Флора и фауна
Животный и растительный мир, формирующий в аквариуме маленькую искусственную экосистему, составляется по приоритетам и желаниям человека и задачами перед ним ставящимися. Рыбы наиболее распространенные обитатели аквариумов всех типов, видов и направлений. Их сортовое разнообразие достигает нескольких тысяч видов. Наиболее известны и популярны: харациновые, карповые, пецилиевые, лабиринтовые и сомовые. Из рептилий в аквариумах содержат водных черепах. Земноводных представляют аксолотли, шпорцевые лягушки и тритоны. Моллюски – это, конечно, улитки, но могут содержаться и перловицы. С развитием технологий и следуя моде, в настоящее время, в аквариумах все чаще можно встретить ракообразных. Таких как: флоридские красные и австралийские синие раки, а также креветок – Амано и вишневых.
Разновидности загрязнений воздуха
Последствия деятельности человека в экосистемах в первую очередь повлияли на загрязнение воздуха. До недавнего времени оно считалось наиболее масштабной экологической проблемой всех крупных городов, однако, благодаря тщательному изучению проблемы, учёным удалось выяснить, что атмосферные загрязнители могут перемещаться на значительные расстояния от непосредственного источника выброса. Следовательно, можно сделать вывод, что даже проживая в крайне благоприятной экологической обстановке, люди застрахованы от вредного влияния так же мало, как и те, кто проживает в непосредственной близости к промышленным источникам.
Наиболее распространёнными загрязнителями воздуха, от которых существенно страдает экология, являются:
- Повышение в составе воздуха концентрации его основного элемента — диоксида углерода.
- Оксиды азота.
- Углеводороды.
- Диоксид серы.
- Газовая смесь хлора, фтора и соединений углерода, получившая название ХФУ.
Подобное воздействие человека на экосистему привело к тому, что борьба с экологическими загрязнениями приобрела глобальный уровень, став наиболее важной задачей для всех без исключения стран. Только в условиях тесного международного сотрудничества можно добиться оптимально быстрой стабилизации экологической ситуации
Экосистема широколиственного леса
Широколиственные леса распространены на большей части Европы и Восточной Азии, в Северной Америке и к югу от Чили.
Доминирующую роль играют листопадные деревья — те, которые сбрасывают листву с наступлением холодов. Это липы, дубы, ясени, вязы, клены, каштаны. На среднем ярусе растут черемуха, берескеты. Нижний полностью занимают травы и ягоды: пролесник, медуница, земляника и пр.
Класс потребителей в этой экосистеме представлен млекопитающими (лисы, волки, тигры, медведи, ежи, еноты, кабаны, зайцы, белки), птицами (соловьи, снегири, чижи, глухари, кукушки, аисты), рептилиями, амфибиями и рыбами.
Редуцентами являются все те же могильщики, черви и микроорганизмы.
Экосистема широколиственного леса весьма устойчива. Уязвимой она становится во время холодов, когда деревья сбрасывают листву и процесс фотосинтеза замирает. В этот период особая роль отводится редуцентам, которые преобразуют органику в неорганические вещества.
5 причин, почему биоразнообразие это важно
Kurit afshen | Shutterstock
Земля наполнена жизнью: от огромных синих китов до крошечных бактерий и грибков. Это единственная планета, на которой есть хоть какая-то жизнь, причем на ней так много видов, что мы даже не знаем, сколько их.
Однако мы знаем, что в настоящее время Земля необычайно быстро теряет виды. Мы наблюдаем массовое вымирание — то, что происходило по крайней мере пять раз на Земле.
Вымирание — это часть эволюции. Виды исчезают быстрее, чем когда-либо за историю человечества: скорость вымирания позвоночных животных в настоящее время в 114 раз выше, чем когда-либо в истории. Люди воздействуют на эти процессы несколькими способами, от браконьерства до загрязнения, но фактор № 1 — сокращение среды обитания.
Опубликованное в журнале Science исследование показало, что 58 процентов поверхности Земли — области, где проживает 71 процент всех людей — уже потеряли достаточно биоразнообразия.
Это, конечно, звучит страшно
Но почему так важно биоразнообразие? Разве не могут технологии поддерживать цивилизацию в рабочем состоянии, независимо от того, что происходит с дикой природой в исчезающих лесах, лугах или водно-болотных угодьях? Вот взгляд на то, почему биоразнообразие имеет большое значение и почему в наших собственных интересах сохранить то, что осталось
1. Еда
Около 75 процентов наших продовольственных запасов приходится на 12 видов растений, а более 90 процентов мирового животноводства на 15 видов млекопитающих и птиц. Это обманчиво, потому что эти 27 видов не могли бы существовать без помощи сотен тысяч менее известных видов, работающих за кулисами.
Широкий спектр дикой природы участвует в сельском хозяйстве, включая летучих мышей, пчел, птиц, стрекоз, лягушек, божьих коровок, и других.
2. Здоровье
Биоразнообразие связано со здоровьем человека несколькими способами. Имея разнообразную смесь растений, грибков и животных, мы обеспечиваем питание, которое защищает наши тела от болезней и других проблем. Более высокое биоразнообразие также было связано с более низкими случаями заболеваемости людей болезнью Лайма, малярией, острой респираторной инфекцией.
Но даже когда мы не можем избежать болезни, биоразнообразие все равно приходит на помощь. Медицинские открытия часто начинаются с изучения биологии или генетики растений, животных, грибков и бактерий.
3. Экосистемные услуги
Еда и медицина — это всего лишь две из многих «экосистемных услуг». Вот еще несколько примеров:
• Чистый воздух: от лесов до океанского фитопланктона, кислород, которым мы дышим, генерируется фотосинтезирующими членами экосистем по всему миру. • Чистая вода: леса помогают почве поглощать больше воды, что может уменьшить наводнение, ограничить эрозию, отфильтровать загрязняющие вещества.
• Здоровая почва: почва, естественно, богата большим количеством членистоногих и микроорганизмов, которые легко не заметить, но они необходимы для обеспечения едой более крупных животных, они переносят питательные вещества.
• Сырье: экосистемы обеспечивают нас разнообразным сырьем, включая древесину, биотопливо и растительные масла как диких, так и культурных видов.
4. Устойчивость
Одним из наиболее важных аспектов биоразнообразия является то, что оно обеспечивает безопасность и устойчивость. Биоразнообразие защищает экосистемы от снижения их функционирования, потому что большее число видов дает больше гарантий того, что кто-то будут продолжит существовать, даже если другие потерпят неудачу.
5. Этика, эстетика
Существует много практических причин для сохранения биоразнообразия. Это экономит нам деньги и усилия, защищает наши жизни и средства к существованию, и гарантирует, что у нас будет пища.
Оставляя биоразнообразие нетронутым, мы позволяем естественным эволюционным процессам продолжаться
Это долгосрочное преимущество, выходящее за рамки человеческих жизней, но это не значит, что оно не важно. Эволюция позволяет организмам адаптироваться к изменениям окружающей среды, и кто мы такие, чтобы вмешиваться в это? Поскольку люди могут процветать, не разрушая, зачем уничтожать?
И, наконец, самая главная ценность биоразнообразия — это красота. Время, проведенное на природе, несет много преимуществ для людей, для творчества, улучшения памяти и более быстрого исцеления. Чувство благоговения при виде природы может даже снизить уровень провоспалительных процессов в организме. Все, что требуется, — зайти в лес, чтобы понять, что нам повезло не только быть живыми, нам повезло, что мир вокруг нас тоже живой.
Городские экосистемы
Такие системы созданы искусственно, что обусловлено необходимостью больших групп людей обеспечить себя жильём, благоустроить территорию вокруг и сделать свой быт максимально удобным и комфортным. Для этого люди строят не только жилые дома, школы, больницы, торговые центры и т.п., но и различные промышленные объекты, а также создают рекреационные зоны, предназначенные для отдыха и развлечения городских жителей.
Урбосистемы возникают на месте природных экосистем, разрушая их и полностью изменяя ландшафт, видовой состав растений и животных. Такая система нуждается в постоянном поступлении ресурсов извне, для её нормального функционирования необходимо ископаемое топливо, вода, продукты питания, производимые в сельскохозяйственных экосистемах, и энергия. Солнечная энергия при этом практически не используется и даже наносит определённый вред городским экосистемам, нагревая бетонные здания, асфальтовые дороги и прочее, что приводит к увеличению смога. В современных условиях энергию городам обеспечивает главным образом сжигаемое топливо.
Постоянное активное потребление природных ресурсов и энергии в городах приводит к увеличению массы отходов. К ним относятся пыль, соединения тяжёлых металлов, продукты от сжигания топлива и прочие вредные вещества, загрязняющие атмосферу. В результате этого повышенная концентрация токсикантов оказывает негативное воздействие на здоровье людей, что в некоторых случаях становится причиной развития онкологических заболеваний. Кроме того, в городских экосистемах происходит увеличение объема твёрдых веществ, которые накапливаются на зданиях и различных твёрдых поверхностях. Рост промышленных и бытовых отходов приводит к увеличению площадей мусорных полигонов, для строительства которых приходится задействовать природные экосистемы, полностью разрушая их.
Одной из важнейших характеристик урбосистемы является её неравновесность. Если природные экосистемы способны самосохраняться и самовосстанавливаться, то город не сможет функционировать без постоянного воздействия людей. Даже городские лесопарковые зоны, окультуренные человеком, утратили способность к автономному развитию и поэтому нуждаются в поддержке, чтобы находиться в состоянии равновесия.
Значительное место в антропогенных системах занимают транспортные сооружения и транспорт. Железные и автомобильные дороги, порты, аэродромы, автозаправки и т.д. предоставляют возможность передвижения различным видам транспорта как внутри города, так и за его пределами, обеспечивая взаимосвязь и обмен грузами между населенными пунктами. Вместе с тем, поддержание деятельности транспортной системы и её функционирование требуют огромных энергетических затрат, а также приводят к существенному загрязнению окружающей среды.
Правила экологической пирамиды
На каждом последующем уровне продукция примерно в 10 раз меньше предыдущего. Это правило экологических пирамид в 1927 году объявил зоолог Чарлз Элтон для отображения экологической структуры. Структурой для построения экологических пирамид служат пищевые цепи. Чарлз Элтон разработал графическую модель в форме пирамиды, основание которой занимают продуценты. Объем каждого верхнего этажа по сравнению с предыдущим уменьшается. Над уровнем продуцентов залегает уровень консументов I порядка. Выше находятся консументы остальных порядков.
Позже эколог Р. Линдеман в 1942 году вывел правило 10%: на каждый следующий более высокий трофический уровень переходит около 10% энергии предыдущего уровня. 90% энергии при переносе ее от звена к звену рассеивается в виде тепла. Поэтому, в связи с колоссальной потерей энергии, количество трофических уровней ограничено и не превышает четырех-пяти звеньев. Чем дальше от начала располагаются звенья цепи, тем меньше энергии достается следующим трофическим уровням.
Энергия (C) тратится на разнообразные процессы жизнедеятельности организмов. Часть идет на построение клеток, а именно на прирост (P). Часть расходуется на прохождение энергетического обмена (R) и на процесс дыхания (i). Некоторая часть энергии выводится из организма в качестве неусвояемых продуктов жизнедеятельности (F). Следовательно, общее количество энергии будет складываться из отдельных составляющих:
C = P + R + F
Очевидно, что не все слагаемые будут переходить на следующий трофический уровень. Например, энергия, затраченная на дыхание, уходит из экосистемы. Таким образом, каждый последующий уровень всегда будет получать меньше энергии, чем первоначально содержится в предыдущем.
Правило 10% (принцип Линдемана) – основной закон пирамиды энергии.
Типы экологических пирамид:
- пирамида чисел (численностей) – отражает численность отдельных организмов по трофическим цепям, показывая уменьшение числа особей от продуцентов к редуцентам. Например, чтобы прокормить одного волка, нужно несколько кроликов; чтобы прокормить этих кроликов, нужно большое численное многообразие растений;
- пирамида биомасс — показывает соотношение продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме, выраженное в их массе. Обычно каждый последующий уровень по массе в 10 раз меньше, чем предыдущий;
- пирамида энергии — отражает силу потока энергии через последовательные трофические уровни, т.е. эта пирамида отражает скорость прохождения массы пищи через трофическую цепь. Таким образом, структура биоценоза зависит главным образом не от количества фиксированной энергии, а от скорости продуцирования пищи.
Экологическая пирамида может быть перевернута основанием вверх, то есть предыдущие уровни могут иметь меньшую плотность и биомассу, чем последующие. Основным фактором для этого служит высокая скорость воспроизводства популяции жертвы. Например, множество насекомых, обитающих на одном дереве.
Фототрофные естественные экосистемы: лес и озеро
Схема «работы» фотоавтотрофной экосистемы, использующей в качестве источника энергии солнечный свет, а источника углерода – углекислый газ, общеизвестна. Их функциональные блоки были рассмотрены в разделе 10.2
Сконцентрируем внимание на различиях наземных и пресноводных экосистем, которые несмотря на общую схему работы различаются по многим параметрам: характеру лимитирующих факторов, скорости круговорота веществ, длине пищевых цепей, эффективности передачи энергии в этих цепях и, наконец, по соотношению биологической продукции и биомассы (табл. 10)
Таблица 10 Сравнение основных признаков фототрофных пресноводных и наземных экосистем
Из таблицы очевидно, что есть три главных отличия в функционировании пресноводных и наземных экосистем:
– круговорот углерода в экосистеме водоема протекает быстро – всего за несколько месяцев, в то время как в экосистеме степи он составляет 3–5 лет, а леса – десятки лет;
– биомасса продуцентов в водной экосистеме всегда меньше, чем их биологическая продукция за весь вегетационный период. В наземных экосистемах – наоборот, биомасса больше, чем продукция (в лесу – в 50 раз, на лугу и в степи– в 2–5 раз);
– биомасса планктонных животных больше биомассы растений (водорослей). В наземных экосистемах биомасса растений всегда больше биомассы фитофагов, а биомасса фитофагов – больше биомассы зоофагов.
Кроме того, водные экосистемы более динамичны, чем наземные. Они меняются в течение суток – зоопланктон к ночи собирается ближе к поверхности водоема, а в период, когда вода просвечивается солнцем и прогревается, опускается в глубину. Меняется характер экосистем по сезонам года. Во второй половине лета при высоком содержании элементов питания озера «цветут» – там массово развиваются микроскопические одноклеточные водоросли и цианобактерии. К осени биологическая продукция фитопланктона снижается, а макрофиты опускаются на дно.
Изменяются экосистемы озер от года к году в зависимости от особенностей климата и соответственно количества воды, которая поступает в озеро весной и летом (и от ее качества, т.е. содержания в ней элементов минерального питания, органических веществ, твердых минеральных частиц и др.). В сухие годы озера мелеют, состав рыбного населения обедняется при заморах.
В заключение отметим, что классы наземных и пресноводных экосистем внетренне неоднородны. В экосистемах пустынь накопление детрита ничтожно и биологическая продукция низка в силу дефицита воды и высоких затрат растений на дыхание, а в экосистемах тундр при сравнительно низкой биологической продукции накапливается большое количество детрита, поскольку вследствие дефицита тепла замедляется деятельность редуцентов и детритофагов.
Во многом по‑разному функционируют экосистемы олиготрофных и эвтрофных озер. В олиготрофных экосистемах круговорот веществ протекает в основном в фотическом слое, так как планктонные консументы играют одновременно и роль редуцентов: выделяемый ими фосфор тут же усваивается водорослями. Интенсивность «питательного дождя» из фотического слоя в затемненную придонную часть невелика. В эвтрофной экосистеме, напротив, значительная часть фитопланктона не усваивается зоопланктоном, оседает на дно и служит пищей детритофагам бентоса. При этом избыточные элементы питания захораниваются в сапропеле, что и вызывает процесс деэвтрофикации водоема.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные отличия наземных и пресноводных экосистем.
2. Как различаются функциональные параметры экосистем пустынь и тундр?
3. В чем состоит главное отличие функционирования экосистем олиготрофных и эутрофных озер?
Сравнение естественных и искусственных экосистем
Сравнительную характеристику природных и искусственных экосистем проводят по внушающему числу критериев. Рассмотрим важнейшие из них.
Основные источники энергии
Естественные сообщества полагаются лишь на энергию солнечных лучей для поддержания жизнедеятельности. Ключевое значение имеет фотосинтез: поглощая свет, растения производят органические вещества, потребляемые остальными участниками биогеоценоза.
Искусственные экосистемы существуют за счёт дополнительных ресурсов – энергии, затрачиваемой людьми и техникой при выполнении следующих работ:
- внесение удобрений;
- рыхление почвы;
- распашка земель;
- уничтожение сорняков;
- борьба с насекомыми-вредителями;
- регулярный полив растений;
- подкормка животных.
Круговорот веществ в экосистеме
В биогеоценозах происходит полный (замкнутый) круговорот веществ, то есть созданная растениями органика в конце цикла разлагается микроорганизмами, что способствует плодородию почв.
Сбор урожая – причина незамкнутого обмена веществ в агроценозах. Убирая выращенные культуры, люди как бы вырывают звено цепи, из-за чего в земле не остаётся органического материала для последующего гниения. Чтобы избежать истощения почв, приходится вводить минеральные компоненты через удобрения.
В антропогенных системах ограничено число звеньев пищевых цепей: от двух до четырёх. В диких сообществах цепи питания начинаются с трёх ступеней, образуют сложные сети.
Степень устойчивости веществ
Естественная экосистема способна к самовосстановлению: если один элемент (вид организмов) пропадает, структура незначительно нарушается, так как другие виды заменяют исчезнувший.
В отличие от биогеоценозов, искусственные системы неустойчивы и не возобновляются без помощи человека. Особую угрозу для них представляют массовые атаки вредителей, например саранчи. Без участия людей агроценозы существуют максимум столько:
- овощные и зерновые культуры – 1 год;
- многолетние травы – 4 года;
- плодовые рощи – 30 лет.
Видовое разнообразие
Дикие среды обитания населяет огромное число организмов, причём доминирование видов определяется естественным отбором: выживают наиболее приспособленные особи. В искусственных сообществах отбор производится человеком. Задачи сельского хозяйства – размножать плодовитые сорта и породы, уничтожать сорные растения, вредителей, поэтому разнообразие агроценозов невелико.
Естественная экосистема | Искусственная экосистема |
---|---|
Единственный источник энергии – солнечный свет | Добавляется готовая пища, используется энергия машин и человека |
Богатое разнообразие организмов | Преобладает один вид |
Замкнутый круговорот веществ | Незамкнутый обмен |
Самовосстанавливается, устойчива | Неустойчива без человеческого контроля |
Создаёт плодородные почвы | Истощает почву |
Поддерживает благоприятные среды обитания | Разрушает дикие ареалы |
Высокая приспособленность к колебаниям внешних факторов | Беззащитность перед засолением, иссушением, вредителями |
Длинные цепи питания, формирующие сети | Короткие пищевые цепи |
Продуктивность соответствует нуждам участников сообщества | Большая продуктивность |
Плодородие почв и способы ее повышения. Понятие об удобрениях
Для того, чтобы плодородие почв не уменьшалась, необходимо вносить те вещества, которые были изъяты растениями. С этой целью в почву добавляют удобрения.
Плодородие почвы — это ее способность обеспечивать растения питательными веществами.
Удобрения — это вещества, которые специально добавляют в почву для повышения ее плодородия. Удобрения делятся на органические и минеральные.
К органическим удобрениям относятся навоз, птичий помет, торф. В почве под воздействием бактерий они превращаются в гумус. Органические удобрения улучшают структуру почвы, способствуют накоплению в нем гумуса, воды, воздуха. Воздействие на почву осуществляют периодически в течение нескольких лет (нет необходимости вносить удобрения ежегодно).
Минеральные удобрения изготавливаются из природных минералов на специальных предприятиях. Основными минеральными удобрениями являются азотные, калийные и фосфорные. Их название соответствует названию химического элемента, которым обеспечивается растение. Минеральные удобрения добавляют в почву в разное время года: азотные и калийные растворяются быстро, поэтому их вносят весной, фосфорные растворяются медленнее — их вносят осенью
Важно соблюдать нормы внесения определенных удобрений. Чрезмерная их количество накапливается в растениях, а это представляет угрозу здоровью человека
Чередование посевов различных растений на одном участке называют севооборотами. Такая мера также дает возможность надолго сохранить плодородие почвы.
Искусственные
Искусственные или антропогенные экосистемы утратили или не имеют большинства качеств, присущих природным видам.
По источнику своего возникновения, есть антропогенные экосистемы, которые стали таковыми после длительного влияния и существенного воздействия человека на природные. Есть другой тип искусственных, когда они изначально создавались и полностью формировались под цели и желания человека. К первому типу можно отнести агроэкосистемы. Ко второму – аквариумы и тому подобные небольшие системы. Урбоэкосистема или городская может быть и первого и второго типа.
Агроэкосистемы появились в связи с необходимостью человечества во все большем количестве пищи. Изначально использовались природные системы, в основном под сенокосы и пастбища. Со временем их стали использовать под пашни. Когда продуктивность почвы падала и не давала требуемого результата, а возможности территориального расширения сельскохозяйственных угодий не было, степень воздействия человека стал таким интенсивным, что привел к ее полной от него зависимости. Природная утратила свои свойства. Теперь это стала искусственная, основными признаками которой стали: чрезвычайное скудное видовое разнообразие, короткие или неполные пищевые цепи. Появился дополнительный источник энергии. Кроме солнечной, стала использоваться энергия, произведенная человеком. Естественный отбор уступил место искусственному. Основные параметры которого задает человек, а не законы природного выживания. В итоге произошла полная потеря способности системы к саморегулированию и самовосстановлению. Ее существование без внимания и помощи человека стало невозможным. Примеров того, что произошло там, где человек перестал ими интересоваться и бросил, масса. Самым наглядным может быть Аральское море. Что уже говорить про аквариумы? Что касается городов, то уход из них людей в далеком прошлом приводил к восстановлению природной среды. Но это было в прошлом. Антропогенные экосистемы занимают все большие площади на планете.
Естественная экосистема может в любой момент превратиться в искусственную и потерять все свои положительные качества, а самое главное способность к самостоятельному выживанию.
Механизмы функционирования
К таким механизмам относят устойчивость и биоразнообразие видов. Некоторые системы не меняют свою структуру и функции при негативном воздействии или способны их восстанавливать. Эту способность называют резистентным и упругим гомеостазом. Экологическая система, чувствительная к воздействию факторов окружающей среды и/или населенная преимущественно незаменимыми видами, считается неустойчивой, или динамически хрупкой. Устойчивая, напротив, хорошо функционирует в любых условиях и населена в основном взаимозаменяемыми организмами. Чем больше видов, тем выше динамическая прочность системы.
Наземные экосистемы
Наземная экосистема — это сообщество живых и неживых существ на суше. Они живут и развиваются в почве и воздухе вокруг них.
Существует четыре основных вида естественных наземных экосистем:
- Лес — эта экосистема состоит из густых зарослей деревьев и множества других видов растений.
- Пустыня — эта экосистема характеризуется редкой или отсутствующей растительностью, чрезвычайно низким количеством осадков, но не обязательно жарким климатом.
- Степь — эта экосистема включает практически сплошной травяной покров с незначительным высоких растений.
- Гора — эта экосистема отличается резкими перепадами высот на местности.
Классификация по происхождению
На нашей планете существуют различные экосистемы. Виды экосистем классифицируются определенным образом. Однако связать воедино все многообразие этих единиц биосферы невозможно. Именно поэтому существует несколько классификаций экологических систем. Например, разграничивают их по происхождению. Это:
- Естественные (природные) экосистемы. К ним относятся те комплексы, в которых круговорот веществ осуществляется без какого-либо вмешательства человека.
- Искусственные (антропогенные) экосистемы. Они созданы человеком и способны существовать только при его непосредственной поддержке.
Разнообразие почв
Название почвы часто соответствует его окраске. Например, черноземы имеют почти черную окраску. Черноземы сформировались в степях, где много травянистых растений. Надземные части этих растений отмирают ежегодно, а их остатки превращают в гумус насекомые, черви и почвенные бактерии. Этот грунт содержит наибольшее количество гумуса и образует слой толщиной до 150 см. Серые лесные почвы сформировались там, где раньше были леса. Они содержат меньшее количество перегноя, поэтому имеют более светлую окраску. Их плодородный слой достигает 100 см.
Наибольшим богатством юга России являются черноземы. Именно эти почвы обеспечивают высокие урожаи сельскохозяйственных культур, важнейшими из которых являются зерновые: пшеница, рожь и другие.
Черноземы и серые лесные почвы состоят из небольших комочков, поэтому хорошо пропускают воду и воздух, создавая благоприятные условия для развития растений. Именно эти типы почв являются самыми распространенными в южных областях России.