Ekosystemy: rodzaje ekosystemów. Różnorodność typów ekosystemów naturalnych. Ekosystemy naturalne i sztuczne

Step, las liściasty, bagno, akwarium, ocean, pole - każdy element z tej listy można uznać za przykład ekosystemu. W naszym artykule odsłonimy istotę tej koncepcji i rozważymy jej elementy składowe.

Społeczności ekologiczne

Ekologia to nauka, która bada wszystkie aspekty relacji między żywymi organizmami w przyrodzie. Przedmiotem jej badań nie jest zatem jednostka i warunki jej istnienia. Ekologia bada naturę, wynik i produktywność ich interakcji. Zatem całość populacji determinuje cechy funkcjonowania biocenozy, która obejmuje wiele gatunków biologicznych.

Ale w warunkach naturalnych populacje oddziałują nie tylko ze sobą, ale także z różnymi warunkami środowisko. Taka społeczność ekologiczna nazywana jest ekosystemem. Do określenia tej koncepcji używa się również terminu biogeocenoza. Zarówno miniaturowe akwarium, jak i rozległa tajga są przykładem ekosystemu.

Ekosystem: definicja pojęcia

Jak widać ekosystem to dość szerokie pojęcie. Z punkt naukowy Z perspektywy wspólnota ta jest połączeniem elementów żywej przyrody i środowisko abiotyczne. Rozważmy coś na kształt stepu. Jest to otwarty, trawiasty obszar porośnięty roślinami i zwierzętami, które przystosowały się do warunków mroźnych, mało śnieżnych zim i gorących, suchych lat. W trakcie adaptacji do życia na stepie wykształciły się w nich szereg mechanizmów adaptacyjnych.

W ten sposób liczne gryzonie tworzą podziemne przejścia, w których przechowują zapasy zboża. Niektóre rośliny stepowe mają modyfikację pędu zwaną cebulą. Jest typowy dla tulipanów, krokusów i przebiśniegów. W ciągu dwóch tygodni, gdy na wiosnę jest wystarczająca ilość wilgoci, ich pędy mają czas na wzrost i kwitnienie. A niesprzyjający okres przeżywają pod ziemią, żywiąc się wcześniej zmagazynowanymi składniki odżywcze i wodę z mięsistej cebuli.

Rośliny zbożowe mają jeszcze jedną podziemną modyfikację pędu - kłącze. Jego wydłużone międzywęźle również przechowują substancje. Przykładami zbóż stepowych są bromegrass, bluegrass, kupkówka, kostrzewa i bentgrass. Kolejną cechą są wąskie liście, które zapobiegają nadmiernemu parowaniu.

Klasyfikacja ekosystemów

Jak wiadomo granicę ekosystemu wyznacza fitocenoza – zbiorowisko roślinne. Ta funkcja jest również używana do klasyfikowania tych społeczności. Zatem las jest naturalnym ekosystemem, którego przykłady są bardzo różnorodne: dąb, osika, tropikalny, brzoza, jodła, lipa, grab.

Inna klasyfikacja opiera się na cechach strefowych lub klimatycznych. Takim przykładem ekosystemu są zbiorowiska szelfowe lub nadmorskie, pustynie skaliste lub piaszczyste, równiny zalewowe lub łąki subalpejskie. Zbiór podobnych społeczności różne rodzaje tworzą globalną powłokę naszej planety - biosferę.

Naturalny ekosystem: przykłady

Wyróżnia się biogeocenozy naturalne i sztuczne. Społeczności pierwszego typu funkcjonują bez ingerencji człowieka. Naturalny żywy ekosystem, którego przykłady są dość liczne, ma strukturę cykliczną. Oznacza to, że rośliny wracają do układu obiegu materii i energii. I to pomimo faktu, że koniecznie przechodzi przez różne łańcuchy pokarmowe.

Agbiocenozy

Za pomocą Zasoby naturalne człowiek stworzył wiele sztucznych ekosystemów. Przykładami takich zbiorowisk są agrobiocenozy. Należą do nich pola, ogrody warzywne, sady, pastwiska, szklarnie i plantacje leśne. Agrocenozy powstają w celu pozyskiwania produktów rolnych. Zawierają te same elementy łańcuchów pokarmowych, co naturalny ekosystem.

Producentami w agrocenozach są zarówno rośliny uprawne, jak i chwasty. Gryzonie, drapieżniki, owady, ptaki są konsumentami lub konsumentami materia organiczna. Bakterie i grzyby stanowią grupę substancji rozkładających. Charakterystyczną cechą agbiocenoz jest obowiązkowy udział ludzi, którzy są niezbędnym ogniwem w łańcuchu troficznym i tworzą warunki dla produktywności sztucznego ekosystemu.

Porównanie ekosystemów naturalnych i sztucznych

Sztuczne, które już sprawdziliśmy, mają szereg wad w porównaniu z naturalnymi. Te ostatnie wyróżniają się stabilnością i zdolnością do samoregulacji. Ale agrobiocenozy bez udziału człowieka przez długi czas nie może istnieć. Tak więc ogród z uprawami warzyw produkuje samodzielnie przez nie więcej niż rok, wieloletnie rośliny zielne - około trzech. Rekordzistą pod tym względem jest ogród, którego uprawy owocowe są w stanie rozwijać się samodzielnie nawet przez 20 lat.

Naturalne ekosystemy otrzymują wyłącznie energię słoneczną. Ludzie wprowadzają jego dodatkowe źródła do agbiocenoz w postaci uprawy gleby, nawozów, napowietrzania oraz zwalczania chwastów i szkodników. Istnieje jednak wiele przypadków, do których doprowadziła działalność gospodarcza człowieka negatywne konsekwencje: zasolenie i podlewanie gleb, pustynnienie terytoriów, zanieczyszczenie naturalnych muszli.

Ekosystemy miejskie

NA nowoczesna scena Rozwój człowieka spowodował już znaczące zmiany w składzie i strukturze biosfery. Dlatego wyróżnia się osobną skorupę, utworzoną bezpośrednio przez działalność człowieka. Nazywa się to Noosferą. W Ostatnio Koncepcja taka jak urbanizacja – rosnąca rola miast w życiu człowieka – osiąga powszechny rozwój. Mieszka w nich już ponad połowa populacji naszej planety.

Ekosystem miejski ma swoje własne charakterystyczne cechy. Proporcje pierwiastków w nich są zaburzone, gdyż regulacją wszystkich procesów związanych z przemianą substancji i energii zajmują się wyłącznie ludzie. Tworząc dla siebie wszelkie możliwe korzyści, tworzy masę niekorzystne warunki. Problem zanieczyszczonego powietrza, transportu i mieszkalnictwa, wysoki poziom zachorowalności, ciągły hałas negatywnie wpływa na zdrowie wszystkich mieszkańców miasta.

Co to jest sukcesja

Bardzo często w obrębie jednego obszaru zachodzą kolejne zmiany, zjawisko to nazywa się sukcesją. Klasycznym przykładem zmiany ekosystemu jest pojawienie się lasu liściastego w miejscu lasu iglastego. W wyniku pożaru na okupowanym terytorium zachowały się jedynie nasiona. Ale do ich kiełkowania jest to konieczne długi czas. Dlatego w miejscu pożaru w pierwszej kolejności pojawia się roślinność zielna. Z biegiem czasu zastępują go krzewy, a te z kolei drzewa liściaste. Takie następstwa nazywane są wtórnymi. Powstają pod wpływem czynników naturalnych lub działalności człowieka. W naturze można je spotkać dość często.

Sukcesja pierwotna związana jest z procesem powstawania gleby. Jest to typowe dla obszarów pozbawionych życia. Na przykład skały, piaski, kamienie, gliny piaszczyste. W tym przypadku najpierw powstają warunki do tworzenia gleby, a dopiero potem pojawiają się pozostałe składniki biogeocenozy.

Zatem ekosystem to społeczność zawierająca elementy biotyczne, które pozostają ze sobą w ścisłej interakcji i są połączone poprzez obieg substancji i energii.

Naturalne ekosystemy powstały w wyniku działania sił natury. Charakteryzują się:

• Ścisły związek pomiędzy produktami organicznymi i substancje nieorganiczne
• Pełny, błędne koło cykl substancji: począwszy od pojawienia się materii organicznej, a skończywszy na jej rozpadzie i rozkładzie na składniki nieorganiczne.
• Odporność i zdolność samoleczenia.

Wszystkie naturalne ekosystemy charakteryzują się następującymi cechami:

• 1. Struktura gatunkowa: liczba każdego gatunku zwierząt lub roślin jest regulowana przez warunki naturalne.
  2. Struktura przestrzenna: wszystkie organizmy ułożone są w ścisłą hierarchię poziomą lub pionową. Na przykład w ekosystemie leśnym wyraźnie rozróżnia się poziomy, w ekosystemie wodnym rozmieszczenie organizmów zależy od głębokości wody.
  3. Substancje biotyczne i abiotyczne. Organizmy tworzące ekosystem dzielą się na nieorganiczne (abiotyczne: światło, powietrze, gleba, wiatr, wilgotność, ciśnienie) i organiczne (biotyczne – zwierzęta, rośliny).
  4. Z kolei składnik biotyczny dzieli się na producentów, konsumentów i niszczycieli. Do producentów zaliczają się rośliny i bakterie, które przy pomocy światło słoneczne i energia tworzą materię organiczną z substancji nieorganicznych. Konsumentami są zwierzęta i rośliny mięsożerne, które żywią się tą materią organiczną. Niszczyciele (grzyby, bakterie, niektóre mikroorganizmy) są koroną łańcucha pokarmowego, ponieważ przeprowadzają proces odwrotny: materia organiczna przekształca się w substancje nieorganiczne.

Sztuczne ekosystemy

Sztuczne ekosystemy to zbiorowiska zwierząt i roślin żyjące w warunkach stworzonych dla nich przez człowieka. Nazywa się je również noobiogeocenozami lub socjoekosystemami. Przykłady: pole, pastwisko, miasto, społeczeństwo, statek kosmiczny, ogród zoologiczny, ogród, sztuczny staw, zbiornik.

Najbardziej prosty przykład sztucznym ekosystemem jest akwarium. Tutaj siedlisko jest ograniczone ścianami akwarium, przepływ energii, światła i składników odżywczych odbywa się przez człowieka, który reguluje również temperaturę i skład wody. Wstępnie ustalana jest także liczba mieszkańców.

Pierwsza cecha: wszystkie sztuczne ekosystemy są heterotroficzne, czyli spożywanie gotowego jedzenia. Weźmy jako przykład miasto – jeden z największych sztucznych ekosystemów. Ogromną rolę odgrywa tu dopływ sztucznie wytworzonej energii (gazociąg, prąd, żywność). Jednocześnie takie ekosystemy charakteryzują się dużą emisją substancji toksycznych. Oznacza to, że te substancje, które później służą do produkcji materii organicznej w naturalnym ekosystemie, często stają się nieodpowiednie w sztucznym.

Inny osobliwość sztuczne ekosystemy - otwarty cykl metaboliczny. Weźmy jako przykład agroekosystemy - najważniejsze dla człowieka. Należą do nich pola, ogrody, ogrody warzywne, pastwiska, gospodarstwa rolne i inne grunty rolne, na których ludzie tworzą warunki do wytwarzania produktów konsumpcyjnych. Ludzie zabierają część łańcucha pokarmowego w takich ekosystemach (w postaci upraw), przez co łańcuch pokarmowy ulega zniszczeniu.

Trzecią różnicą między ekosystemami sztucznymi a ekosystemami naturalnymi jest niewielka liczba gatunków. Rzeczywiście, człowiek tworzy ekosystem w celu hodowli jednego (rzadziej kilku) gatunków roślin lub zwierząt. Na przykład na polu pszenicy wszystkie szkodniki i chwasty są niszczone i uprawiana jest tylko pszenica. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie lepszych zbiorów. Ale jednocześnie niszczenie organizmów „nieopłacalnych” dla człowieka powoduje niestabilność ekosystemu.

Charakterystyka porównawcza ekosystemów naturalnych i sztucznych

Wygodniej jest przedstawić porównanie ekosystemów naturalnych i ekosystemów społecznych w formie tabeli:

Wykład nr 5. Sztuczne ekosystemy

5.1 Ekosystemy naturalne i sztuczne

W biosferze, oprócz naturalnych biogeocenoz i ekosystemów, występują zbiorowiska sztucznie utworzone w wyniku działalności gospodarczej człowieka - ekosystemy antropogeniczne.

Naturalne ekosystemy wyróżniają się znaczną różnorodnością gatunkową, istnieją długo, mają zdolność do samoregulacji, dużą stabilność i odporność. Wytworzona w nich biomasa i składniki odżywcze pozostają i są wykorzystywane w obrębie biocenoz, wzbogacając ich zasoby.

Sztuczne ekosystemy - agrocenozy (pola pszenicy, ziemniaków, ogrody warzywne, gospodarstwa rolne z przyległymi pastwiskami, stawy rybne itp.) mała część powierzchni lądu, ale dostarczają około 90% energii pożywienia.

Rozwój Rolnictwo Od czasów starożytnych towarzyszyło mu całkowite niszczenie szaty roślinnej na dużych obszarach, aby zrobić miejsce dla niewielkiej liczby wybranych przez człowieka gatunków najbardziej nadających się do żywienia.

Jednak początkowo działalność człowieka w społeczeństwie rolniczym wpisywała się w cykl biochemiczny i nie zmieniała przepływu energii w biosferze. We współczesnej produkcji rolnej gwałtownie wzrosło wykorzystanie syntetyzowanej energii podczas mechanicznej uprawy ziemi, zużycia nawozów i pestycydów. Zaburza to ogólny bilans energetyczny biosfery, co może prowadzić do nieprzewidywalnych konsekwencji.

Porównanie naturalnych i uproszczonych ekosystemów antropogenicznych

(za Millerem, 1993)

5.2 Sztuczne ekosystemy

5.2.1 Agroekosystemy

Agroekosystem(z greckiego agros – pole) – zbiorowość biotyczna utworzona i regularnie utrzymywana przez człowieka w celu pozyskiwania produktów rolnych. Zwykle obejmuje zestaw organizmów żyjących na gruntach rolnych.

Do agroekosystemów zaliczają się pola, sady, ogrody warzywne, winnice, duże kompleksy hodowlane z przyległymi sztucznymi pastwiskami.

Cechą charakterystyczną agroekosystemów jest niska niezawodność ekologiczna, ale wysoka produktywność jednego (kilku) gatunków lub odmian roślin uprawnych lub zwierząt. Główną różnicą w stosunku do ekosystemów naturalnych jest ich uproszczona struktura i zubożony skład gatunkowy.

Agroekosystemy różnią się od ekosystemów naturalnych szereg funkcji:

1. Różnorodność organizmów żywych w nich jest znacznie zmniejszona, aby uzyskać najwyższą możliwą produkcję.

Na polu żyta lub pszenicy, oprócz monokultury zbóż, można spotkać tylko kilka rodzajów chwastów. Na naturalnej łące biologiczna różnorodność znacznie wyższa, ale produktywność biologiczna jest wielokrotnie niższa niż w przypadku pola zasianego.

Sztuczne zwalczanie szkodników – głównie warunek konieczny utrzymanie agroekosystemów. Dlatego w praktyce rolniczej stosuje się potężne środki w celu ograniczenia liczby niepożądanych gatunków: pestycydów, herbicydów itp. Konsekwencje środowiskowe działania te prowadzą jednak do szeregu niepożądane efekty z wyjątkiem tych, do których są używane.

2. Gatunki roślin i zwierząt rolniczych w agroekosystemach powstają w wyniku doboru sztucznego, a nie naturalnego i bez wsparcia człowieka nie są w stanie wytrzymać walki o byt z gatunkami dzikimi.

W efekcie następuje gwałtowne zawężenie bazy genetycznej roślin uprawnych, które są niezwykle wrażliwe na masowe rozprzestrzenianie się szkodników i chorób.

3. Agroekosystemy są bardziej otwarte, usuwa się z nich materię i energię za pomocą upraw, produktów zwierzęcych, a także w wyniku niszczenia gleby.

W naturalnych biocenozach pierwotna produkcja roślin jest konsumowana w licznych łańcuchach pokarmowych i ponownie powraca do układu cyklu biologicznego w postaci dwutlenek węgla, wodę i składniki odżywcze mineralne.

Ze względu na ciągłe zbiory i zakłócanie procesów glebotwórczych, przy długotrwałej uprawie monokultury na gruntach uprawnych następuje stopniowy spadek żyzności gleby. Taka sytuacja w ekologii nazywa się prawo malejących przychodów .

Zatem dla rozważnego i racjonalnego rolnictwa należy uwzględnić wyczerpywanie się zasobów glebowych i utrzymać żyzność gleby za pomocą udoskonalonej technologii rolniczej, racjonalnego płodozmianu i innych technik.

Zmiana szaty roślinnej w agroekosystemach nie następuje w sposób naturalny, ale z woli człowieka, co nie zawsze wpływa dobrze na jakość jej składników. Czynniki abiotyczne. Dotyczy to zwłaszcza żyzności gleby.

Główna różnica agroekosystemy z ekosystemów naturalnych - uzyskanie dodatkowej energii Dla normalne funkcjonowanie.

Energia dodatkowa odnosi się do każdego rodzaju energii wprowadzonej do agroekosystemów. Może to być siła mięśni ludzi lub zwierząt, Różne rodzaje paliwo do obsługi maszyn rolniczych, nawozy, pestycydy, pestycydy, dodatkowe oświetlenie itp. Pojęcie „dodatkowej energii” obejmuje także nowe rasy i odmiany zwierząt domowych rośliny uprawne, wprowadzone do struktury agroekosystemów.

Należy zauważyć, że agroekosystemy są bardzo wrażliwe społeczności. Nie są zdolne do samoleczenia i samoregulacji i są narażone na ryzyko śmierci w wyniku masowego rozmnażania się szkodników lub chorób.

Przyczyną niestabilności jest to, że agrocenozy składają się z jednego (monokultura) lub rzadziej maksymalnie z 2–3 gatunków. Dlatego każda choroba, każdy szkodnik może zniszczyć agrocenozę. Jednak ludzie celowo upraszczają strukturę agrocenozy, aby uzyskać maksymalny plon. Agrocenozy w znacznie większym stopniu niż cenozy naturalne (leśne, łąkowe, pastwiskowe) są podatne na erozję, wymywanie, zasolenie i inwazję szkodników. Bez udziału człowieka agrocenozy upraw zbóż i warzyw istnieją nie dłużej niż rok, rośliny jagodowe - 3-4, rośliny owocowe - 20-30 lat. Następnie rozpadają się lub umierają.

Zaleta agrocenoz Naturalne ekosystemy stoją przed produkcją niezbędnej dla człowieka żywności i ogromnymi możliwościami zwiększenia produktywności. Są one jednak realizowane jedynie przy stałej dbałości o żyzność gleby, dostarczaniu roślinom wilgoci, ochronie uprawianych populacji, odmian i ras roślin oraz zwierząt przed niekorzystnym wpływem naturalnej flory i fauny.

Wszystkie agroekosystemy pól, ogrodów, pastwisk, ogrodów warzywnych i szklarni sztucznie utworzone w praktyce rolniczej są systemy specjalnie wspierane przez ludzi.

W odniesieniu do zbiorowisk rozwijających się w agroekosystemach akcent ulega stopniowej zmianie ze względu na ogólny rozwój wiedza ekologiczna. W miejsce wyobrażeń o fragmentaryczności powiązań koenotycznych i skrajnym uproszczeniu agrocenoz wyłania się zrozumienie ich złożonej organizacji systemowej, w której człowiek istotnie wpływa jedynie na poszczególne ogniwa, a cały system w dalszym ciągu rozwija się zgodnie z prawami natury.

Z ekologicznego punktu widzenia niezwykle niebezpieczne jest upraszczanie środowiska naturalnego człowieka, przekształcanie całego krajobrazu w krajobraz rolniczy. Główną strategią tworzenia wysoce produktywnego i zrównoważonego krajobrazu powinna być ochrona i zwiększanie jego różnorodności.

Oprócz utrzymania pól wysokoproduktywnych szczególną uwagę należy zwrócić na zachowanie obszarów chronionych, niepodlegających wpływom antropogenicznym. Rezerwaty o bogatej różnorodności gatunkowej są źródłem gatunków dla zbiorowisk odtwarzających się sukcesywnie.

Charakterystyka porównawcza ekosystemów naturalnych i agroekosystemów

5.2.2.Ekosystemy przemysłowo-miejskie

Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w ekosystemach obejmujących układy przemysłowo-miejskie – tutaj energia paliwowa całkowicie zastępuje energię słoneczną. W porównaniu z przepływem energii w naturalnych ekosystemach jej zużycie jest tutaj o dwa do trzech rzędów wielkości wyższe.

W związku z powyższym należy zauważyć, że ekosystemy sztuczne nie mogą istnieć bez systemów naturalnych, natomiast ekosystemy naturalne mogą istnieć bez systemów antropogenicznych.

Systemy miejskie

System miejski (urbosystem)- „niestabilny system przyrodniczo-antropogeniczny, składający się z obiektów architektonicznych i budowlanych oraz silnie zaburzonych ekosystemów naturalnych” (Reimers, 1990).

W miarę rozwoju miasta coraz bardziej różnicują się jego strefy funkcjonalne – są to m.in park przemysłowy, mieszkalny, leśny.

Strefy przemysłowe- są to obszary, na których skupiają się obiekty przemysłowe różnych gałęzi przemysłu (metalurgicznego, chemicznego, mechanicznego, elektronicznego itp.). Są głównym źródłem zanieczyszczeń środowiska.

Strefy mieszkalne- są to obszary, na których skupia się zabudowa mieszkalna, administracyjna, kulturalno-oświatowa itp.

Leśny Park - To zagospodarowany przez człowieka teren zielony wokół miasta, czyli przystosowany do masowej rekreacji, sportu i rozrywki. Jego odcinki możliwe są również w miastach, ale najczęściej tutaj parki miejskie- plantacje drzew w mieście, zajmujące dość duże obszary i służące jednocześnie mieszkańcom do rekreacji. W przeciwieństwie do lasów naturalnych, a nawet parków leśnych, parki miejskie i podobne mniejsze nasadzenia w mieście (place, bulwary) nie są systemami samowystarczalnymi i samoregulującymi się.

Nazywa się to strefami parków leśnych, parkami miejskimi i innymi obszarami terytorium wydzielonymi i specjalnie przystosowanymi do rekreacji ludzi rekreacyjne strefy (terytoria, sekcje itp.).

Pogłębianie procesów urbanizacyjnych prowadzi do komplikacji infrastruktury miasta. Zaczyna zajmować znaczące miejsce transport I zaplecze transportowe(drogi, stacje benzynowe, garaże, stacje paliw, linie kolejowe wraz z ich skomplikowaną infrastrukturą, w tym podziemną – metro; lotniska z kompleksem usługowym itp.). Systemy transportowe przekraczają wszystkie strefy funkcjonalne miasta i wpływają na całe środowisko miejskie (środowisko miejskie).

Środowisko otaczające człowieka w tych warunkach jest to zespół środowisk abiotycznych i społecznych, które wspólnie i bezpośrednio wpływają na ludzi i ich gospodarkę. Jednocześnie według N.F. Reimersa (1990) można go podzielić na środowisko naturalne I środowisko naturalne przekształcone przez człowieka(krajobrazy antropogeniczne aż po sztuczne środowisko człowieka – budynki, drogi asfaltowe, sztuczne oświetlenie itp., tj. sztuczne środowisko).

Ogólnie rzecz biorąc, środowisko miejskie i osiedla typu miejskiego są częścią technosfera, czyli biosfera radykalnie przekształcona przez człowieka w obiekty techniczne i stworzone przez człowieka.

Oprócz ziemskiej części krajobrazu, w orbitę działalności gospodarczej człowieka wpada także jego litogeniczna podstawa, czyli powierzchniowa część litosfery, zwana zwykle środowiskiem geologicznym (E.M. Sergeev, 1979).

Środowisko geologiczne- Ten skały, Wody gruntowe, na które wpływa działalność gospodarcza człowieka (ryc. 10.2).

Na obszarach miejskich, w ekosystemach miejskich, można wyróżnić grupę systemów odzwierciedlających złożoność interakcji budynków i budowli z otoczeniem, tzw. systemy przyrodniczo-techniczne(Trofimov, Epishin, 1985) (ryc. 10.2). Są one ściśle związane z krajobrazami antropogenicznymi, z ich budową geologiczną i rzeźbą terenu.

Zatem systemy miejskie to koncentracja ludności, budynków i budowli mieszkalnych i przemysłowych. Istnienie systemów miejskich zależy od energii paliw kopalnych i surowców energii jądrowej i jest sztucznie regulowane i utrzymywane przez człowieka.

Środowisko układów miejskich, zarówno jego część geograficzna, jak i geologiczna, uległo najsilniejszym zmianom i faktycznie uległo zmianom sztuczny, tu pojawiają się problemy utylizacji i ponownego wykorzystania zasobów naturalnych biorących udział w obiegu, zanieczyszczeniu i oczyszczaniu środowiska, tu następuje postępująca izolacja cykli gospodarczych i produkcyjnych od naturalnego metabolizmu (obrót biogeochemiczny) i przepływu energii w naturalnych ekosystemach. I wreszcie to właśnie tutaj gęstość zaludnienia i środowisko zabudowane są największe, co zagraża nie tylko ludzkie zdrowie, ale także o przetrwanie całej ludzkości. Zdrowie człowieka jest wskaźnikiem jakości tego środowiska.

Porównanie naturalnych i uproszczonych ekosystemów antropogenicznych (za Millerem, 1993)

Głównym celem tworzonych systemów rolniczych jest ich racjonalne wykorzystanie zasoby biologiczne, bezpośrednio zaangażowane w sferę działalności człowieka - źródła produktów spożywczych, surowce technologiczne, leki.

Agroekosystemy są tworzone przez człowieka w celu uzyskania wysokich plonów – czystej produkcji autotrofów.

Podsumowując wszystko, co już powiedziano o agroekosystemach, podkreślamy następujące główne różnice między nimi a naturalnymi (tabela 2).

1. W agroekosystemach różnorodność gatunków jest znacznie zmniejszona:

§ spadek gatunków roślin uprawnych zmniejsza także widoczne zróżnicowanie populacji zwierząt biocenozy;

§ różnorodność gatunkowa zwierząt wyhodowanych przez człowieka jest znikoma w porównaniu z przyrodą;

§ pastwiska uprawne (z uprawami traw) są podobne pod względem różnorodności gatunkowej do pól uprawnych.

2. Gatunki roślin i zwierząt uprawiane przez człowieka „ewoluują” w wyniku sztucznej selekcji i bez wsparcia człowieka są niekonkurencyjne w walce z gatunkami dzikimi.

3. Agroekosystemy oprócz energii słonecznej otrzymują dodatkową energię dotowaną przez człowieka.

4. Produkty czyste (ze zbiorów) są usuwane z ekosystemu i nie wchodzą do łańcucha pokarmowego biocenozy, a ich częściowe wykorzystanie przez szkodniki, straty podczas zbiorów, które mogą również trafić do środowiska naturalnego łańcuchy troficzne. Są one tłumione przez ludzi na wszelkie możliwe sposoby.

5. Ekosystemy pól, ogrodów, pastwisk, ogrodów warzywnych i innych agrocenoz są systemami uproszczonymi, wspieranymi przez człowieka we wczesnych stadiach sukcesji, a są tak samo niestabilne i niezdolne do samoregulacji jak naturalne zbiorowiska pionierskie, dlatego nie mogą istnieć bez wsparcie ludzkie.

Tabela 2

Charakterystyka porównawcza ekosystemów naturalnych i agroekosystemów.

Oprócz naturalnych biogeocenoz i ekosystemów istnieją zbiorowiska sztucznie utworzone w wyniku działalności gospodarczej człowieka - agroekosystemy (agrocenoza, agrobiocenoza, ekosystem rolniczy).

Agroekosystem(z greckiego agros – pole) – zbiorowość biotyczna utworzona i regularnie utrzymywana przez człowieka w celu pozyskiwania produktów rolnych. Zwykle obejmuje zestaw organizmów żyjących na gruntach rolnych.

Do agroekosystemów zaliczają się pola, sady, ogrody warzywne, winnice, duże kompleksy hodowlane z przyległymi sztucznymi pastwiskami. Funkcja agroekosystemy - niska niezawodność ekologiczna, ale wysoka produktywność jednego (kilku) gatunków lub odmian roślin uprawnych lub zwierząt. Główną różnicą w stosunku do ekosystemów naturalnych jest ich uproszczona struktura i zubożony skład gatunkowy.

Agroekosystemy różnią się od ekosystemów naturalnych wieloma cechami.

Różnorodność organizmów żywych w nich jest znacznie zmniejszona, aby uzyskać najwyższą możliwą produkcję. Na polu żyta lub pszenicy, oprócz monokultury zbóż, można spotkać tylko kilka rodzajów chwastów. Na łące naturalnej różnorodność biologiczna jest znacznie większa, ale produktywność biologiczna jest wielokrotnie niższa niż na polu zasianym.

Gatunki roślin i zwierząt rolniczych w agroekosystemach powstają w wyniku doboru sztucznego, a nie naturalnego. W efekcie następuje gwałtowne zawężenie bazy genetycznej roślin uprawnych, które są niezwykle wrażliwe na masowe rozprzestrzenianie się szkodników i chorób.

W naturalnych biocenozach pierwotna produkcja roślin jest zużywana w licznych łańcuchach pokarmowych i ponownie powraca do układu obiegu biologicznego w postaci dwutlenku węgla, wody i składników odżywczych mineralnych. Agroekosystemy są bardziej otwarte, usuwa się z nich materię i energię za pomocą upraw, produktów zwierzęcych, a także w wyniku niszczenia gleby.

Ze względu na ciągłe zbiory i zakłócanie procesów glebotwórczych, przy długotrwałej uprawie monokultury na gruntach uprawnych następuje stopniowy spadek żyzności gleby. Taka sytuacja w ekologii nazywa się prawo malejących przychodów. Zatem dla rozważnego i racjonalnego rolnictwa należy uwzględnić wyczerpywanie się zasobów glebowych i utrzymać żyzność gleby za pomocą udoskonalonej technologii rolniczej, racjonalnego płodozmianu i innych technik.

Zmiana pokrywy roślinnej w agroekosystemach nie następuje w sposób naturalny, ale z woli człowieka, co nie zawsze wpływa dobrze na jakość wchodzących w jej skład czynników abiotycznych. Dotyczy to zwłaszcza żyzności gleby.

Główną różnicą między agroekosystemem a ekosystemami naturalnymi jest otrzymanie dodatkowej energii do normalnego funkcjonowania. Energia dodatkowa odnosi się do każdego rodzaju energii wprowadzonej do agroekosystemów. Może to być siła mięśni ludzi lub zwierząt, różne rodzaje paliwa do obsługi maszyn rolniczych, nawozy, pestycydy, pestycydy, dodatkowe oświetlenie itp. Pojęcie „dodatkowej energii” obejmuje także nowe rasy zwierząt domowych i odmiany roślin uprawnych wprowadzone do struktury agroekosystemów.

Wszystkie agroekosystemy pól, ogrodów, pastwisk, ogrodów warzywnych i szklarni sztucznie utworzone w praktyce rolniczej są systemami specjalnie utrzymywanymi przez człowieka. Agroekosystemy wykorzystują swoją zdolność do wytwarzania czystych produktów, ponieważ wszelkie konkurencyjne skutki chwastów na rośliny uprawne są ograniczane środkami agrotechnicznymi, a tworzenie łańcuchów pokarmowych z powodu szkodników jest tłumione za pomocą różnych środków, takich jak kontrola chemiczna i biologiczna.

Jakie cechy ekosystemu uważa się za zrównoważone? Przede wszystkim jest to struktura złożona, polidominująca, obejmująca w danych warunkach maksymalną możliwą liczbę gatunków i populacji. Drugim znakiem jest maksymalna biomasa. Ostatnią rzeczą jest względna równowaga pomiędzy dochodami i wydatkami energetycznymi. Nie ulega wątpliwości, że w takich ekosystemach obserwuje się najniższy poziom produktywności: biomasa jest duża, a produktywność niska. Wynika to z faktu, że większość energii wchodzącej do ekosystemu trafia na utrzymanie procesów życiowych.

Należy zaznaczyć, że agroekosystemy są zbiorowiskami wyjątkowo niestabilnymi. Nie są zdolne do samoleczenia i samoregulacji i są narażone na ryzyko śmierci w wyniku masowego rozmnażania się szkodników lub chorób. Aby je utrzymać, wymagana jest ciągła aktywność człowieka.

Sztuczne ekosystemy (agroekosystemy)

Agroekosystemy są wyjątkowym typem ekosystemu. Agroekosystemy(ekosystemy rolnicze) są tworzone przez człowieka w celu uzyskania produktów autotroficznych o wysokiej czystości (żniwa), które różnią się od naturalnych wieloma cechami:

• Różnorodność organizmów w nich jest znacznie zmniejszona.
• Gatunki hodowane przez człowieka utrzymywane są w drodze sztucznej selekcji w stanie odległym od stanu pierwotnego i bez wsparcia człowieka nie są w stanie wytrzymać walki o byt z gatunkami dzikimi.
• Agroekosystemy, oprócz energii słonecznej, otrzymują dodatkowy przepływ energii dzięki działalności ludzi, zwierząt i mechanizmom zapewniającym warunki niezbędne do wzrostu gatunków uprawnych. Czysta produkcja pierwotna (żniwa) jest usuwana z ekosystemu i nie wchodzi do łańcucha pokarmowego.

Sztuczna regulacja liczebności szkodników jest w większości warunkiem koniecznym utrzymania agroekosystemów. Dlatego w praktyce rolniczej stosuje się potężne środki w celu ograniczenia liczby niepożądanych gatunków: pestycydów, herbicydów itp. Konsekwencje środowiskowe tych działań prowadzą jednak do szeregu niepożądanych skutków, innych niż te, do których są one wykorzystywane.

W odniesieniu do zbiorowisk rozwijających się w agroekosystemach akcent ulega stopniowej zmianie w związku z powszechnym rozwojem wiedzy o środowisku. W miejsce wyobrażeń o fragmentaryczności powiązań koenotycznych i skrajnym uproszczeniu agrocenoz wyłania się zrozumienie ich złożonej organizacji systemowej, w której człowiek istotnie wpływa jedynie na poszczególne ogniwa, a cały system w dalszym ciągu rozwija się zgodnie z prawami natury.

Z ekologicznego punktu widzenia niezwykle niebezpieczne jest upraszczanie środowiska naturalnego człowieka, przekształcanie całego krajobrazu w krajobraz rolniczy. Główną strategią tworzenia wysoce produktywnego i zrównoważonego krajobrazu powinna być ochrona i zwiększanie jego różnorodności.

Oprócz utrzymania pól wysokoproduktywnych szczególną uwagę należy zwrócić na zachowanie obszarów chronionych, niepodlegających wpływom antropogenicznym. Rezerwaty o bogatej różnorodności gatunkowej są źródłem gatunków dla zbiorowisk odtwarzających się sukcesywnie.

Zielona rewolucja

Jedną z form przejawu rewolucji naukowo-technicznej w rolnictwie jest „zielona rewolucja”. Zielona rewolucja reprezentuje transformację rolnictwa w oparciu o nowoczesną technologię rolniczą i selekcję, jest to okres radykalnej zmiany w podejściu do uprawy roślin i zwierząt. W wyniku pierwszego okresu tej rewolucji plony zbóż wzrosły 2-3 razy, a asortyment produktów podwoił się.

Głównymi trendami drugiego okresu „zielonej rewolucji” były: zapewnienie minimalnego wpływu na środowisko naturalne, ograniczenie inwestycji energii antropogenicznej oraz stosowanie biologicznych metod zwalczania szkodników roślin. Jednakże aktywna interwencja człowieka w naturalne ekosystemy i tworzenie agroekosystemów doprowadziła do szeregu negatywne konsekwencje: degradacja gleby, zmniejszenie żyzności gleby, zanieczyszczenie ekosystemów pestycydami.