Штучні екосистеми, що виникають в результаті розвитку міст. Природні та антропогенні екосистеми

Місто . Схожий на печерну або глибоководну екологічну систему, або інші біогеоценози, що залежать переважно від надходження енергії та речовини ззовні. Вони повністю або частково позбавлені продуцентів і тому називаються гетеротрофними.

Основні відмінності міста від природних екосистем:

1. Інтенсивніший метаболізм на одиницю площі, для чого використовується не сонячна енергія, а енергія горючих матеріалів та електрики.

2. Більш активна міграція речовин, до якої залучається переміщення металів, пластмас тощо.

3. Більш потужний потік відходів, багато з яких токсичніші, ніж сировина з якого вони отримані.

Для ефективного функціонування міста необхідний тісніший його зв'язок з навколишнім середовищем і більша залежність від нього. Кисень, що виділяється зеленими міськими насадженнями, не покриває його витрат на дихання людей, тварин, а головне – на технологічні процеси промислових підприємств. 1м 2 міської системи споживає у 70 разів більше енергії, ніж відповідна площа природного біоценозу. Площа суші, зайнята містами, становить 1-5% у різних районах світу. Але вплив їх на довкілля величезний. Цей вплив проявляється не тільки як споживача органічної речовини та кисню, але і як найпотужнішого забруднювача, що діє нерідко на великій відстані.

Основні властивості міста, як довкілля людей:

1. Урбанізація.Збільшення кількості міст та населення в них. У країнах із високою щільністю відбувається злиття сусідніх міст та утворення великих територій із високим рівнем урбанізації – мегаполісів.

2. Умови життяу містах своєрідні. З одного боку, краще вирішуються проблеми працевлаштування, постачання продуктів харчування, медичного обслуговування. З іншого – є негативний вплив. До них відносяться:

б) Промислові та побутові відходи забруднюють грунт, воду та повітряний басейн.

в) Аерозольні забруднення повітря призводять до підвищення хмарності та утворення туману, порушується теплообмін, тому міста стають своєрідними “тепловими островами”. Тому літній період у містах загалом виявляється спекотнішим, зима тепліша, ніж у сільських районах.

г) Смертність, особливо людей, які страждають на хронічні серцево-судинні захворювання, може збільшитися в 5 разів і більше.

д) Висока хмарність та тумани призводять до послаблення освітленості, а також знижують інтенсивність ультрафіолетового випромінювання, що досягає поверхні Землі. Нестача світла призводить до почастішання випадків гіпоавітамінозу D та рахіту у міських дітей та знижує їх опір до застудних та дитячих інфекційних захворювань.

е) Для міст характерний низький рівень народжуваності, а зростання їх населення відбувається в основному за рахунок припливу людей із сільської місцевості.

ж) Шум та вібрація вражає слуховий апарат і є причиною виникнення неврозів. Розглянемо докладніше останній пункт. Кожна людина сприймає по-різному шум. Це від віку, темпераменту, стану здоров'я, навколишніх умов. Деякі люди втрачають слух навіть після короткого впливу шуму невеликої інтенсивності. Постійне його вплив викликає дзвін у вухах, запаморочення, біль голови, втома. Рівень шуму вимірюється в одиницях, що виражають рівень звукового тиску, - децибелах. Цей тиск сприймається не безмежно. Рівень шуму 20-30 децибелів (дБ) практично нешкідливий для людини, це природний шумовий фон. Що ж до гучних звуків, то тут допустима межа становить приблизно 80 децибелів. Звук у 130 децибелів вже викликає у людини больове відчуття, а 150 стає для нього нестерпним. Порівняйте та визначте за шкалою інтенсивності шуму силу звуку в місці вашого проживання та навчання (рис.1).

Великий шумовий вплив притуплює слух, викликає нервові захворювання, захворювання серцево-судинної системи, знижує рефлекси, що може спричинити нещасні випадки та травми.

Рис. 1. Шкала сили звуку

Шум має акумулятивний чинник, тобто. акустичні роздратування, накопичуючись в організмі, дедалі більше пригнічують нервову систему.

Агроценози . Агроценози чи сільськогосподарські екосистеми, на відміну міст характеризуються основним компонентом- автотрофними організмами, які забезпечують їх органічним речовиною і виділяють кисень. Від природних біогеоценозів вони відрізняються таким:

1. Для підтримки життєдіяльності агроценозу, крім сонячної енергії, додатково використовується хімічна енергія у вигляді добрив, механічна у вигляді роботи м'язів людини і тварин, енергія горючих матеріалів та електрики.

2. Видове розмаїття організмів різко знижено та представлено окремими с/г культурами, іноді навіть лише однією, а також обмеженою кількістю домашніх тварин.

3. Домінуючі види рослин та тварин знаходяться під контролем штучного відбору. Т. е. агроценози організуються таким чином, щоб отримувати максимальну кількість продуктів харчування.

Існує два види агроценозів. екстенсивні та інтенсивні.

Екстенсивнііснують з використанням м'язової енергії людини та тварин. Продукція йде для харчування сімей дрібних фермерів та на продаж чи обмін. Інтенсивніпов'язані з великими витратами хімічної енергії та машин. Продукти харчування виробляються в кількості, що перевищує місцеві потреби, вони вивозяться на продаж та відіграють важливу роль в економіці.

Близько 60% сільськогосподарських угідь використовують екстенсивно, а 40% інтенсивно. Ефективність інтенсивних агроценозів дуже велика. Наприклад, 4 % населення США, що у сільській місцевості, забезпечують як всю країну основними продуктами харчування, а й постачають їх у експорт.

Популяційна характеристика людини.

Усі люди Землі утворюють одну популяційну структуру - людство. Зростання цієї популяції обмежене доступними природними ресурсами та умовами життя, соціально-економічними та генетичними механізмами. Протягом більшу частину історії зростання чисельності населення був майже несуттєвим. Повільно вона набирала чинності протягом XIX ст. і надзвичайно різко збільшилася після ІІ світової війни. Це дало привід говорити про “демографічний вибух”. Подивимося на наведені нижче цифри.

Приблизно 9 тис. років тому Землі проживало 10 млн. людина.

На початку нашої ери – близько 200 млн. чоловік.

У XVII в. – 500 млн.

У ХІХ ст. – 1 млрд.

Надалі зростання чисельності населення Землі набуває гіперекспоненційного характеру. 1950 р. – 2,5 млрд. осіб, 1960 р. – 3,0 млрд., 1970 р. – 3,7 млрд., 1980 р. – 4,4 млрд., 1990 р. – 5,6 млрд. , 2000 р. - 6,2 млрд. Такий різкий приріст населення Землі називається демографічним вибухом.Тенденція збільшення населення Землі, очевидно, зберігатиметься й у першій половині ХХІ століття. За різними оцінками Землі буде від 7,6 до 9,4 млрд. людина.

Однак, у нашій країні, незважаючи на її величезні розміри та природні багатства, населення скорочується на 1,5 млн. чоловік на рік, а тривалість життя чоловіків зменшилася до позначки 57 років, що загалом свідчить про початок процесу депопуляції.

Основна частка приросту доводиться і буде доводиться в майбутньому на країни, що розвиваються. Швидке зростання населення розвинених країнах різко загострює екологічні та соціальні проблеми. У деяких країнах (Китай, Індія) проводяться цілеспрямовані роботи щодо планування сім'ї з метою зниження темпів зростання населення. Зростання населення вимагає збільшення виробництва продуктів харчування, створення нових робочих місць, розширення промислового виробництва. Число жителів країн становить 3/4 населення планети, а споживає 1/3 загальносвітової продукції, причому розрив у споживанні на душу населення продовжує зростати. Все це супроводжується витрачанням та виснаженням доступних людству природних ресурсів та масовим забрудненням середовища.

Антропогенні екосистеми мають як численні ознаки подібності, і певні відмінності від природних екосистем. Людство розташоване у двох величезних екосистемах, до яких можна віднести місто та агроекосистеми.

Будь-яка екосистема будь-якого ієрархічного рівня може стійко функціонувати тільки в межах стійкої реалізації зворотних зв'язків або в області порушення цих зв'язків, коли елементи екосистеми здатні компенсувати відхилення, що визначаються позитивним зворотним зв'язком (наприклад, при надходженні забруднень у водну екосистему вона здатна до самоочищення). Ця сфера стійкості екосистеми називається гомеостатичним плато (див. рис. 65). У межах (верхній і нижній) дії зворотних зв'язків екосистема за рахунок компенсаторних регуляторів зберігає стійкість. В антропогенних екосистемах при виникаючих відповідних навантаженнях для стійкого їх функціонування людина повинна сама грати роль компенсаторного регулятора (озеленення, посадка лісу, системи очищення повітря та води).

Зовсім інакше працюють антропогенні екосистеми. До них вже з повним правом можна віднести третій тип – це агроекосистеми, аквакультури, які виробляють продукти харчування та волокнисті матеріали. Ці системи схожі на природні, тому що саморозвиток культурних рослин у період вегетації – це процес природний та викликаний до життя сонячною енергією. Але підготовка ґрунту, сівба, збирання врожаю тощо. – це вже енергетичні витрати людини. Понад те, людина майже повністю змінює природну екосистему, що виявляється у пробаченні, тобто. зниження видового розмаїття, аж до сильно спрощеної монокультурної системи.

Зовсім інакше працюють антропогенні екосистеми. До них вже з повним правом можна віднести третій тип - це агроекосистеми, аквакультури, що виробляють продукти харчування та волокнисті матеріали, але вже не тільки за рахунок енергії Сонця, а й дотації її у формі палива, що постачається людиною.

Екодом – своєрідна екологічна антропогенна екосистема, біологічно активний об'єкт. Він включає в себе і навколишню ділянку ландшафту, в межах якої здійснюється повна утилізація відходів та підвищується біологічна активність ґрунту.

АГРОЕКОСИСТЕМА (син. сільськогосподарська екосистема, А.) - автотрофна антропогенна екосистема, що поєднує ділянку території (географічний ландшафт), зайняту сільськогосподарським підприємством. До складу А. входять ґрунти з їх населенням (тварини, водорості, гриби, бактерії), поля-агроценози, худоба, фрагменти природних та напівприродних екосистем (ліси, природні кормові угіддя, болота, водойми), людина.

Об'єктами моніторингу можуть бути природні, антропогенні чи природно-антропогенні екосистеми. Мета моніторингу – не пасивна констатація фактів. Він включає також проведення експериментів, моделювання процесів як основу прогнозування.

Багато вчених вважають, що лише в збіднені антропогенні екосистеми можливе запровадження нових видів для збалансування екологічної системи. Так, наприклад, на думку А. Г. Баннікова, цілком допустима інтродукція рослиноїдних риб - товстолобика, білого амура - у штучні канали, де вони перешкоджатимуть їх заростанню. В цілому ж досвід роботи виробничо-акліматизаційних станцій Головрибводу та деяких інших організацій дозволяє оптимістичніше дивитися на перспективи акліматизації риб і водних безхребетних, зрозуміло, при достатньому екологічному обґрунтуванні. Не зайве відзначити, що ряд акліматизаційних робіт російських учених отримали високу оцінку на світовому рівні. Це, наприклад, - безпрецедентна в історії акліматизації трансокеанічна пересадка камчатського краба в Баренцеве море, де в даний час сформувалася його населення, що самовідтворюється. Так само успішно пройшла акліматизація піленгасу в Азовському морі та горбуші на європейській Півночі.

Багато вчених вважають, що лише в збіднені антропогенні екосистеми можливе запровадження нових видів для збалансування екологічної системи.

Багато вчених вважають, що лише в збіднені антропогенні екосистеми можливе запровадження нових видів для збалансування екологічної системи. Так, наприклад, на думку А. Г. Баннікова, цілком допустима інтродукція рослиноїдних риб - товстолобика, білого амура - у штучні канали, де вони перешкоджатимуть їх заростанню.

Коливання чисельності тварин у природних та антропогенних екосистемах мають велике значення з погляду інтересів людини. У період масових розмножень комах у лісах або на сільськогосподарських культурах, при різких зростаннях чисельності гризунів (мишей, щурів) у населених пунктах. завдається істотної шкоди врожаю, приросту деревини, запасам продуктів. Тому перед людиною періодично постає завдання боротьби зі шкідниками, захисту врожаю, для чого потрібні великі витрати сил, енергії, матеріалів. Отже, дуже важливо своєчасно передбачити спалах розмноження тієї чи іншої популяції в конкретній екосистемі, щоб вжити заходів щодо запобігання шкоді. Для того щоб прогнозувати зміни чисельності тварин, необхідно знати причини, через які вони відбуваються, та закономірності, за якими вони розвиваються. Вочевидь, що у всіх випадках причинами є динамічні у часі та просторі екологічні чинники. Тому з'явилося безліч теорій динаміки чисельності тварин (переважно рослиноїдних), метою яких є прогнозування та керування їх чисельністю. Усі теорії можна розділити на дві великі категорії: факторіальні та системні (табл. 2.5).

Додаток 1. Токсичні та потенційно токсичні речовини в природно-антропогенних екосистемах.

Е. також поділяються на природні та штучні, створювані людиною (антропогенні екосистеми). Це поділ щодо, оскільки інтенсивно використовуване пасовища як і природно, як і штучне, - стійкі до випасу види відбиралися під впливом господарську діяльність людини. Проте прийнято вважати природними Е. ті, в яких роль природних факторів, що визначають їх склад, вища, ніж вплив людини.

Екологічна небезпека, на наш погляд, це такий стан тієї чи іншої природної, природно-антропогенної екосистеми, природного територіального або природно-господарського комплексу, при якому внаслідок антропогенного чи природного впливу на навколишнє середовище можливі зміни її якості та умов проживання, що загрожують життєво важливим інтересам особистості та суспільства.

Людина в конкурентній боротьбі за виживання у навколишньому середовищі почав будувати свої штучні антропогенні екосистеми. Приблизно десять тисяч років тому він перестав бути «пересічним» консументом, що збирає дари природи, і почав ці «дарунки» отримувати сам, за допомогою своєї трудової діяльності, створивши сільське господарство – рослинництво та тваринництво. Освоївши сільськогосподарську модель, людина історично підійшла до промислової революції, яка почалася всього 200 років тому, і до сучасної комплексної взаємодії з навколишнім середовищем за штучною моделлю (рис. 10.1). На сучасному етапі він для задоволення своїх зростаючих потреб змушений змінювати природні екосистеми і навіть руйнувати їх, може, і не бажаючи цього.

Людина в результаті трудової діяльності створює навколо себе штучне довкілля. Природні екосистеми витісняються антропогенними екосистемами, абсолютно домінуючим чинником у яких є людина.

Найважливішим аспектом у реалізації цієї системи є не технічна, а екологічна частина рішення, оскільки антропогенні екосистеми, що є сусідами з природними, ускладнюються таким впливом, як висока чисельність і щільність населення, висока концентрація промислового виробництва та інтенсивність сільського господарства; відмінність кліматичних та географічних умов; відсутність єдиної системи управління відходами.

Будівельна система як форма природно-техногенної системи (ПТС) багатьма вченими сприймається як деяка екосистема. На користь віднесення її до екосистем в першу чергу говорить наявність у ній таких біотичних факторів, як людина і представники флори, фауни, мікроорганізмів, що мешкають у природній складовій ПТС. Для забезпечення гомеостазу новостворені такого роду антропогенні екосистеми вимагають наростаючої керуючої дії людини. Це наростання за рахунок глибокого проникнення завжди може призвести до поступового пригнічення природних компонентів середовища. Тому для збереження природної складової та оптимізації гомеостазу екосистеми слід знизити антропогенний тиск. Одним з факторів, що пом'якшують тиск, є оптимальне проектне рішення та реалізація «будівельної системи». Досвід будівництва показує, що екологічно-оптимальне рішення багато в чому пов'язане з грамотним використанням особливостей природного середовища та їх динамікою, у тому числі і при взаємодії з будівельною системою на весь період її експлуатації.

Пристосування до проживання у змінених людиною ландшафтах не обмежується лабільними компенсаційними реакціями на рівні окремих організмів. Стійке впровадження в антропогенні екосистеми завжди пов'язане із закріпленням пристосувальних властивостей у процесі природного відбору. Іншими словами, це явище вже не тільки екологічне, а й еволюційне, що за масштабами відповідає мікроеволюційним процесам. У найповнішому вигляді результатом його виявляється утворення нових видів, специфічно пристосованих до нових умов існування. Такі вже згадані види-синантропи, які в сучасній фауні вже пошта повністю пов'язані з людиною та створеним нею середовищем. При цьому якщо миші та горобці просто використовують ті можливості, які відкриває життя поблизу людини (велика кількість корму, відповідні притулки, сприятливий мікроклімат тощо), то ворона і пасюк активно освоюють оточення людини, спираючись на розвинені форми вищої нервової діяльності. ...]

Споживання природних ресурсів обумовлено насамперед тим, що людина, прагнучи «зняти» вплив лімітуючих природних чинників, щоб вижити і перемогти у конкурентній боротьбі, почав створювати свої антропогенні екосистеми.

При розгляді основ екології людини обговорюються питання особливостей людських популяцій, їх відхилення від природних популяцій, причини сировинної та економічної криз, характеризується місто як особлива антропогенна екосистема, аналізуються екологічні проблеми урбанізованих територій.

У книзі розглядаються фундаментальні проблеми евдйвт ПК біологічної науки. Викладаються основні механізми і законом огидного існування біологічних систем різного рівня в зній і динамічного середовища. Аналіз ведеться усім рівнях орг матерії: организменном, популяційному, екосистемному і рівні в цілому. Матеріал подано у загальній формі, без поділу на еколог та екологію рослин. Проблема сучасної антропогенної екосистеми висвітлюються в плані найбільш загальних екологічних законів, що визначають наукові основи охорони природи і раціонального і біологічних ресурсів.

Підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва спричинило необхідність розширення можливостей роботи мозку, розумових здібностей людини. Один із ефективних прийомів збільшення можливостей розумової діяльності людини у сфері сільськогосподарського виробництва – комп'ютеризація сільського господарства. Сільське господарство тісно пов'язане з промисловістю, особливо в галузі постачання аграрних ландшафтів промисловими матеріалами та механізмами. Сільськогосподарське та промислове виробництво становлять єдине ціле. Тому виникає потреба комп'ютеризації країни як антропогенної екосистеми (антропогеоценоза). За допомогою комп'ютерів людина значно швидше може вирішувати складні завдання, пов'язані із відтворенням та використанням природних ресурсів відповідно до вимог екології та біогеоценології.

Епоха цивілізації, особливо її останні століття, ознаменована як швидким зростанням населення, створенням складних технічних систем, а й створенням антропогенних екосистем.Класичним прикладом таких систем є міста.

Практично будь-яке місто є гетеротрофною екосистемою, що одержує енергію та речовину з місцевості, яка знаходиться за його межами. Життєдіяльність індустріального міста неможлива без припливу величезної кількості енергії: приблизно 0,7 МДж/(год. м2). Енергія утворюється в результаті спалювання різних енергоносіїв (газ, мазут, кам'яне вугілля), а також надходить у вигляді електроенергії, одержаної за межами міста. Здебільшого вся ця енергія зрештою перетворюється на теплову і лише невелику частину - на енергію хімічних зв'язків різних сполук (хімічних волокон, пластмас тощо.) (рис. 4.14). Теплова енергія розсіюється в навколишньому просторі і частково йде за нього зі стоками (температура стоків найчастіше досягає 40-50 ° С). В результаті в містах трохи тепліше і більше хмарність, ніж у сусідній сільській місцевості.

Міста мають зелені насадження: дерева, газони, клумби, чагарники, рослини у водоймах, які належать до продуцентів. Водночас їхня первинна органічна продукція у постачанні міста речовиною та енергією відіграє вкрай незначну роль. «Зелений пояс» міст має в основному естетичне та рекреаційне (лат. recreatio -відпочинок, одужання) значення, зменшує коливання температури, поглинає шум, зменшує забруднення повітря. Там поселяються спільноти птахів та дрібних тварин. На утримання та відновлення зелених насаджень міста витрачається певна енергія. Так, для утримання 1 м 2 акуратного газону потрібні витрати енергії до 2 МДж на рік.

Рис. 4.14.

С^> Потік енергії С^> Потік речовини

Місто виробляє товари, послуги, культурні цінності, які споживаються як міським, а й сільським населенням. Водночас місто є основним джерелом шкідливих викидів: твердих, рідких та газоподібних. В результаті в містах з'явилася низка екологічних проблем, не властивих сільській місцевості: нестача чистої води та чистого повітря, висока концентрація шкідливих речовин у ґрунті.

Площа суші, зайнята містами, невелика (трохи більше 5%). Незважаючи на це, міста істотно впливають на великі прилеглі території. Газоподібні викиди забруднюють прилеглі території, площа яких майже вдесятеро перевищує площу міста. Рідкі забруднюючі речовини досягають Світового океану, змінюючи його хімічний склад. Великі території за містом зайняті під тверді відходи. Проте спостерігається постійне зростання міського населення та збільшується площа, яку займають міста.

Слід зазначити, що без великих надходжень енергії, води та їжі ззовні місто існувати не може. Найважливішу роль функціонуванні міста грає енергія, що надходить. Місто як переущільнений біоценоз без припливу енергії може коштувати дуже нетривалий час. Без енергії перестануть працювати водогін, каналізація, припиниться вивезення твердих відходів, почнеться інтенсивне забруднення території міста, а потім і епідемії, особливо влітку, мешканці почнуть залишати місто, тому першочерговим завданням для забезпечення функціонування такого переущільненого біоценозу, яким є місто, стає забезпечення його енергією.

До антропогенних екосистем належать також агроекосистеми - штучно створені та постійно підтримувані людиною екосистеми, призначені для отримання сільгосппродукції (поля, городи, сади, комплекси з вирощування тварин з прилеглими пасовищами і т.д.)-На відміну від міст, значну частку в агроекосистемах складають продуценти. Порівняно з природними екосистемами (ліс, луг), які використовують лише енергію Сонця, агроекосистеми отримують також і додаткову енергію при виконанні різних робіт людьми, тваринами, машинами, механізмами у вигляді добрив, отрутохімікатів, води для зрошення. Для отримання максимуму чистої валової продукції тварини та рослини піддаються штучному відбору, знижується їхня різноманітність. Так, 30 харчових рослин становить 95% від маси нашої рослинної їжі. З них найбільше використовуються пшениця, кукурудза, рис та картопля.

Характерною особливістю агроекосистем є їх мала екологічна стійкість за високої врожайності, як правило, однієї культури або високої продуктивності тварин. Якщо припиняється приплив до них речовини та енергії, то агроекосистеми швидко деградують і поступаються місцем природним екосистемам. Так, якщо не прибрати пшеничне поле та припинити його подальшу обробку (оранку, засівання тощо), то через кілька років пшениця з нього буде повністю витіснена, а на зміну прийдуть природні фітоценози.

За способом виробництва агроекосистеми ділять на два типи: доінду-стріальпіі інтенсивні.

Доіндустріальні агроекосистемивикористовують додаткову енергію, одержувану внаслідок м'язових зусиль людини та свійських тварин. Незначна частина енергії надходить із мінеральними добривами, а також повертається разом з органічними добривами (гній, компост). Такі системи є в підсобних домашніх господарствах Росії та Білорусі, у селянських господарствах Китаю, Індії, країн Африки та Латинської Америки та інших країн, де виробляють продукти переважно для своєї сім'ї та частково поставляють на місцевий ринок.

Інтенсивні агроекосистемивиробляють товарну продукцію у вигляді сировини для подальшої промислової переробки. У цьому вони отримують величезний приплив енергії як виконуваної сільгоспмашинами роботи, добрив тощо. Дані агроекосистеми характерні для країн Західної Європи та Північної Америки, досить розвинені вони у Росії та Білорусі. Нині інтенсивні агроекосистеми забезпечують харчуванням основну частину населення Землі.

Найчастіше доіндустріальні агроекосистеми називають примітивними та відсталими. Звісно, ​​проти індустріальними системами вони виробляють значно менше продукції з одиниці площі грунту. Разом з гемом ці агроекосистеми значно краще гармонують з природними екосистемами і майже в 15 разів споживають менше енергії на одиницю виробленої продукції, ніж індустріальні агроекосистеми. У майбутньому, певне, слід очікувати змін у способах отримання їжі в агроекосистемах.

Багато написано фантастичних творів, присвячених тривалим космічним подорожам людей. Космічний корабель, призначений для проживання в ньому людей десятки і сотні років, повинен являти собою штучну екосистему, що містить усі основні атрибути природної екосистеми Землі. При цьому необхідно вирішити найголовніше завдання забезпечення кругообігу речовин. Як відомо, у природних екосистемах немає відходів. Насправді відбувається нескінченне використання абіотичних речовин живими організмами. Так має бути і на космічному кораблі, оскільки поповнення запасів мінералів у космосі, наприклад, з астероїдів, є справою досить складною та проблематичною.

Рис. 4.15.Об'єми атмосфери та океану, що припадають на 1 м 2 суші

В даний час космічні орбітальні станції забезпечені системами життєзабезпечення, які навіть не нагадують природні екосистеми. Вони здійснюється лише часткова регенерація води та повітря фізико-хімічними методами. Такі системи можуть функціонувати лише при отриманні дотацій енергії та речовини із Землі.

У біосфері Землі величезну роль відіграють можливості атмосфери і океану, що демпфують. Вони стабілізують багато екологічних чинників, наприклад клімат, температуру, вологість повітря. На 1 м 2 суші нашої планети припадає 1260 м 3 повітря атмосфери та понад 8300 м 3 води Світового океану (рис. 4.15).

Атмосфера та океан також відіграють роль накопичувачів різних речовин, що використовуються у кругообігу; так, в атмосфері накопичується кисень та вуглекислий газ, які використовуються живими організмами в процесі життєдіяльності. Крім того, Світовий океан є найбільшим накопичувачем і перерозподільником перетвореної на теплову сонячну енергію.

У проводилися експерименти зі створення мініатюрної моделі біосфери за умов Землі. Результати таких експериментів радше негативні, ніж позитивні. Створення моделі в космосі не тільки значно складніше, а й дорожче, тому сьогодні й у найближчому майбутньому біосфера Землі для людини є єдиним «будинком» і зберегти її для нащадків – головне сьогоднішнє завдання людства.

Підбиваючи підсумок сказаному в четвертому розділі, слід зазначити таке. Життя в біосфері досить чітко структуроване і має три ієрархічні надорганізмові рівні: популяція, біоценоз та екосистема. Останні 100-150 років людина істотно вплинула більшість природних популяцій, причому у бік зменшення їх чисельності. В результаті деякі види живих організмів зникли, багато хто перебуває під загрозою зникнення. Зниклі види заносяться в спеціальні списки - Червоні книжки і перебувають під захистом країн і світової спільноти.

Популяції окремо існувати що неспроможні, вони входять у відносини коїться з іншими популяціями, створюючи цим багатовидові спільноти живих організмів - біоценози. За участю в біогенному кругообігу речовин біоценози містять три групи організмів: продуценти, консументи та редуценти. Продуценти з простих неорганічних сполук синтезують складні органічні речовини, які консументи використовують як харчування. Редуценти розкладають мертву органічну речовину до вихідних неорганічних сполук, які знову залучаються до кругообігу.

Популяції, біоценози, обмінюючись з навколишнім неорганічним середовищем речовиною та енергією, утворюють із нею єдине ціле, зване екосистемою. Екосистеми (луг, ліс, озеро) немає чітко окреслених кордонів, що у пов'язані з можливістю переміщення живих організмів у просторі, у екології найчастіше вивчаються великі екосистеми - біоми. Виділяють три групи біомів: сухопутні, морські та прісноводні. В епоху цивілізації людиною створено штучні екосистеми: міста та агроекосистеми. Вони нестійкі та вимагають постійного припливу речовини та енергії ззовні.

Найбільшою екосистемою Землі є біосфера, яка в минулому, теперішньому та найближчому майбутньому залишається для людини єдиним місцем проживання. Збереження біосфери у всьому її різноманітті для нащадків – головне завдання людства.

Загальні уявлення про антропогенні екосистеми

Вступ.

Глава 1. Людина та екосистеми

1.1 Типи екосистем

1.2 Агроекосистеми

Глава 2. Індустріально-міські системи

2.1 Процеси урбанізації

2.2 Урбаністичні системи

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Людина в конкурентній боротьбі за виживання у навколишньому середовищі почав будувати свої штучні антропогенні екосистеми. Приблизно десять тисяч років тому він перестав бути «рядовим» консументом, що збирає дари природи, і почав ці «дарунки» отримувати сам, за допомогою своєї трудової діяльності, створивши сільське господарство – рослинництво та тваринництво.

Освоївши сільськогосподарську модель, людина історично підійшла до промислової революції, яка почалася 200 років тому, та до сучасної комплексної взаємодії з навколишнім середовищем за штучною моделлю (рис.1). На сучасному етапі він для задоволення своїх потреб, що все зростають, змушений змінювати природні екосистеми і навіть руйнувати їх, можливо, і не бажаючи цього.

Термін « Екосистема»(Від грецького оikos - житло, місцепроживання, об'єднання) - це сукупність спільно мешкаючих організмів та умов їх існування, що перебувають у закономірному взаємозв'язку один з одним і утворюють систему взаємозумовлених біотичних та абіотичних явищ та процесів .

Термін "екосистема" запропонований англійським ботаніком А.Д.Тенслі (1871-1955). Він вважав, що екосистеми, «з погляду еколога, є основні природні одиниці лежить на поверхні Землі», куди входить «як комплекс організмів, а й увесь комплекс фізичних чинників, які утворюють чинники місцеперебування у найширшому сенсі».

Енергія– це початкова рушійна сила екосистем, причому всіх – і природних, і антропогенних. Енергетичні ресурси всіх систем можуть бути вичерпні - сонце, вітер, припливи і вичерпні - паливо-енергетичними (вугілля, нафта, газ). Використовуючи паливо, людина повинна додавати енергію до системи або навіть повністю її субсидувати енергією.

Глава 1. Людина та екосистеми

1.1 Типи екосистем

Спираючись на енергетичні особливості існуючих систем, можна їх класифікувати, прийнявши енергію за основу, та виділив чотири фундаментальні типи екосистем:

1. природні: рухомі Сонцем, несубсидируемые;

2. природні, рухомі Сонцем, які субсидуються іншими природними джерелами;

3. рухомі Сонцем і субсидовані людиною;

4. індустріально-міські, рухомі паливом (викопним, іншим органічним та ядерним).

Ця класифікація принципово відрізняється від біомної, заснованої на структурі екосистем, оскільки вона ґрунтується на властивостях середовища. Проте вона добре доповнює її. Перші два типи – це природні екосистеми, а третій та четвертий слід віднести до антропогенним.

До першого типу екосистемставляться океани, високогірні ліси, є основою життєзабезпечення планети Земля.

До другого типу екосистемставляться естуарії у припливних морях, річкові екосистеми, дощові ліси, тобто. ті, що субсидуються енергією приливних хвиль, течій та вітру.

Екосистеми першого типу займають величезні площі – одні океани – це 70% території земної кулі. Ними рухає енергія лише самого Сонця, і вони є основою, що стабілізує та підтримує життєзабезпечені умови на планеті.

Екосистеми другого типу мають високу природну родючість. Ці системи «виробляють» стільки первинної біомаси, що її вистачає не тільки на власний зміст, але й частина цієї продукції може виноситися в інші системи або накопичуватися.

Таким чином, природні екосистеми «працюють» на підтримку своєї життєдіяльності та власного розвитку без жодних турбот і витрат з боку людини, більше того, у них створюється і помітна частка харчових продуктів та інших матеріалів, необхідних для життя самої людини. Але головне саме тут очищаються великі обсяги повітря, повертається в обіг прісна вода, формується клімат та ін.

Зовсім інакше працюють антропогенні екосистеми. До них можна віднести третій тип– це агроекосистеми, аквакультури, що виробляють продукти харчування та волокнисті матеріали, але вже не тільки за рахунок енергії Сонця, а й дотації її у формі пального, що постачається людиною.

Ці системи схожі на природні, оскільки саморозвиток культурних рослин у період вегетації – це природний процес і викликаний до життя природною сонячною енергією. Але підготовка ґрунтів, сівба, збирання врожаю та ін – це вже енергетичні витрати людини. Понад те, людина майже повністю змінює природну екосистему, що виявляється, передусім, у її спрощенні, тобто. зниження видового розмаїття до сильно спрощеної монокультурної системи (таблиця 1).

Таблиця 1

Порівняння природної та спрощеної антропогенної екосистем (за Міллером, 1993)

Сучасне сільське господарство дозволяє постійно рік у рік утримувати екосистеми на ранніх стадіях сукцесій, домагаючись максимальної первинної продуктивності однієї або декількох рослин. Селянам вдається домагатися високих урожаїв, але дорогою ціною, а ціна ця обумовлюється витратами на боротьбу з бур'янами, на мінеральні добрива, утворення грунтів і т.д.

Стійка поява нових видів, наприклад, трав'янистих рослин, є результатом природного сукцесійного процесу.

Тваринництво- Це також шлях до спрощення екосистеми; охороняючи корисних йому сільськогосподарських тварин, людина знищує диких тварин: травоїдних, як конкурентів у харчових ресурсах, хижаків – як нищівних худобу.

Вилов цінних видів риб полегшує екосистеми водойм. Забруднення повітряного та водного середовищ також веде до загибелі дерев та риб та «обирає» природні екосистеми.

У міру зростання населення, люди будуть змушені перетворювати все нові зрілі екосистеми на прості молоді продуктивні. На підтримку цих систем у «молодому» віці зростає використання паливо-енергетичних ресурсів. Крім того, відбудеться втрата видового (генетичного) розмаїття та природних ландшафтів (таблиця 1).

Молода, продуктивна екосистема дуже вразлива через монотипний видовий склад, оскільки внаслідок якоїсь екологічної катастрофи (посухи), її вже не відновити внаслідок руйнування генотипу. Але для життя людства вони необхідні, тому наше завдання – зберегти баланс між спрощеними антропогенними та сусідніми з ним складнішими, з найбагатшим генофондом, природними екосистемами, від яких вони залежать.

Енергетичні витрати у сільському господарстві великі – природні плюс субсидовані людиною і тим не менш, найпродуктивніше сільське господарство знаходиться приблизно на рівні продуктивних природних екосистем.

Продуктивність і тих та інших заснована на фотосинтезі справжня відмінність між системами лише у розподілі енергії: в антропогенній вона поглинається лише декількома (одним-двома) видами, а в природній – багатьма видами та речовинами.

В екосистемах четвертого типу, До яких належать індустріально-міські системи - енергія палива повністю замінює сонячну енергію. Порівняно з потоком енергії у природних екосистемах – тут її витрата на два-три порядки вища.

1.2 Сільськогосподарські екосистеми (агроекосистеми)

Головна мета створюваних сільгоспсистем - раціональне використання тих біологічних ресурсів,які безпосередньо залучаються до сфери діяльності – джерела харчових продуктів, технологічної сировини, лікарських препаратів.

Агроекосистеми створюються людиною для отримання високого врожаю – чистої продукції автотрофів.

Узагальнюючи все вже сказане про агроекосистеми підкреслимо такі основні відмінності від природних (таблиця 2).

1. В агроекосистемах різко знижено різноманітність видів:

· Зниження видів культивованих рослин знижує і видиме розмаїття тваринного населення біоценозу;

· видове розмаїтість тварин, що розводяться людиною, мізерно мало в порівнянні з природним;

В· культурні пасовища (з посівом трав) за видовою різноманітністю схожі на сільськогосподарські поля.

2. Види рослин і тварин, що культивуються людиною, «еволюціонують» за рахунок штучного відбору та неконкурентоспроможні у боротьбі з дикими видами без підтримки людини.

3. Агроекосистеми отримують додаткову енергію, що субсидується людиною, крім сонячної.

4. Чиста продукція (урожай) видаляється з екосистеми і не надходить у ланцюги харчування біоценозу, а часткове її використання шкідниками, втрати при збиранні, які також можуть потрапити до природних трофічних ланцюгів. Всіляко припиняються людиною.

5. Екосистеми полів, садів, пасовищ, городів та інших агроценозів – це спрощені системи, що підтримуються людиною на ранніх стадіях сукцесії, і вони так само нестійкі та нездатні до саморегуляції, як і природні піонерні спільноти, а тому не можуть існувати без підтримки людини.

Таблиця 2

Порівняльна характеристика природних екосистем та агроекосистем.

Спрощення природного оточення людини з екологічних позицій дуже небезпечне. Тому не можна перетворювати весь ландшафт на агрогосподарський, необхідно зберігати і множити його різноманіття, залишаючи незаймані заповідні ділянки, які могли б бути джерелом видів для спільнот, що відновлюються в сукцесійних рядах.

Глава 2. Індустріально – міські системи

2.1 Процеси урбанізації

Урбанізація – це зростання та розвиток міст, збільшення частки міського населення в країні за рахунок сільської місцевості, процес підвищення ролі міст та розвитку суспільства. Зростання чисельності населення та його щільності – характерна риса міст. Історично найпершим містом з мільйонним населенням був Рим за часів Юлія Цезаря (44-10гг.). Найбільшим містом світу у наш час є Мехіко – 14 млн. чоловік.

Щільність населення містах, особливо великих становить від кілька тисяч за кілька десятків тисяч жителів на 1 квадратний км. Як відомо, на людину не поширюється дія факторів, що залежать від густини популяції, що пригнічують розмноження тварин: інтенсивність зростання населення ними автоматично не знижується. Але об'єктивно висока щільність веде до погіршення здоров'я, до появи специфічних хвороб, пов'язаних, наприклад, із забрудненням середовища, робить обстановку епідемілогічно небезпечною у разі вільного чи мимовільного порушення санітарних норм.

Особливо інтенсивно протікають процеси урбанізаціїу країнах, про що красномовно свідчать вищенаведені показники зростання чисельності міст у найближчі роки.

Людина сама створює ці складні урбаністичні системи, переслідуючи благу мету – покращити умови життя, і не тільки просто «загородившись» від літеруючих факторів, а й створивши для себе нове штучне середовище, що підвищує комфортність життя. Однак це веде до відриву людини від природної обстановки до порушення природних екосистем.

2.2 Урбаністичні системи

Урбаністична система (урбосистема) – «нестійка природно-антропогенна система, що складається з архітектурно-будівельних об'єктів та різко порушених природних екосистем».

У міру розвитку міста в ньому дедалі більше диференціюють його функціональні зони – це промислова, селітебна, лісопаркова.

Природні зони це території зосередження промислових об'єктів різних галузей (металургійної, хімічної, машинобудівної, електронної). Вона є основними джерелами забруднення довкілля.

Селітебні зони – це територія зосередження житлових будинків, адміністративних будівель, об'єктів культури, освіти.

Лісопаркова – це зелена зона навколо міста, окультурена людиною, тобто. пристосована для масивного відпочинку, спорту, розваг. Можливі її ділянки і всередині міст, але зазвичай тут міські парки –дерев'яні насадження в місті, що займають досить великі території і теж служать городянам для відпочинку. На відміну від природних лісів і навіть лісопарків міські парки та подібні до них дрібніші посадки в місті (сквери, бульвари) не є самопідтримуючими і саморегульованими системами.

Лісопаркова зона, міські парки та інші ділянки території, відведені до спеціально пристосованих для відпочинку людей, називають рекреаційними зонами (територіями, ділянками).

Поглиблення урбанізації веде до ускладнення інфраструктури міста. Значне місце починає займати транспорт та транспортні споруди (автомобільні дороги, заправки, гаражі, станції обслуговування, залізниці зі своєю складною інфраструктурою, а в тому числі підземні – метрополітен; аеродроми з комплексом обслуговування та ін.).

Транспортні системи перетинають всі функціональні зони міста та впливають на все міське середовище (урбосередовища).

Середовище, що оточує людину в цих умовах, - це сукупність абіотичної і соціальних середовищ, що спільно і безпосередньо впливають на людей та їхнє господарство.Одночасно її можна ділити на власну природне середовищеі перетворене людиною природне середовище(антропогенні ландшафти аж до штучного оточення людей – будинки, асфальт доріг, штучне освітлення тощо, тобто до штучного середовища) .

В цілому ж середовище міське та населених пунктів міського типу – це частина техносфери,тобто. біосфери, докорінно перетвореної людиною на технічні та техногенні об'єкти.

Крім наземної частини ландшафту в орбіту господарську діяльність людини потрапляє та її литогенная основа, тобто. поверхнева частина літосфери, яку прийнято називати геологічним середовищем. Геологічне середовищеце гірські породи, підземні води, куди впливає господарську діяльність людини (рис.2).

Рис.2. Взаємодія технічної системи із зовнішніми засобами:

ТС - Технічна система; ПТС - природно-технічна система; ЗВ - Зона впливу (впливу) технічної системи на геологічне середовище.

На міських територіях, в урбоекосистемах, можна виділити групу систем, що відображає всю складність взаємодії будівель та споруд з навколишнім середовищем, які називають природно-технічними системами(Рис.2). Вони тісно пов'язані з антропогенними ландшафтами, зі своїми геологічним будовою і рельєфом.

Таким чином, урбосистеми – це зосередження населення, житлових та промислових будівель та споруд. Існування урбосистем залежить від енергії горючих копалин та атомноенергетичної сировини, що штучно регулюється і підтримується людиною.

Середовище урбосистем, як її географічна, так і геологічна частини, найбільш сильно змінено і по суті стало штучної, тут виникають проблеми утилізації природних ресурсів, що залучаються в обіг, забруднення та очищення навколишнього середовища, тут відбувається все більша ізоляція господарсько-виробничих циклів від природного обміну речовин і потоку енергії в природних екосистемах. І, нарешті, саме тут найбільша густота населення та штучне середовище, які загрожують не лише здоров'ю людини, а й виживанню всього людства. Здоров'я людини – індикатор якості цього середовища.

Список використаної літератури

1. Акімова Т.А., Екологія: Підручник для вузів. - М., 2000.

2. Одум Ю. Екологія. - М., 1999.

3. Передільський Л.В., Коробкін В.І. Екологія у питаннях та відповідях. - Ростов н / Д., 2002.

4. Реймерс Н. Екологія. - М., 1998.

5. Сукачов В.М. Основи екології. Навчальний посібник для вишів. - М., 2001.

У ході історичного розвитку людського суспільства, у конкурентній боротьбі за виживання людина почала створювати в природному середовищі антропогенні екосистеми. На етапі людство задоволення своїх дедалі більших потреб змінює і руйнує природні екосистеми. При цьому більшість людства проживає в штучних антропогенних екосистемах.

Початковою рушійною силою будь-якої екосистеми є енергія. Енергетичні ресурси екосистеми можуть бути невичерпними– сонце, вітер, припливи та вичерпними– паливно-енергетичними (вугілля, нафта, газ тощо). Використовуючи паливо, людина може додавати енергію до екосистеми або навіть повністю забезпечувати її енергією. На основі енергетичних особливостей виділяють чотири типи екосистем:

1) природні, що рухаються сонячною енергією, несубсидируемые;

2) природні, рухомі сонячною енергією, що субсидуються іншими природними джерелами;

3) рухомі сонячною енергією та субсидовані людиною;

4) індустріально-міські, рухомі енергією палива.

Два перші типи екосистем відносяться до природних, третій та четвертий є антропогенними.

До першого типу екосистем відносяться, наприклад, відкриті океани, великі ділянки гірських лісів, великі озера. Ці екосистеми дуже різні, але вони отримують мало енергії і мають низьку продуктивність, нерідко у яких спостерігається нестача елементів живлення та води. У таких екосистемах підтримується низька щільність організмів, але вони є надзвичайно важливими, т.к. займають величезні площі (один лише океан покриває 70% площі Земної кулі. Вони є основою, що стабілізує та підтримує життєзабезпечені умови на планеті).

До другого типу належать екосистеми, які використовують додаткові природні джерела енергії. Прибережна частина естуарію – гарний приклад природної екосистеми з додатковою енергією припливів, прибою та течії. Припливи та течії сприяють більш швидкому кругообігу мінеральних елементів та переміщенню їжі та відходів, тому естуарії більш родючі, ніж прилеглі ділянки суші, які отримують ту саму кількість сонячної енергії. Допоміжна енергія, що збільшує продуктивність, може надходити у найрізноманітніших формах, наприклад, у тропічному дощовому лісі – у формі вітру та дощу, у невеликому озері – у формі потоку води з струмка.

Природні екосистеми існують без жодних витрат з боку людини, більше того, у них створюється помітна частка харчових продуктів та інших матеріалів, що використовуються людиною. Але головне, саме в них очищаються великі обсяги повітря, повертається в обіг прісна вода, формується клімат та ін.

Зовсім інакше працюють антропогенні екосистеми. До третього типу екосистем відносяться агроекосистеми, що виробляють продукти харчування та інші матеріали Вони існують, використовуючи не тільки енергію Сонця, а й дотації її у формі пального, що постачається людиною. Ці екосистеми схожі на природні, оскільки зростання та розвиток культурних рослин – процес природний, який здійснюється за рахунок сонячної енергії. Але підготовка ґрунту, сівба, збирання врожаю та ін. засновані на енергетичних субсидіях людини. Від природних екосистем агроекосистеми насамперед відрізняються спрощенням, зниження видового розмаїття.

Принципово інакше справи з екосистемами четвертого типу, індустріально-міськими системами. Тут енергія палива повністю замінює сонячну енергію, і в порівнянні з потоком енергії в природних екосистемах витрата її в міських екосистемах на два-три порядки вища. Місто нагадує такі екологічні системи, як печерні, глибоководні та інші біогеоценози, що в основному залежать від надходження в них енергії і речовин ззовні. Вони повністю або частково позбавлені продуцентів і тому називаються гетеротрофними.