Порівняльна таблиця ознаки для порівняння екосистема. Типи і приклад екосистеми. Приклад зміни екосистеми

Лекція №5. штучні екосистеми

5.1 Природні та штучні екосистеми

У біосфері крім природних біогеоценозів та екосистем існують спільноти, штучно створені господарською діяльністю людини, - антропогенні екосистеми.

Природні екосистеми відрізняються значним видовим розмаїттям, існують тривалий час, вони здатні до саморегуляції, володіють великою стабільністю, стійкістю. Створена в них біомаса і поживні речовини залишаються і використовуються в межах біоценозів, збагачуючи їх ресурси.

Штучні екосистеми - агроценози (поля пшениці, картоплі, городи, ферми з прилеглими пасовищами, ставки рибоводів і ін.) Становлять невелику частину поверхні суші, але дають близько 90% харчової енергії.

розвиток сільського господарстваз давніх часів супроводжувалося повним знищенням рослинного покриву на значних площах для того, щоб звільнити місце для невеликої кількості відібраних людиною видів, найбільш придатних для харчування.

Однак спочатку діяльність людини в сільськогосподарському товаристві вписувалася в біохімічний круговорот і не зраджувала припливу енергії в біосфері. У сучасному сільськогосподарському виробництві різко зросла використання синтезованої енергії при механічній обробці землі, використанні добрив і пестицидів. Це порушує загальний енергетичний баланс біосфери, що може привести до непередбачуваних наслідків.

Порівняння природного і спрощеної антропогенного екосистем

(По Міллеру, 1993)

природна екосистема (Болото, луг, ліс)	антропогенне екосистема (Поле, завод, будинок)
Отримує, перетворює, накопичує сонячну енергію	Споживає енергію викопного і ядерного палива
продукує кисень і споживає діоксид вуглецю	Споживає кисень і продукує діоксид вуглецю при згорянні викопного
Формує родючий грунт	Виснажує або становить загрозу для родючих грунтів
Накопичує, очищає і поступово витрачає воду	Витрачає багато води, забруднює її
Створює місцеперебування різних видів дикої природи	Руйнує місцеперебування багатьох видів дикої природи
безкоштовно фільтрує і знезаражує забруднювачі і відходи	Виробляє забруднювачі і відходи, які повинні знезаражуватися за рахунок населення
має здатність самозбереження і самовідновлення	Вимагає великих витрат для постійної підтримки і відновлення

5.2 Штучні екосистеми

5.2.1 Агроекосистеми

агроекосистеми(Від грец. Agros - поле) - биотическое співтовариство, створене і регулярно підтримуване людиною з метою отримання сільськогосподарської продукції. Зазвичай включає сукупність організмів, що мешкають на землях сельхозпользованія.

До агроекосистеми відносять поля, сади, городи, виноградники, великі тваринницькі комплекси з прилеглими штучними пасовищами.

Характерна особливість агроекосистем - мала екологічна надійність, але висока врожайність одного (декількох) видів або сортів культивованих рослин або тварин. Головна їхня відмінність від природних екосистем - спрощена структура і збіднений видовий склад.

Агроекосистеми відрізняються від природних екосистем рядом особливостей:

1.Разнообразіе живих організмів в них різко знижений для отримання максимально високої продукції.

На житньому або пшеничному полі крім злакової монокультури можна зустріти хіба що кілька видів бур'янів. На природному лузі біологічне різноманіття значно вище, але біологічна продуктивність у багато разів поступається засіяному полю.

Штучна регуляція чисельності шкідників - здебільшого необхідна умова підтримки агроекосистем. Тому в сільськогосподарській практиці застосовують потужні засоби придушення чисельності небажаних видів: отрутохімікати, гербіциди і т.д. Екологічні наслідки цих дій призводять, однак, до ряду небажаних ефектів, крім тих, для яких вони застосовуються.

2. Види сільськогосподарських рослин і тварин в агроекосистемах отримані в результаті дії штучного, а не природного відбору, і не можуть витримувати боротьбу за існування з дикими видами без підтримки людини.

В результаті відбувається різке звуження генетичної бази сільськогосподарських культур, які вкрай чутливі до масового розмноження шкідників і хвороб.

3. Агроекосистеми більш відкриті, з них речовина і енергія вилучаються з урожаєм, тваринницькою продукцією, а також в результаті руйнування грунтів.

У природних біоценозах первинна продукція рослин споживається в численних ланцюгах харчування і знову повертається в систему біологічного кругообігу в вигляді вуглекислого газу, води і елементів мінерального живлення.

У зв'язку з постійним вилученням врожаю і порушенням процесів грунтоутворення, при тривалому вирощуванні монокультури на культурних землях поступово відбувається зниження родючості грунтів. Дане положення в екології називається законом спадної родючості .

Таким чином, для розважливого і раціонального ведення сільського господарства необхідно враховувати збіднення грунтових ресурсів і зберігати родючість грунтів за допомогою поліпшеної агротехніки, раціонального сівозміни та інших прийомів.

Зміна рослинного покриву в агроекосистемах відбувається не природним шляхом, а з волі людини, що не завжди добре відбивається на якості входять в неї абіотичних факторів. Особливо це стосується ґрунтової родючості.

головна відмінність агроекосистеми від природних екосистем - отримання додаткової енергії для нормального функціонування.

Під додаткової розуміється будь-який тип енергії, вноситься в агроекосистеми. Це може бути м'язова сила людини або тварин, різні види пального для роботи сільськогосподарських машин, добрива, пестициди, отрутохімікати, додаткове освітлення і т.д. У поняття «додаткова енергія» входять також нові породи свійських тварин і сорти культурних рослин, що впроваджуються в структуру агроекосистем.

Слід зазначити, що агроекосистеми - вкрай нестійкі співтовариства. Вони не здатні до самовідновлення і саморегулювання, схильні загрозу загибелі від масового розмноження шкідників або хвороб.

Причина нестабільності полягає в тому, що агроценози складаються одним (монокультури) або рідше максимум 2-3 видами. Саме тому будь-яка хвороба, будь шкідник може знищити агроценоз. Однак людина свідомо йде на спрощення структури агроценозу, щоб отримати максимальний вихід продукції. Агроценози в набагато більшому ступені, ніж природні ценози (ліс, луг, пасовища), схильні до ерозії, вилуговування, засолення і навалі шкідників. Без участі людини агроценози зернових та овочевих культур існують не більше року, ягідних рослин - 3-4, плодових культур - 20-30 років. Потім вони розпадаються або відмирають.

перевагою агроценозівперед природними екосистемами є виробництво необхідних для людини продуктів харчування і великі можливості збільшення продуктивності. Однак вони реалізуються тільки при постійній турботі про родючість землі, забезпеченні рослин вологою, охорони культурних популяцій, сортів і порід рослин і тварин від несприятливих впливів природної флори і фауни.

Всі штучно створювані в сільськогосподарській практиці агроекосистеми полів, садів, пасовищних лугів, городів, теплиць є системи, спеціально підтримувані людиною.

У ставленні до співтовариствам, що складається в агроекосистемах, поступово змінюються акценти в зв'язку із загальним розвитком екологічних знань. На зміну уявленням про уривчасті, осколкові ценотических зв'язків і граничної спрощеності агроценозів виникає розуміння їх складної системної організації, де людина істотно впливає лише на окремі ланки, а вся система продовжує розвиватися по природним, природним законам.

З екологічних позицій вкрай небезпечно спрощувати природне оточення людини, перетворюючи весь ландшафт в агрохозяйственний. Основна стратегія створення високопродуктивного і стійкого ландшафту повинна полягати в збереженні і множенні його різноманіття.

Поряд з підтримкою високопродуктивних полів слід особливо дбати про збереження заповідних територій, що не піддаються антропогенному впливу. Заповідники з багатим видовим розмаїттям є джерелом видів для відновлюються в сукцессіонних рядах спільнот.

Порівняльна характеристика природних екосистем і агроекосистем

природні екосистеми	агроекосистеми
Первинні природні елементарні одиниці біосфери, що сформувалися в ході еволюції	Вторинні трансформовані людиною штучні елементарні одиниці біосфери
Складні системи із значною кількістю видів тварин і рослин, в яких панують популяції декількох видів. Їм властиво стійке динамічна рівновага, що досягається саморегуляцією	Спрощені системи з пануванням популяцій одного виду рослини або тварини. Вони стійкі і характеризуються непостійністю структури своєї біомаси
Продуктивність визначається пристосувальними особливостями організмів, що беруть участь в круговороті речовин	Продуктивність визначається рівнем господарської діяльності і залежить від економічних і технічних можливостей
Первинна продукція використовується тваринами і бере участь у кругообігу речовин. «Споживання» відбувається майже одночасно з «виробництвом»	Урожай збирають для задоволення потреб людини і на корм худобі. Жива речовина деякий час накопичується, що не витрачаючись. Найбільш висока продуктивність розвивається лише на короткий час

5.2.2.Індустріально-міські екосистеми

Зовсім по-іншому йде справа в екосистемах до яких відносяться індустріально-міські системи - тут енергія палива повністю замінює сонячну енергію. У порівнянні з потоком енергії в природних екосистемах - тут її витрата на два-три порядки вище.

У зв'язку зі сказаним вище, слід зазначити, що штучні екосистеми не можуть існувати без природних систем, в той час як природні екосистемиможуть існувати без антропогенних ..

урбаністичні системи

Урбаністична система (урбосістема)- «нестійка природно-антропогенна система, що складається з архітектурно-будівельних об'єктів і різко порушених природних екосистем» (Реймерс, 1990).

У міру розвитку міста в ньому все більше диференціюються його функціональні зони - це промислова, сельбищних, лісопаркова.

промислові зони- це території зосередження промислових об'єктів різних галузей (металургійної, хімічної, машинобудівної, електронної та ін.). Вони є основними джерелами забруднення довкілля.

селітебні зони- це території зосередження житлових будинків, адміністративних будівель, об'єктів культури, освіти і т. П.

Лісопаркова -це зелена зона навколо міста, окультурена людиною, т. е. пристосована для масового відпочинку, спорту, розваги. Можливі її ділянки і всередині міст, але зазвичай тут міські парки- деревні насадження в місті, що займають досить великі території і теж службовці городянам для відпочинку. На відміну від природних лісів і навіть лісопарків міські парки і подібні до них більш дрібні посадки в місті (сквери, бульвари) не є самопідтримується і саморегулівними системами.

Лісопаркова зона, міські парки і інші ділянки території, відведені і спеціально пристосовані для відпочинку людей, називають рекреаційнимизонами (територіями, ділянками і т. п).

Поглиблення процесів урбанізації веде до ускладнення інфраструктури міста. Значне місце починає займати транспорті транспортні споруди(Автомобільні дороги, автозаправні станції, гаражі, станції обслуговування, залізні дороги зі своєю складною інфраструктурою, в тому числі підземні - метрополітен; аеродроми з комплексом обслуговування та ін.). Транспортні системиперетинають всі функціональні зони міста і впливають на всю міське середовище (урбосреду).

Середовище, що оточує людинув цих умовах, - це сукупність абіотичного і соціальних середовищ, Спільно і непоредственно що впливають на людей і їх господарство. Одночасно, за Н. Ф. Реймерс (1990), її можна ділити на власне природне середовищеі перетворену людиною природне середовище(Антропогенні ландшафти аж до штучного оточення людей - будівлі, асфальт доріг, штучне освітлення і т. Д., Т. Е. До штучного середовища).

В цілому ж середовище міська та населених пунктів міського типу - це частина техносфери,т. е. біосфери, докорінно перетвореної людиною в технічні і техногенні об'єкти.

Крім наземної частини ландшафту в орбіту господарської діяльності людини потрапляє і його літогенні основа, т. Е. Поверхнева частина літосфери, яку прийнято називати геологічної середовищем (Е. М. Сергєєв, 1979).

геологічне середовище- це гірські породи, Підземні води, на які впливає господарська діяльність людини (рис. 10.2).

На міських територіях, в урбоекосістеми, можна виділити групу систем, яка відображатиме всю складність взаємодії будівель і споруд з навколишнім середовищем, які називають природно-технічними системами(Трофимов, Єпішин, 1985) (рис. 10.2). Вони дуже тісно пов'язані з антропогенними ландшафтами, з їх геологічною будовою і рельєфом.

Таким чином, урбосістеми - це осередок населення, житлових і промислових будівель і споруд. Існування урбосистем залежить від енергії горючих копалин і атомноенергетіческого сировини, штучно регулюється і підтримується людиною.

Середа урбосистем, як її географічна, так і геологічна частини, найбільш сильно змінена і по суті справи стала штучної,тут виникають проблеми утилізації і реутилізацію втягуються в оборот природних ресурсів, забруднення та очищення навколишнього середовища, тут відбувається все більша ізоляція господарсько-виробничих циклів від природного обміну речовин (біогеохімічних оборотів) і потоку енергії в природних екосистемах. І, нарешті, саме тут найбільша щільність населення і штучне середовище, які загрожують не тільки здоров'ю людини,але і виживання всього людства. Здоров'я людини - індикатор якості цього середовища.

Вивчити екосистему через велику кількість змінних, що входять в її склад, дуже складно. Основні компоненти наземної і водної екосистем - це абіотичні речовини, продуценти, консументи і редуценти.

Абіотичні речовини - це неорганічні сполукиі окремі елементи, що не входять до складу живих або відмерлих організмів. Незначна кількість важливих елементів живлення знаходиться в розчиненої формі, доступній для живлення рослин та інших організмів. Решта ж, велика їх частина міститься у фіксованій формі.

Екосистеми дуже різноманітні. Їх склад залежить від багатьох факторів, в першу чергу від клімату, геологічних умов і впливу людини. Вони можуть бути автотрофними, якщо головну роль відіграють автотрофні організми - продуценти, або гетеротрофних, якщо їх роль незначна. Екосистеми можуть бути природними або створеними людиною - антропогенними (від грецьких слів антропосе - людина і генезис - походження).

природні(Природні) екосистеми формуються під впливом природних факторів, хоча людина може впливати на них. У лісі людина заготовляє деревину і полює, на степовому пасовище пасе худобу, в водоймах ловить рибу. Він може забруднювати атмосферу, грунт, воду. Однак вплив людини в цих екосистемах менше, ніж вплив природних факторів.

антропогенні(Штучні) екосистеми створюються людиною в процесі господарської діяльності. Їх приклади: сільськогосподарські ландшафти з посівами і стадами худоби, міста, лісопосадки, морські "городи" з водоростей ламінарії і "ферми" устриць або морського гребінця. До складу антропогенних екосистем можуть входити збереглися більш дрібні природні екосистеми (ліс або озеро на території сільськогосподарської екосистеми, лісопарк в місті).

Існують екосистеми, перехідні між природними і штучними, наприклад, екосистема природних напівпустельних пасовищ Калмикії зі стадами сільськогосподарських тварин.

І природні, і антропогенні екосистеми розрізняються за джерелом енергії, який забезпечує їх життєдіяльність.

автотрофні екосистемизнаходяться на енергетичному самозабезпеченні і поділяються на фотоавтотрофні - споживають сонячну енергію за рахунок продуцентів - фотоавтотрофов і хемоавтотрофні - використовують хімічну енергію за рахунок продуцентів - хемоавтотрофов. Велика частина екосистем, в тому числі і сільськогосподарські, є фотоавтотрофної. В сільськогосподарські екосистеми людина вносить енергію, яка називається антропогенним (добрива, пальне для тракторів і т.д.). Але її роль мало в порівнянні з використовуваної екосистемою сонячної енергією.

Природні хемоавтотрофні екосистеми формуються в підземних водах. Антропогенні хемоавтотрофні екосистеми людина створює з мікроорганізмів в деяких біологічних очисних спорудах для очищення води від неорганічних забруднювачів.

гетеротрофні екосистемивикористовують хімічну енергію, яку отримують разом з вуглецем від органічних речовин, або енергію створених людиною енергетичних пристроїв.

Приклад природної гетеротрофною екосистеми - екосистема океанічних глибин, куди не доходить сонячне світло. Тварини і мікроорганізми, що входять до неї, існують за рахунок "живильного дощу" - трупів і залишків організмів, що падають на дно з освітленій сонцем автотрофної океанічної екосистеми. Існують гетеротрофні екосистеми і високо в горах, де мікроскопічні кліщі харчуються залишками рослин, які приносить вітер.

Антропогенні гетеротрофні екосистеми дуже різноманітні. Це, по - перше, міста і промислові підприємства. Енергія в них надходить по лініях електропередач, по трубах нафто - і газопроводів, в цистернах автомашин і залізничних вагонах. Надходять в місто і сировину для роботи промислових підприємств, І продукти харчування для городян. Яке - то кількість сонячної енергії міська екосистема отримує завдяки зеленим рослинам, але воно мізерно мало в порівнянні з енергією, яку місто отримує ззовні.

Зупинимося на таких прикладах природних екосистем, як ставок, луг, водозбірний басейн. Біологічне різноманіття в них не настільки велика, і тому легше побачити невіддільність живих організмів від неживої природи.

Ставок і луг

Рослини, тварини і мікроорганізми, які живуть в цих екосистемах, впливають на хімічний склад води, ґрунту і повітря.

Ставок, озеро або луг, як і інші екосистеми, є рівноважні системи, що складаються з різних елементів.

Швидкість і інтенсивність переходу абіотичнихречовин з доступних форм в недоступні і назад залежить від ряду кліматичних факторів - надходження сонячної енергії, температурного циклу, кількості опадів, довжини світлового дня і інших кліматичних умов, які надають регулюючий вплив на функціонування екосистеми.

продуцентиводної екосистеми поділяються на два типи:

Великі вкорінені або плаваючі рослини -макрофіти (зазвичай вони живуть на мілководді, в освітленій зоні);

Дрібні плаваючі рослини, головним чином водорості, що знаходяться в товщі води, які називаються фітопланктоном (від грец. Phyton - рослина, plankton - блукаючий). Вони поширені в товщі води на глибині проникнення світла. При великій кількості фітопланктону вода має зелений колір.

У великих глибоких водоймах фітопланктон грає набагато більшу роль в

виробництві їжі для всієї екосистеми, ніж вкорінена рослинність. У наземних спільнотах, навпаки, - більше органічної продукції дають макропродуценти.

Консументів можна розділити на два види - первинні і вторинні. Первинні консументи, або травоїдні тварини харчуються живими рослинами і їх частинами. У ставку зустрічаються два типи первинних макроконсументов: зоопланктон (тваринний планктон) і бентос (донні форми). У лугопастбіщних екосистемі рослиноїдні тварини також діляться на дві групи: великі травоїдні ссавці і гризуни; рослиноїдні комахи та інші безхребетні.

Вторинні консументи або м'ясоїдні, харчуються первинними консументами (в разі, якщо в якості їжі вони споживають інші вторинні консументи, їх називають третинними). В екосистемі ставка ця комаха, павуки і хижі риби, в лугових екосистемах - ссавці, птахи і т. Д.

З консументов важливе значення мають також детритофаги, які існують, використовуючи в їжу органічний детрит, що надходить з верхніх автотрофних ярусів.

До сапротрофного організмамвідносяться бактерії і гриби. Вони поширені повсюдно, але особливо численні на поверхні розділу мулу і води. Більшість сапрофитов поселяється тільки на мертвих організмах, але деякі можуть поселятися і на живих, викликаючи у них хвороби. Існує також група мікроорганізмів, які утворюють з рослинами взаємовигідні асоціації.

При сприятливих температурних умовах перші стадії розкладання проходять швидко: мертві тварини і рослинні залишки розкладаються на більш прості сполуки. Деякі з містяться в них елементів живлення вивільняються, вилуговуються і можуть бути використані повторно. Стійка частина органічних сполук (целюлоза, лігнін, гумус і д.р.) розкладається слабо, завдяки якій створюються умови для росту рослин.

Структурна і функціональна організація водних і наземних екосистем багато в чому схожа, проте вони відрізняються видовим складом та розмірами трофічних компонентів. Наземні автотрофи зазвичай не такі численні, як водні, але значно перевершують останніх не тільки розмірами окремих особин, але і виробленої біомасою на одиницю площі, тобто продукцією.

Значну частину енергії наземні автотрофи використовують на побудову опорних тканин, що підтримують рослини в вертикальному положенні. Опорні тканини складаються з целюлози і лігніну, які слабо розкладаються мікроорганізмами.

Завдяки масивній структурі наземні рослини створюють велику кількість сталого волокнистого детриту (листовий опад, деревина), який накопичується в гетеротрофну ярусі. У водній системі детрит складається з дрібних частинок, які легше розкладаються і споживаються тваринами.

У наземних екосистемах значна частина сонячної енергії витрачається на випаровування води і лише невелика її частина (близько 1%) фіксується в процесі фотосинтезу. Роль випаровування і підтримки температурного режимуу водних і наземних екосистемах неоднакова.

водозбірний басейн

Ставок і луг на перший погляд здаються автономними, проте це відкриті системи, що входять в якості складових частинв більш великі системи водозбірних басейнів. Стабільність і функціонування екосистем в значній мірі визначається швидкістю припливу і відпливу води, речовин і організмів між частинами водозбірного басейну.

Органічні забруднення водойм, обумовлені діяльністю людини, призводять до так званої "культурної" евтрофікації - підвищення біологічної продуктивності водних об'єктів в результаті накопичення в воді біогенних елементів. Так, при безперервній обробці грунту ерозія збіднює поле, але може викликати евтрофікацію водойм, розташованих вниз за течією.

Тому з урахуванням інтересів людини мінімальної одиницею екосистеми слід вважати площа водозбірного басейну, а не якийсь - то ділянку суші або водойму. Така одиниця зручна для планування, прогнозування та регулювання впливу на природні об'єкти, так як складові водозбірного басейну (луг, ліс, місто, водоймище і ін.) Взаємодіють між собою і утворюють одиницю екосистемного рівня.

Концепція водозбірного басейну дозволяє більш достовірно оцінювати стан екосистеми і приймати рішення, максимально спрямовані на її збереження.

Мал. Природна екосистема Арктики

Крім природних, виділяють і штучні екосистеми.

Мікроекосістеми- це невеликі автономні "світи", або мікрокосм, які в певній мірі можуть імітувати в мініатюрі природу різних екосистем. Мікроекосистеми зазвичай використовуються в дослідницьких цілях. Їх будують у вигляді частково закритих систем (наприклад, акваріум), де створені умови, при яких відбувається газообмін з атмосферою, але не відбувається обміну біогенними елементами і організмами, у вигляді повністю відкритих систем, з регульованим припливом і відтоком біогенних елементів і організмів. Перевагою мікрокосмів є те, що в них можна створити строго контрольовані умови проведення експериментів.

Можна виділити два види біологічних мікросистем.

мікросистемипершого типу - це, по суті, "спрощена" природа, в якій вивчаються мікроорганізми, здатні витримати створені умови протягом усього експерименту. Ці системи спрощено імітують певні ситуації.

мікросистемидругого типу відрізняються підбором ретельно вивчених компонентів і використовуються для вивчення харчування, біохімії та інших аспектів життя окремих видів і штамів.

При проведенні екологічних досліджень використовуються штучні басейни, різні посудини місць проживання, які займають проміжне положення між мікрокосмом і реальними умовами.

Лабораторні і внелабораторних модельні екосистеми використовуються для приблизного або попередньої оцінки впливу забруднень і інших експериментальних впливів, пов'язаних з діяльністю людини, а також для перевірки різних екологічних гіпотез, розроблених на основі спостережень в природі.

Місто як гетеротрофну система

Місто, особливо промисловий, - це не повна гетеротрофну система, яка отримує енергію, їжу, воду, різні матеріализ великих площ, що знаходяться за його межами. Від природного гетеротрофною екосистеми місто відрізняється наступним:

Набагато більш інтенсивним метаболізмом на одиницю площі, для чого потрібен великий приплив концентрованої енергії ззовні;

Великими потребами в надходженні речовин ззовні;

Найбільш сильним і більш отруйним потоком відходів, багато з яких - синтетичні сполуки, більш токсичні, ніж вихідна сировина. У зв'язку з цим для системи міста середовище на вході і виході значно важливіше, ніж для будь-якої автотрофної системи, наприклад, ліси.

Для поліпшення середовища проживання людини створюється "зелений пояс", що включає в

себе автотрофний компонент: дерева, чагарники, трав'яні газони, озера і ставки. Органічна продукція, отримана з цього компонента, не грає помітної ролі в житті міста. Без надходження їжі, пального, електрики і води місто приречений.

Зростання міст і швидка урбанізація території змінили нашу планету, ймовірно, більшою мірою, ніж інші види діяльності людини. Площа суші, зайнята містами в різних районах світу, становить від 1 до 5%. Впливаючи на великі середовища на вході і виході, місто в значній мірі змінює природу і надає опосередкований вплив на території, що знаходяться на значній відстані від нього. Наприклад, попит на продукцію, вироблену з лісу, змушує вирубувати великі лісові масиви.

На одиницю площі місто споживає значно більше енергії, ніж сільська місцевість. Тепло, пил та інші речовини, які утворюються в результаті функціонування міста, забруднюють повітря і помітно змінюють клімат. Як правило, в містах тепліше, вище хмарність, менше сонячного світла, більше мряки і туману, ніж в прилеглій сільській місцевості.

Слід врахувати, що функціонування міст позначається на забрудненні атмосфери і води навіть на значній відстані від них.

Місто, як правило, не виробляє або майже не виробляє їжу або інші органічні речовини. Говорячи про місто як про екосистему, не можна обмежуватися межами його забудови, необхідно враховувати великі середовища на вході і виході.

Мета уроку:

Сформувати в учнів систему знань про структуру і функціонування біоценозів, створених людиною, про основні ознаки, що характеризують агроценоз.
Навчити школярів порівнювати природний біогеоценоз і агроценоз; пояснити причини виявленого подібності та відмінності вміти прогнозувати зміни в них.
Переконати старшокласників в тому, що між агроценозів і природних биогеоценозом може бути досягнуто гармонійне поєднання, що природні співтовариства не повинні бути повністю замінені сільськогосподарськими угіддями.
Навчити застосовувати отримані знання в житті.
Забезпечити засвоєння матеріалу з використанням освітніх ресурсів"Електронне засіб навчального видання" Екологія "ТОВ" Дрофа "ЗАТ" 1С ".

1. Організаційний момент

Вмикається музика з записами шуму лісу і співу птахів.

Звернення до школярів: "У нас на уроці сьогодні гості, подивіться на них і посміхніться, адже ви раді бачити їх сьогодні тут".

2. Перевірка знань.

(Хлопці під музику виконують завдання, видане на аркушах)

1. У наведеному переліку знайдіть і підкресліть різними кольорами назви продуцентів, консументів і редуцентов.

Папороть, мураха, білий гриб, хемосинтезирующие бактерія, бабка, дощовий черв'як, гнильна бактерія, ціанобактерій, лев, мухомор, кактус, людина.

2. Вкажіть (позначте цифрами), в якій послідовності можуть входити в харчовий ланцюг наступні організми: людина, одноклітинна водорість, дафнія, судак, піскар.

3. Серед наведених тверджень підкресліть правильні:

А. Джерелом енергії для редуцентов є окислення неорганічних речовин.

Б. Чисельність консументов зазвичай менша за чисельність продуцентів.

В. Самій високопродуктивної екосистемою є Світовий океан.

Г. Найбільш малопродуктивними екосистемами є пустелі.

Д. Високопродуктивні екосистеми є самовідтворюючому, а низькопродуктивні - немає.

Е. Екосистеми з малим видовим розмаїттям нестійкі.

Ж. Існування харчових мереж є умовою стійкості екосистеми.

З. Механізмом саморегуляції екосистем є дрейф генів.

І. Агроценоз - одна з найбільш стійких екосистем, тому що в ньому знижено дію природного відбору.

4. Заповніть таблицю, використовуючи наведений нижче список

штучні екосистеми	природні екосистеми

Тайга, ставок, Озеро, альпійський луг, пшеничне поле, парк, кораловий острів.

Як називається природний біоценоз? (Біогеоценоз).

Як називається штучний біоценоз? (Агроценоз).

Разом з учнями перевіряємо завдання 4.

На дошці написана наступна схема:

Робота з визначенням "агроценоз"

Від грецького "Агрос" - поле "біос" - життя, "ценоз" - загальний.

Визначення: агроценоз - це створений людиною біоценоз.

Використання електронного засобу навчального видання "Екологія" ТОВ

"Дрофа" ЗАТ "1С" - відеофрагмент "Агроценоз і агроекосистеми"

Звернемося до таблиці і порівняємо біогеоценоз з агроценозів. Матеріал віддруковано на окремому аркуші.

Подивіться на таблицю і порівняйте в чому особливість штучного біогеоценозу?

Порівняльна характеристикабіогеоценозів і агроценозів.

порівнювана категорія	біогеоценоз	агроценоз
Напрямок дії відбору	Діє природний відбір, вибраковують нежиттєздатні особини і зберігає пристосування до умов середовища, т. Е. Відбір, формує стійку екосистему	Дія природного добору ослаблене людиною; переважно здійснюється штучний відбір у напрямку збереження організмів з максимальною продуктивністю
Кругообіг основних поживних елементів	Всі елементи, спожиті рослинами, тваринами та ін. Організмами, повертаються в грунт, т. Е. Круговорот здійснюється повністю.	Частина поживних елементів виноситься з кругообігу з масою вирощених і зібраних в якості врожаю організмів, т. Е. Круговорот не провадиться
Видове різноманіття і стійкість	Відрізняються, як правило, великим видовим розмаїттям організмів, які перебувають у складних взаємозв'язках один з одним, що забезпечують стійкість	Кількість видів часто обмежена одним, двома; взаємозв'язку організмів не можуть забезпечити стійкість.
Здатність до саморегуляції, самопідтримки і змінюваності	Саморегулюючі, постійно відновляються, здатні до спрямованої змінюваності одного співтовариства іншим (сукцесія).	Регулюються і контролюються людиною через зміну природних факторів (зрошення), боротьбу з бур'янами і шкідниками, зміну сортів, підвищення продуктивності.
Продуктивність (кількість біомаси, що створюється на одиницю площі)	Біомаса екосистем суші перевищує продуктивність екосистем Світового океану в 3 рази; основна продукція біомаси споживається консументами.	Займаючи 10% площі суші, виробляють щорічно 2,5 млрд. Т сільськогосподарської продукції; відрізняються значно більшою продуктивністю, ніж біогеоценози

Порівняйте екосистему луки і поля. Заповніть таблицю:

Риси подібності агроценозів і природного біогеоценозу.

є відкритими системами(Наприклад, поглинають сонячну енергію ззовні).
Усередині кожного з них діють фактори еволюції (штучний або природний відбір, боротьба за існування, спадкова мінливість)
Мають схожу структуру (складаються з продуцентів, консументів, редуцентов).
І в тому і в іншому біогеоценозах діє правило екологічної піраміди.
В основі співтовариства лежать продуценти (автотрофні організми), безпосередньо використовують енергію Сонця для синтезу органічних речовин.
В біогеоценозах будь-якого типу існують ланцюги живлення.

Це цікаво:

На перших етапах розвитку землеробства агроценозибули більш стійкі, ніж сучасні. Ріллі займали порівняно невеликі площі в оточенні природної рослинності. Був багатий світ тварин - регуляторів і запилювачів. Культурні рослини не були чистими сортами і представляли суміш різних за спадковим якостям форм. У посушливі роки виживали одні форми, у вологі - інші. Бур'яни на полях залучали різноманітних комах. Існувала система зв'язків, близьких до природних. Такі агроценози давали відносно невисокі, але надійні врожаї, і спалахи чисельності шкідників в них були рідкісними.

З розвитком інтенсивного товарного землеробства врожайність полів зросла, але стійкість і запаси міцності екосистем різко знизилися. Ще понад 100 років тому був сформульований закон спадної родючості, за яким сільськогосподарське виробництво неодмінно веде до виснаження і деградації ґрунтів.

З розвитком екологіїстало зрозуміло, що призупинити дію цього закону може тільки планування сільськогосподарського виробництва на екосистемних засадах.

Перевагою біологічних методів боротьби з шкідниками є їх виборче дію лише на певні, небажані в агроценозах види.

Мал. 1.
Вершники та яйцеїди - помічники людини в боротьбі з шкідниками сільського господарства:
зліва вгорі і внизу - самки яйцеедов на яйцях комахи-господаря
справа вгорі - наїзник на попелиці
праворуч внизу - загиблі попелиці після розвитку в них наїзників

листогризучі комахив невеликій кількості корисні культурним рослинам. Їх діяльність освітлює полог листя і покращує світловий режим для фотосинтезу. При невисокій частці пошкоджень рослини швидко відрощують з'їдену листя без втрат загальної врожайності. Види комах, які споживають культурні рослини, вважаються шкідниками, коли перевищують певний рівень чисельності та їх діяльність починає знижувати урожай. Цей рівень називають " порогом шкодочинності ". Якщо вид не досягає порогу шкодочинності, він не вважається шкідником і боротьбу з ним не проводять.

Культурні рослини сильно розрізняються по стійкості до засмічення. Кількість бур'янів, згубний для одного виду, майже не шкодить іншому. Якщо прийняти урожай в чистому посіві за одиницю, то на сильно засмічених ділянках він залишить для пшениці 0,75, для картоплі - 0,65, кукурудзи - 0,56, льону - 0,42, цукрових буряків - 0,23, бавовнику - 0,12. Таким чином, пшениця - найбільш стійка до засмічення культура. При покритті 10-15% грунту бур'янами витрати на хімічну прополку на полях пшениці зазвичай не окупаються збільшенням врожаю і можна уникнути застосування отрутохімікатів.

Вирішіть задачу.

Дослідниками встановлено, що на кожному квадратному метрідрібних полів капусти налічується в середньому до 69 гусениць капустяної білявки, а на одному квадратному метрі великих полів виявлено не більше однієї гусениці. При цьому шкідники і на великих полях, і на маленьких полях в більшій мірі сконцентровані в крайовій смузі агроценозів шириною 30-40 метрів. Аналогічні результати отримані і при обліку щільності популяцій інших шкідників сільськогосподарських культур: комплексу хрестоцвітих блішок, лляної блішки, конюшини семяєд і інших комах - фітофагів. Чому чисельність комах-шкідників сільськогосподарських культур значно вище на краях агроценозів і невеликих полях? Які заходи можна порекомендувати для зниження ступеня пошкодження сільськогосподарських культур комахами-фитофагами, враховуючи особливості їх поширення.

Закріплення матеріалу:

1. Запишіть ланцюга харчування в агроценозах. Чому ланцюга харчування в агроценозах невеликі? Які умови слід дотримуватися при створенні агроценозів?

Чому на планеті не можуть переважати агроценози? До чого це може призвести?

Виберіть з наведених положень, що відноситься до агроценозу, а що до біогеоценозу:

складаються з великого числа видів;
здатні до саморегуляції;
нездатні до саморегуляції;
складаються з невеликого числа видів;
все поглинені рослинами елементи живлення з часом повертаються в ґрунт;
значна частина елементів живлення вилучається з ґрунту, для відшкодування втрат необхідно постійно вносити добрива;
єдиним джерелом енергії є сонячне світло;
основною рушійною силою еволюції є штучний відбір;
основною рушійною силою еволюції є природний добір;
процвітання, збереження і висока продуктивність пов'язані з діяльністю людини.

2. Подумайте над тим, для чого використовують сівозміну в агроценозах?

Домашнє завдання:

Загальна біологія підручник для 10-11 класів під редакцією Д.К. Бєляєва стр.261-262.

1. Побудувати модель штучної екосистеми акваріума, враховуючи всі необхідні умови.

2. Скласти свою схему 5-пільної сівозміни, враховуючи необхідні вимоги.

Екосистеми це одне з ключових понятьекології, яке представляє собою систему, що включає в себе декілька компонентів: співтовариство тварин, рослин і мікроорганізмів, характерну середовище проживання, цілу систему взаємозв'язків, завдяки яким здійснюється взаємообмін речовинами і енергіями. У науці існує кілька класифікацій екосистем. Одна з них розділяє всі відомі екосистеми на два великі класи: природні, створені природою, і штучні ті, що створила людина.

Природні екосистеми Для них характерні: Тісний взаємозв'язок органічних і неорганічних речовин Повний, замкнуте коло кругообігу речовин: починаючи від появи органічної речовиниі закінчуючи його розпадом і розкладанням на неорганічні компоненти. Стійкість і здатність до самовідновлення.

Всі природні екосистеми визначаються наступними ознаками: 1. Видова структура: чисельність кожного виду тварини або рослини регулюється природними умовами. 2. Просторова структура: всі організми розташовуються в суворій горизонтальної або вертикальної ієрархії. 3. Біотичні та абіотичні речовини. Організми, що становлять екосистему, діляться на неорганічні (абіотичні: світло, повітря, грунт, вітер, вологість, тиск) і органічні (біотичні тварини, рослини). 4. У свою чергу биотический компонент ділиться на виробників, споживачів і руйнівників.

Штучні екосистеми Штучними екосистемами називають співтовариства тварин і рослин, що мешкають в умовах, які створив для них людина. Їх ще називають нообиогеоценоза або соціоекосистеми. Приклади: поле, пасовище, місто, суспільство, космічний корабель, зоосад, сад, штучний ставок, водосховище.

Порівняльна характеристика природних і штучних екосистем Природні екосистеми Штучні екосистеми Головний компонент сонячна енергія.В основному, отримує енергію з палива, і готової їжі (гетеротрофних) Формує родючий грунт виснажується грунт Все природні екосистеми поглинають вуглекислий газі виробляють кисень Більшість штучних екосистем споживає кисень і продукує вуглекислий газ Велике видове різноманіття Обмежена кількість видів організмів Висока стійкість, здатність до саморегуляції і самовідновлення Слабка стійкість, так як така екосистема залежить від діяльності людини Замкнуте обмін речовин Незамкнута ланцюг обміну речовин Створює місця проживання диких тварин і рослин Руйнує ареали дикої природи

Екосистеми - це одне з ключових понять екології, яке представляє собою систему, що включає в себе декілька компонентів: співтовариство тварин, рослин і мікроорганізмів, характерну середовище проживання, цілу систему взаємозв'язків, завдяки яким здійснюється взаємообмін речовинами і енергіями.

У науці існує кілька класифікацій екосистем. Одна з них розділяє всі відомі екосистеми на два великі класи: природні, створені природою, і штучні - ті, що створила людина. Розглянемо кожен з цих класів докладніше.

природні екосистеми

Як вже зазначалося вище, природні, природні екосистеми утворилися в результаті дії сил природи. Для них характерні:

Тісний взаємозв'язок органічних і неорганічних речовин
Повний, замкнуте коло кругообігу речовин: починаючи від появи органічної речовини і закінчуючи його розпадом і розкладанням на неорганічні компоненти.
Стійкість і здатність до самовідновлення.

Всі природні екосистеми визначаються наступними ознаками:

1. видова структура: Чисельність кожного виду тварини або рослини регулюється природними умовами.
2. просторова структура: Все організми розташовуються в суворій горизонтальної або вертикальної ієрархії. Наприклад, в лісовій екосистемі чітко виділяються яруси, у водному - розміщення організмів залежить від глибини води.
3. Біотичні та абіотичні речовини. Організми, що становлять екосистему, діляться на неорганічні (абіотичні: світло, повітря, грунт, вітер, вологість, тиск) і органічні (біотичні - тварини, рослини).
4. У свою чергу биотический компонент ділиться на виробників, споживачів і руйнівників. До виробників відносять рослини і бактерії, які за допомогою сонячного світла та енергії створюють з неорганічних речовин органіку. Споживачі - це тварини та м'ясоїдні рослини, які харчуються цією органікою. Руйнівники (гриби, бактерії, деякі мікроорганізми) є вінцем харчового ланцюжка, так як виробляють зворотний процес: органіку перетворюють в неорганічні речовини.

Просторові межі кожної природної екосистеми досить умовні. У науці прийнято визначати ці межі природними обрисами рельєфу: наприклад, болото, озеро, гори, річки. Але в сукупності, всі екосистеми, що складають біооболонка нашої планети, вважаються відкритими, так як вони взаємодіють з навколишнім середовищем і з космосом. У найзагальнішому уявленні картина виглядає так: живі організми отримують з навколишнього середовища енергію, космічні та земні речовини, а на виході - осадові породи і гази, що йдуть в підсумку в космос.

Всі компоненти природної екосистеми знаходяться в тісному взаємозв'язку. Принципи зв'язку з цим складаються роками, іноді століттями. Але саме тому вони і стають настільки стійкі, так як ці зв'язки і кліматичні умови і визначають види тварин і рослин, які мешкають в даному ареалі. Будь-яке порушення рівноваги в природній екосистемі може привести до її зникнення або загасання. Таким порушенням може стати, наприклад, вирубка лісу, винищення популяції того чи іншого виду тварин. У цьому випадку відразу порушується харчовий ланцюжок, і екосистема починає "давати збої".

До слова, привнесення додаткових елементів в екосистеми також може порушити її. Наприклад, якщо людина почне розводити в обраній екосистемі тварин, яких там з самого початку не було. Яскраве підтвердження тому - розведення кроликів в Австралії. Спочатку це було вигідно, так як в такій благодатній середовищі і прекрасних для розведення кліматичних умовах, Кролики стали розмножуватися з неймовірною швидкістю. Але в підсумку все звелося до краху. Незліченні полчища кроликів спустошували пасовища, де раніше паслися вівці. Чисельність овець стала знижуватися. А продуктів від однієї вівці людина отримує набагато більше, ніж від 10 кроликів. Цей випадок увійшов навіть у приказку: "Кролики з'їли Австралію". Знадобилося неймовірне зусилля вчених і великі витрати, перш ніж вдалося позбутися від поголів'я кроликів. Повністю їх популяцію в Австралії винищити не вдалося, але їх чисельність скоротилася і вже не загрожувала екосистемі.

штучні екосистеми

Штучними екосистемами називають співтовариства тварин і рослин, що мешкають в умовах, які створив для них людина. Їх ще називають нообиогеоценоза або соціоекосистеми. Приклади: поле, пасовище, місто, суспільство, космічний корабель, зоосад, сад, штучний ставок, водосховище.

Найпростішим прикладом штучної екосистеми є акваріум. Тут ареал проживання обмежений стінками акваріума, приплив енергії, світла і поживних речовин здійснюється людиною, він же регулює температуру і склад води. Чисельність мешканців також відвічна визначена.

Перша особливість: всі штучні екосистеми є гетеротрофних, Тобто споживають готову їжу. Візьмемо для прикладу місто - одну з найбільших штучних екосистем. Тут величезну роль грає приплив штучно створеної енергії (газопровід, електрика, продукти харчування). У той же час, такі екосистеми характеризуються великим виходомотруйних речовин. Тобто, ті речовини, які в природній екосистемі надалі служать для виробництва органіки, в штучних часто стають непридатними.

Ще одна відмінна риса штучних екосистем - незамкнений цикл обміну речовин.Візьмемо для прикладу агроекосистеми - найбільш важливі для людини. До них відносяться поля, сади, городи, пасовища, ферми та інші сільськогосподарські угіддя, на яких людина створює умови для виведення продуктів споживання. Частина харчового ланцюжка в таких екосистемах людина виймає (у вигляді врожаю), а тому харчовий ланцюжок стає зруйнованої.

Третім відмінністю штучних екосистем від природних є їх видова нечисленність. Дійсно, людина створює екосистему заради виведення одного (рідше кількох) видів рослин або тварин. Наприклад, на пшеничному полі знищуються всі шкідники і бур'яни, культивується лише пшениця. Це дає можливість отримати кращий урожай. Але в той же час, знищення "невигідних" для людини організмів робить екосистему нестійкою.

Порівняльна характеристика природних і штучних екосистем

Порівняння природних екосистем і соціоекосістем зручніше представити у вигляді таблиці:

природні екосистеми	штучні екосистеми
Головний компонент - сонячна енергія.	В основному, отримує енергію з палива, і готової їжі (гетеротрофних)
Формує родючий грунт	виснажує грунт
Всі природні екосистеми поглинають вуглекислий газ і виробляють кисень	Більшість штучних екосистем споживає кисень і продукує вуглекислий газ
Велике видове різноманіття	Обмежена кількість видів організмів
Висока стійкість, здатність до саморегуляції і самовідновлення	Слабка стійкість, так як така екосистема залежить від діяльності людини
Замкнуте обмін речовин	Незамкнута ланцюг обміну речовин
Створює місця проживання диких тварин і рослин	Руйнує ареали дикої природи
Накопичує воду, розумно витрачаючи її і очищаючи	Велика витрата води, її забруднення