Искусственные экосистемы возникающие в результате развития городов. Природные и антропогенные экосистемы

Город . Похож на пещерную или глубоководную экологическую систему, или другие биогеоценозы, зависящие в основном от поступления энергии и вещества извне. Они полностью или частично лишены продуцентов и поэтому называются гетеротрофными.

Основные отличия города от природных экосистем:

1. Более интенсивный метаболизм на единицу площади, для чего используется не солнечная энергия, а энергия горючих материалов и электричества.

2. Более активная миграция веществ, в которую вовлекается перемещение металлов, пластмасс и т.д.

3. Более мощный поток отходов, многие из которых более токсичны, чем сырье из которого они получены.

Для эффективного функционирования города необходима более тесная его связь с окружающей средой и большая зависимость от нее. Кислород, выделяемый зелеными городскими насаждениями, не покрывает его расходов на дыхание людей, животных, а главное - на технологические процессы промышленных предприятий. 1м 2 городской системы потребляет в 70 раз больше энергии, чем соответствующая площадь естественного биоценоза. Площадь суши, занятая городами, составляет 1-5% в разных районах мира. Но воздействие их на окружающую среду огромно. Это воздействие проявляется не только как потребителя органического вещества и кислорода, но и как мощнейшего загрязнителя, действующего нередко на огромном расстоянии.

Основные свойства города, как среды обитания людей:

1. Урбанизация. Увеличение количества городов и населения в них. В странах с высокой плотностью происходит слияние соседних городов и образование обширных территорий с высоким уровнем урбанизации - мегаполисов.

2. Условия жизни в городах своеобразны. С одно стороны, лучше решаются проблемы трудоустройства, снабжения продуктами питания, медицинского обслуживания. С другой - есть отрицательное влияние . К ним относятся:

б) Промышленные и бытовые отходы загрязняют почву, воду и воздушный бассейн.

в) Аэрозольные загрязнения воздуха приводят к повышению облачности и образованию тумана, нарушается теплообмен, поэтому города становятся своеобразными “тепловыми островами”. Поэтому летний период в городах в целом оказывается более жарким, зима более теплая, чем в сельских районах.

г) Смертность, особенно людей, страдающих хроническими сердечно-сосудистыми заболеваниями, может увеличится в 5 раз и более.

д) Высокая облачность и туманы приводят к ослаблению освещенности, а также снижают интенсивность ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли. Недостаток света приводит к учащению случаев гипоавитаминоза D и рахита у городских детей и снижает их сопротивляемость к простудным и детским инфекционным заболеваниям.

е) Для городов характерен низкий уровень рождаемости, а рост их населения происходит в основном за счет притока людей из сельской местности.

ж) Шум и вибрация поражает слуховой аппарат и является причиной возникновения неврозов. Рассмотрим подробнее последний пункт. Каждый человек воспринимает шум по-разному. Это зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий. Некоторые люди теряют слух даже после короткого воздействия шума небольшой интенсивности. Постоянное его воздействие вызывает звон в ушах, головокружение, головную боль, усталость. Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления, - децибелах. Это давление воспринимается не беспредельно. Уровень шума в 20-30 децибелов (дБ) практически безвреден для человека, это естественный шумовой фон. Что же касается громких звуков, то здесь допустимая граница составляет примерно 80 децибелов. Звук в 130 децибелов уже вызывает у человека болевое ощущение, а 150 становится для него непереносимым. Сравните и определите по шкале интенсивности шума силу звука в месте вашего проживания и учебы (рис.1).

Большое шумовое воздействие притупляет слух, вызывает нервные заболевания, заболевания сердечно-сосудистой системы, снижает рефлексы, что может стать причиной несчастных случаев и травм.

Рис. 1. Шкала силы звука

Шум обладает аккумулятивным фактором, т.е. акустические раздражения, накапливаясь в организме, все сильнее угнетают нервную систему.

Агроценозы . Агроценозы или сельскохозяйственные экосистемы, в отличие от городов характеризуются основным компонентом- автотрофными организмами, которые обеспечивают их органическим веществом и выделяют кислород. От естественных биогеоценозов они отличаются следующим:

1. Для поддержания жизнедеятельности агроценоза, кроме солнечной энергии дополнительно используется химическая энергия в виде удобрений, механическая в виде работы мышц человека и животных, энергия горючих материалов и электричества.

2. Видовое разнообразие организмов резко снижено и представлено отдельными с/х культурами, иногда даже только одной, а также ограниченным количеством домашних животных.

3. Доминирующие виды растений и животных находятся под контролем искусственного отбора. Т. е., агроценозы организуются таким образом, чтобы получать максимальное количество продуктов питания.

Существует два вида агроценозов - экстенсивные и интенсивные.

Экстенсивные существуют с использованием мышечной энергии человека и животных. Продукция идет для питания семей мелких фермеров и на продажу или обмен. Интенсивные связаны с крупными затратами химической энергии и машин. Продукты питания производятся в количестве, превышающем местные потребности, они вывозятся на продажу и играют важную роль в экономике.

Около 60 % сельскохозяйственных угодий используются экстенсивно, а 40 % интенсивно. Эффективность интенсивных агроценозов очень велика. Например, 4 % населения США, живущего в сельской местности, обеспечивают не только всю страну основными продуктами питания, но и поставляют ее на экспорт.

Популяционная характеристика человека.

Все люди на Земле образуют одну популяционную структуру - человечество. Рост этой популяции ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами. На протяжении большей части истории рост численности народонаселения был почти несущественным. Медленно она набирала силу на протяжении XIX в. и чрезвычайно резко увеличилась после II мировой войны. Это дало повод говорить о “демографическом взрыве”. Посмотрим на нижеприведенные цифры.

Примерно 9 тыс. лет назад на Земле проживало 10 млн. человек.

В начале нашей эры - порядка 200 млн. человек.

В середине XVII в. - 500 млн.

В середине XIX в. - 1 млрд.

В дальнейшем рост численности населения Земли приобретает гиперэкспоненциальный характер. 1950 г. - 2,5 млрд. человек, 1960 г. - 3,0 млрд., 1970 г. - 3,7 млрд., 1980 г. - 4,4 млрд., 1990 г. - 5,6 млрд., 2000 г. - 6,2 млрд. Такой резкий прирост населения Земли называется демографическим взрывом .Тенденция увеличения населения Земли, по всей видимости, будет сохраняться и в первой половине XXI столетия. По разным оценкам на Земле будет от 7,6 до 9,4 млрд. человек.

Однако, в нашей стране, несмотря на ее огромные размеры и природные богатства, население сокращается на 1,5 млн. человек в год, а продолжительность жизни мужчин уменьшилась до отметки 57 лет, что в целом свидетельствует о начале процесса депопуляции.

Основная доля прироста приходится и будет приходится в будущем на развивающиеся страны. Быстрый рост населения в развитых странах резко обостряет экологические и социальные проблемы. В некоторых странах (Китай, Индия) проводятся целенаправленные работы по планированию семьи с целью снижения темпов роста населения. Рост народонаселения требует увеличения производства продуктов питания, создания новых рабочих мест, расширения промышленного производства. Число жителей развивающихся стран составляет 3/4 населения планеты, а потребляет 1/3 общемировой продукции, причем разрыв в потреблении на душу населения продолжает расти. Все это сопровождается расходованием и истощением доступных человечеству природных ресурсов и массовым загрязнением среды.

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.

Эпоха цивилизации, особенно ее последние столетия, ознаменована не только быстрым ростом населения, созданием сложных технических систем, но и созданием антропогенных экосистем. Классическим примером таких систем являются города.

Практически любой город является гетеротрофной экосистемой, получающей энергию и вещество с местности, находящейся за его пределами. Жизнедеятельность индустриального города невозможна без притока огромного количества энергии: примерно 0,7 МДж/(ч м 2). Энергия образуется в результате сжигания различных энергоносителей (газ, мазут, каменный уголь), а также поступает в виде электроэнергии, полученной за пределами города. В основном вся эта энергия в конечном итоге превращается в тепловую и лишь небольшая часть - в энергию химических связей различных соединений (химических волокон, пластмасс и т.д.) (рис. 4.14). Тепловая энергия рассеивается в окружающем город пространстве и частично уходит за него со стоками (температура стоков зачастую достигает 40-50 °С). В результате в городах несколько теплее и больше облачность, чем в соседней сельской местности.

Города имеют зеленые насаждения: деревья, газоны, клумбы, кустарники, растения в водоемах, которые относятся к продуцентам. Вместе с тем их первичная органическая продукция в снабжении города веществом и энергией играет крайне незначительную роль. «Зеленый пояс» городов имеет в основном эстетическое и рекреационное (лат. recreatio - отдых, выздоровление) значение, уменьшает колебания температуры, поглощает шум, уменьшает загрязнение воздуха. Там поселяются сообщества птиц и мелких животных. На содержание и восстановление зеленых насаждений города затрачивается определенная энергия. Так, для содержания 1 м 2 аккуратного газона требуются затраты энергии до 2 МДж в год.

Рис. 4.14.

С^> Поток энергии С^> Поток вещества

Город производит товары, услуги, культурные ценности, которые потребляются не только городским, но и сельским населением. Одновременно город является основным источником вредных выбросов: твердых, жидких и газообразных. В результате в городах появился ряд экологических проблем, не свойственных сельской местности: недостаток чистой воды и чистого воздуха, высокая концентрация вредных веществ в почве.

Площадь суши, занятая городами, невелика (не более 5%). Несмотря на это, города оказывают существенное влияние на обширные прилегающие территории. Газообразные выбросы загрязняют прилегающие территории, площадь которых почти в 10 раз превышает площадь города. Жидкие загрязняющие вещества достигают Мирового океана, изменяя его химический состав. Огромные территории за городом заняты под твердые отходы. Тем не менее наблюдается постоянный рост городского населения и увеличивается площадь, занимаемая городами.

Следует отметить, что без огромных поступлений энергии, воды и пищи извне город существовать не может. Важнейшую роль в функционировании города играет поступающая энергия. Город как переуплотненный биоценоз без притока энергии может обойтись очень непродолжительное время. Без энергии перестанут работать водопровод, канализация, прекратится вывоз твердых отходов, начнется интенсивное загрязнение территории города, а затем и эпидемии, особенно в летнее время, жители начнут покидать город, поэтому первостепенной задачей для обеспечения функционирования такого переуплотненного биоценоза, каким является город, становится обеспечение его энергией.

К антропогенным экосистемам относятся также агроэкосистемы - искусственно созданные и постоянно поддерживаемые человеком экосистемы , предназначенные для получения сельхозпродукции {поля, огороды , сады , комплексы по выращиванию животных с прилегающими пастбищами и т.д.)- В отличие от городов значительную долю в агроэкосистемах составляют продуценты. По сравнению с естественными экосистемами (лес, луг), которые используют только энергию Солнца, агроэкосистемы получают также и дополнительную энергию при выполнении различных работ людьми, животными, машинами, механизмами, в виде удобрений, ядохимикатов, воды для орошения. Для получения максимума чистой валовой продукции животные и растения подвергаются искусственному отбору, снижается их разнообразие. Так, 30 пищевых растений составляет 95% от массы всей нашей растительной пищи. Из них больше всего используются пшеница, кукуруза, рис и картофель .

Характерной особенностью агроэкосистем является их малая экологическая устойчивость при высокой урожайности, как правило, одной культуры или высокой продуктивности животных. Если прекращается приток к ним вещества и энергии, то агроэкосистемы быстро деградируют и уступают место естественным экосистемам. Так, если не убрать пшеничное поле и прекратить его дальнейшую обработку (вспашку, засевание и т.д.), то через несколько лет пшеница с него будет полностью вытеснена, а на смену придут естественные фитоценозы.

По способу производства агроэкосистемы делят на два типа: доинду- стриальпые и интенсивные .

Доиндустриальные агроэкосистемы используют дополнительную энергию, получаемую в результате мышечных усилий человека и домашних животных. Незначительная часть энергии поступает с минеральными удобрениями, а также возвращается вместе с органическими удобрениями (навоз, компост). Такие системы имеются в подсобных домашних хозяйствах России и Беларуси, в крестьянских хозяйствах Китая, Индии, стран Африки и Латинской Америки и других стран, где производят продукты в основном для своей семьи и частично поставляют на местный рынок.

Интенсивные агроэкосистемы производят товарную продукцию в виде сырья для дальнейшей промышленной переработки. При этом они получают огромный приток энергии в виде выполняемой сельхозмашинами работы, удобрений и т.д. Данные агроэкосистемы характерны для стран Западной Европы и Северной Америки, достаточно развиты они в России и Беларуси. В настоящее время интенсивные агроэкосистемы обеспечивают питанием основную часть населения Земли.

Зачастую доиндустриальные агроэкосистемы называют примитивными и отсталыми. Конечно, по сравнению с индустриальными системами они производят значительно меньше продукции с единицы площади почвы. Вместе с гем эти агроэкосистемы значительно лучше гармонируют с природными экосистемами и почти в 15 раз потребляют меньше энергии на единицу произведенной продукции, чем индустриальные агроэкосистемы. В будущем, видимо, следует ожидать изменений в способах получения пищи в агроэкосистемах.

Много написано фантастических произведений, посвященных длительным космическим путешествиям людей. Космический корабль, предназначенный для обитания в нем людей десятки и сотни лет, должен представлять собой искусственную экосистему, содержащую все основные атрибуты природной экосистемы Земли. При этом необходимо решить главнейшую задачу по обеспечению круговорота веществ. Как известно, в природных экосистемах нет отходов. По сути дела происходит бесконечное использование абиотических веществ живыми организмами. Так должно быть и на космическом корабле, так как пополнение запасов минералов в космосе, например с астероидов, является делом достаточно сложным и проблематичным.

Рис. 4.15. Объемы атмосферы и океана, приходящиеся на 1 м 2 суши

В настоящее время космические орбитальные станции снабжены системами жизнеобеспечения, которые даже отдаленно не напоминают природные экосистемы. В них осуществляется лишь частичная регенерация воды и воздуха физико-химическими методами. Такие системы могут функционировать только при получении дотаций энергии и вещества с Земли.

В биосфере Земли огромную роль играют демпфирующие возможности атмосферы и океана. Они стабилизируют многие экологические факторы, например климат, температуру, влажность воздуха. На 1 м 2 суши нашей планеты приходится 1260 м 3 воздуха атмосферы и более 8300 м 3 воды Мирового океана (рис. 4.15).

Атмосфера и океан также играют роль накопителей различных веществ, которые используются в круговороте; так, в атмосфере накапливается кислород и углекислый газ, используемые живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Кроме того, Мировой океан является крупнейшим накопителем и перераспределителем преобразованной в тепловую солнечной энергии .

В США проводились эксперименты по созданию миниатюрной модели биосферы в условиях Земли. Результаты таких экспериментов скорее отрицательные, чем положительные. Создание модели в космосе не только значительно сложнее, но и дороже, поэтому сегодня и в обозримом будущем биосфера Земли для человека является единственным «домом» и сберечь ее для потомков - главная сегодняшняя задача человечества.

Подводя итог сказанному в четвертой главе, надо отметить следующее. Жизнь в биосфере достаточно четко структурирована и имеет три иерархических надорганизменных уровня: популяция, биоценоз и экосистема. В последние 100-150 лет человек оказал существенное влияние на большинство природных популяций, причем в сторону уменьшения их численности. В результате некоторые виды живых организмов исчезли, многие находятся под угрозой исчезновения. Исчезающие виды заносятся в особые перечни - Красные книги и находятся под защитой государств и мирового сообщества.

Популяции обособленно существовать не могут, они вступают во взаимоотношения с другими популяциями, образуя тем самым многовидовые сообщества живых организмов - биоценозы. По участию в биогенном круговороте веществ биоценозы содержат три группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты из простых неорганических соединений синтезируют сложные органические вещества, которые консументы используют в качестве питания. Редуценты разлагают мертвое органическое вещество до исходных неорганических соединений, которые опять вовлекаются в круговорот.

Популяции, биоценозы, обмениваясь с окружающей неорганической средой веществом и энергией, образуют с ней единое целое, называемое экосистемой. Экосистемы (луг, лес, озеро) не имеют четко очерченных границ, что в основном связано с возможностью перемещения живых организмов в пространстве, поэтому в экологии чаще всего изучаются крупные экосистемы - биомы. Выделяют три группы биомов: сухопутные, морские и пресноводные. В эпоху цивилизации человеком созданы искусственные экосистемы: города и агроэкосистемы. Они неустойчивы и требуют постоянного притока вещества и энергии извне.

Самой крупной экосистемой Земли является биосфера, которая в прошлом, настоящем и обозримом будущем остается для человека единственным местом обитания. Сохранение биосферы во всем ее многообразии для потомков - главная задача человечества.

Общие представления об антропогенных экосистемах

Введение.

Глава 1. Человек и экосистемы

1.1 Типы экосистем

1.2 Агроэкосистемы

Глава 2. Индустриально–городские системы

2.1 Процессы урбанизации

2.2 Урбанистические системы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

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 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.

Термин «Экосистема » (от греческого оikos – жилище, местообитание, объединение) – это совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов .

Термин «экосистема» предложен английским ботаником А.Д.Тенсли (1871-1955). Он считал, что экосистемы, «с точки зрения эколога, представляют собой основные природные единицы на поверхности Земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих факторы местообитания в самом широком смысле».

Энергия – это изначальная движущая сила экосистем, при чем всех – и природных и антропогенных. Энергетические ресурсы всех систем могут быть исчерпаемы - солнце, ветер, приливы и исчерпаемы – топливо-энегетичес - кими (уголь, нефть, газ). Используя топливо, человек должен добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией.

Глава 1. Человек и экосистемы

1.1 Типы экосистем

Опираясь на энергетические особенности существующих систем, можно их классифицировать, приняв энергию за основу, и выделил четыре фундаментальных типа экосистем:

1. природные: движимые Солнцем, несубсидируемые;

2. природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками;

3. движимые Солнцем и субсидируемые человеком;

4. индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим и 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 относятся эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Экосистемы первого типа 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. 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 жизнедеятельности 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 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 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 почв, 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, т.е. снижении видового разнообразия вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (таблица 1).

Таблица 1

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одной или нескольких растений. Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обуславливается затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на образование почв и т.д.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса.

Животноводство – это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, 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.

По мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые экосистемы в простые молодые продуктивные. На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличивается использование топливо-энергетичеких ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов (таблица 1).

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы (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 ним 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 действительное различие между системами лишь в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими (одним-двумя) видами, а в природной - многими видами и веществами.

В экосистемах четвертого типа , к которым относятся индустриально-городские системы – энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах – здесь ее расход на два-три порядка выше.

1.2 Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

Главная цель создаваемых сельхозсистем – рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека – источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая - чистой продукции автотрофов.

Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2).

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

·снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза;

·видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным;

·культурные пастбища (с посевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи. Всячески пресекаются человеком.

5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Таблица 2

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем.

Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

Глава 2. Индустриально – городские системы

2.1 Процессы урбанизации

Урбанизация – это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов и развития общества . Рост численности населения и его плотности – характерная черта городов. Исторически самым первым городом с миллионным населением был Рим во времена Юлия Цезаря (44-10гг.). Самым большим городом мира в наше время является Мехико – 14 млн. человек.

Плотность населения в городах, особенно крупных составляет от несколько тысяч до нескольких десятков тысяч человек на 1 квадратный км. Как известно, на человека не распространяется действие факторов, зависящих от плотности популяции, подавляющих размножение животных: интенсивность роста населения ими автоматически не снижается. Но объективно высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению специфических болезней, связанных, например, с загрязнением среды, делает обстановку эпидемилогически опасной в случае вольного или невольного нарушения санитарных норм.

Особенно интенсивно протекают процессы урбанизации в развивающихся странах, о чем красноречиво свидетельствуют вышеприведенные показатели роста численности городов в ближайшие годы.

Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, преследуя благую цель – улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись» от литерующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки к нарушению природных экосистем.

2.2 Урбанистические системы

Урбанистическая система (урбосистема ) – «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем».

По мере развития города в нем все более дифференцируют его функциональные зоны – это промышленная, селитебная, лесопарковая.

Природные зоны – это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электронной). Она является основными источниками загрязнения окружающей среды.

Селитебные зоны – это территория сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения.

Лесопарковая – это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т.е. приспособленная для массивного отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки – древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные в специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками).

Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, заправки, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, а в том числе подземные – метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.).

Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).

Среда, окружающая человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно ее можно делить на собственную природную среду и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей – здания, асфальт дорог, искусственное освещение т.д., т.е. до искусственной среды) .

В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа – это часть техносферы, т.е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т.е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой. Геологическая среда – это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственной деятельность человека (рис.2).

Рис.2 . Взаимодействие технической системы с внешними средствами:

ТС – техническая система; ПТС – природно-техническая система; ЗВ – зона воздействия (влияния) технической системы на геологическую среду.

На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами (рис.2). Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы – это сосредоточение населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомноэнергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.

Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ и потока энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека – индикатор качества этой среды.

Список используемой литературы

1. Акимова Т.А., Экология: Учебник для вузов. – М., 2000.

2. Одум Ю. Экология. – М., 1999.

3. Передельский Л.В., Коробкин В.И. Экология в вопросах и ответах. – Ростов н/Д., 2002.

4. Реймерс Н. Экология. – М., 1998.

5. Сукачев В.Н. Основы экологии. Учебное пособие для вузов. – М., 2001.

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 .