху, для экосистемы океана – имеет перевернутый характер, что связано с быстрым потреблением фитопланктона консументами.

Пирамида энергии (продукции) имеет универсальный характер и отражает уменьшение количества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.

Таким образом, жизнь может рассматриваться как процесс непрерывного извлечения некоторой системой энергии из окружающей среды, преобразования и рассеивания этой энергии при передаче от одного звена к другому.