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

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

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

Рис. 4.14.

С^> Поток энергии С^> Поток вещества

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Антропогенные экосистемы , как правило, оказываются весьма далёкими от естественного равновесия. При этом возможны несколько типичных ситуаций.

Прежде всего, это эксплуатируемые человеком природные экосистемы, находящиеся под большой антропогенной нагрузкой. Если антропогенная нагрузка снимается, то предоставленные самим себе они возвращаются в равновесное состояние. В таком положении находятся леса, систематически подвергающиеся массовой рубке, многие пастбищные угодья. После уничтожения значительной части природной растительности человек покидает эти территории с тем, чтобы вернуться, когда в результате сукцессии растительность восстановится.

Однако при чрезмерной нагрузке экосистема теряет устойчивость, и в таких случаях бездумная эксплуатация природных ресурсов зачастую ведёт к экологическим катастрофам. Страшный пример такого рода — судьба Аральского моря. Это огромное озеро питалось всегда водами двух больших рек — Амударьи и Сырдарьи — и вместе с ними образовывало устойчивую систему. Во второй половине XX века воды этих рек стали разбирать на орошение хлопковых плантаций, Аральское море стало быстро высыхать, и к настоящему времени его экосистема практически погибла. Это в свою очередь привело к социальной и гуманитарной катастрофе в окрестностях Арала. Другой пример — строительство гидроэлектростанций без учёта последствий для водных экосистем. В подобных случаях нерестилища ценных пород рыб оказываются уничтоженными, а окружающие земли — подтопленными. На месте зрелых природных равновесных экосистем, как правило, возникают бедные малопродуктивные незрелые сообщества, далекие от естественного равновесия. Наконец, заброшенные карьеры и места открытых разработок полезных ископаемых оказываются пустынными территориями, на которых происходит первичная сукцессия.

Другой тип антропогенных биогеоценозов — искусственно созданные и удерживаехмые в неравновесном положении системы. Это — пахотные земли и другие сельскохозяйственные угодья. Как правило, они засеваются одной культурой. Для получения максимального урожая человек стремится сохранить только два трофических уровня — собственно культурное растение — продуцент и детритофагов и редуцентов в почве, необходимых для поддержания плодородия. Видовое разнообразие становится минимальным, а экологическая ниша культивируемых растений — максимальной. Понятно, что эта ситуация крайне неустойчива. Культивируемые растения не способны захватить полностью экологическую ёмкость системы, и фитофаги стараются захватить пустующие ниши, а дикорастущие растения — конкурировать с выращиваемыми культурами. Человек называет первых «сельскохозяйственными вредителями», а вторых — «сорняками» и вступает с ними в тяжёлую борьбу, длящуюся с переменным успехом уже несколько тысячелетий.

Природные и антропогенные экосистемы

В зависимости от природных и климатических условий выделяют три группы природных экосистем: наземные, пресноводные и морские - и ряд типов природных экосистем.

В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности. Размещение природных наземных экосистем по земной поверхности определяют два абиотических фактора - температура и количество осадков. Выделяют 9 типов наземных экосистем - тундра, бореальные хвойные леса, листопадный лес умеренной зоны, степь умеренной зоны, тропические злаковники и саванна, чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом), пустыня, полувечнозеленый тропический лес, вечнозеленый тропический дождевой лес.

В основе классификации для водных экосистем лежат гидрологические и физические особенности. Выделяют 3 типа пресноводных экосистем - лентические (стоячие воды - озера, пруды), лотические (текучие воды - реки, ручьи), заболоченные угодья. Выделяют 4 типа морских экосистем: открытый океан, воды континентального шельфа (прибрежные воды), районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством), эстуарии (проливы, устья рек, лиманы).

К основным типам антропогенных экосистем относят агроценозы и урбосистемы.

Агроценозы - искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища).

Отличия агроценозов от естественных биоценозов:

Незначительное видовое разнообразие,

Короткие цепи питания,

Неполный круговорот веществ,

Источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека,

Искусственный отбор,

Отсутствие саморегуляции.

Агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека.

Урбосистемы - искусственные системы, возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных и бытовых объектов. В их составе можно выделить промышленные зоны, селитебные зоны, рекреационные зоны, транспортные системы и сооружения. Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.

Вопросы для самоконтроля

1.Понятие о биогеоценозе.

2.Какова трофическая структура биогеоценоза?

3.Что называют пищевой цепью и пищевыми цепями?

4.Какие функциональные группы организмов выделяют в экосистеме?

5.Приведите примеры основных типов природных наземных экосистем.

6.Каковы отличия агроэкосистем от естественных экосистем?

7.Что такое сукцессия?

8.Какие виды сукцессий встречаются в природе?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Биология с основами экологии /Д.В. Вахненко и [ др].- Ростов н/Д.:Феникс,2005.- 512 с.

2.Колесников, С.И . Экология /С.И. Колесников.- М.: Академцентр, 2008.- 315 с.

3.Маринченко, А.В. Экология./А.В. Маринченко- М.: Дашков и К 0 , 2008.- 328 с.

4. Лысов, П.К . Биология с основами экологии./П. К. Лысов.– М.: Высшая школа, 2007. – 655 с.

5.Пехов, А.П. Биология с основами экологии /А.П. Пехов.- СП/б.: Лань, 2007. – 688 с.

Дополнительная

1. Экологические основы природопользования /Э.А. Арустамов, и [др]. - М.: Дашков и К 0 , 2005. – 320 с.

2.Виноградова, Н.Ю . Глобальная экология /Н. Ю. Виноградова. - М.: Просвещение, 2001.- 310 с.

3. Гальперин, М.В . Общая экология: учебник /М.В. Гальперин. - М.: ФОРУМ-ИНФРА, 2006.- 336 с.

Общие представления об антропогенных экосистемах

Введение.

Глава 1. Человек и экосистемы

1.1 Типы экосистем

1.2 Агроэкосистемы

Глава 2. Индустриально–городские системы

2.1 Процессы урбанизации

2.2 Урбанистические системы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть, рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство – растениеводство и животноводство.

Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис.1). На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

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

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

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

Глава 1. Человек и экосистемы

1.1 Типы экосистем

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

1. природные: движимые Солнцем, несубсидируемые;

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

3. движимые Солнцем и субсидируемые человеком;

4. индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим и ядерным).

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее. Первые два типа – это природные экосистемы , а третий и четвертый следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относятся эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Экосистемы первого типа занимают громадные площади – одни океаны – это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» на поддержание своей жизнедеятельности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых для жизни самого человека. Но главное именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним можно отнести третий тип – это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации – это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почв, сев, уборка урожая и др. – это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т.е. снижении видового разнообразия вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (таблица 1).

Таблица 1

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

Природная экосистема (болото, луг, лес)	Антропогенная экосистема (поле, завод, дом)
Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию.	Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива.
Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода.	Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого топлива.
Формирует плодородную почву.	Истощает или представляет угрозу для плодородных почв.
Накапливает, очищает и постепенно расходует воду.	Расходует много воды, загрязняет ее.
Создает местообитания различных видов дикой природы.	Разрушает местообитания многих видов дикой природы.
Бесплатно фильтрует и обеззараживает загрязнители и отходы.	Производит загрязнители и отходы, которые должны обеззараживаться за счет населения.
Обладает способностью самосохранения и самовосстановления.	Требует больших затрат для постоянного поддержания и восстановления.

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

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

Животноводство – это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников – как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

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

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы (засухи), ее уже не восстановить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача – сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ним более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики – природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе действительное различие между системами лишь в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими (одним-двумя) видами, а в природной - многими видами и веществами.

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

1.2 Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

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

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

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

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 2

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем.

Природные экосистемы	Агроэкосистемы
Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции.	Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы.
Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией.	Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения и животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы.
Продуктивность определяется приспособленными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ.	Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей.
Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» происходит почти одновременно с «производством».	Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время.

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

Глава 2. Индустриально – городские системы

2.1 Процессы урбанизации

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

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

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

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

2.2 Урбанистические системы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис.2 . Взаимодействие технической системы с внешними средствами:

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

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

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

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

Список используемой литературы

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

2. Одум Ю. Экология. – М., 1999.

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

4. Реймерс Н. Экология. – М., 1998.

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

Сходство и различие этих систем

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно 10 000 лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство. Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась всего 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис. 1). На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

Энергия - изначальная движущая сила всех экосистем. Энергетические ресурсы этих систем могут быть неисчерпаемы - солнце, ветер, приливы и исчерпаемы - топливно - энергетическими (уголь, нефть, газ и т. п. Используя топливо, человек может добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю. Одум предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре фундаментальных типа экосистем:

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые. (Рис. 1). Динамика экологической системы «человек - окружающая среда».

2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4. Индустриально - городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным)».

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее.

Первые два типа - это природные экосистемы, а третий и четвертый следует отнести к антропогенным. К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля. Ко второму типу экосистем относят эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, то есть те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра. Хотя экосистемы первого типа неспособны поддерживать высокую плотность их фауны и флоры, но они занимают громадные площади - одни океаны - это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы, проживающие здесь, например, в эстуариях, приспособились использовать «дополнительную» энергию приливов и течений, а в дождевых лесах - энергию ветра и дождя и т. п. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» на поддержание своей жизнеспособности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но главное, именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже с полным правом можно отнести третий тип - это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации - это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. - это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, то есть снижении видового разнообразия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (табл. 1).

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессии, добиваясь максимальной первичной продуктивности одного или нескольких растений (например, кукурузы, пшеницы, гороха и т. п). Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на обработку почв и т. п.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса. То, что мы называем сорняками, - не что иное, как пионерные виды растений, вредители - насекомые и другие животные, а возбудители болезней -- микроорганизмы. Сорные растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай, если активно не бороться с ними.

Животноводство - это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников - как уничтожающих домашний скот. Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

В целом же, нетрудно догадаться, что, по мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые продуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов, осушения болот и т. п.). На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличится использование топливно - энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов. Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из - за монотипного видового состава, так как в результате какой - то экологической катастрофы, например засухи, ее уже не восстановить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача - сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики - природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем. Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе, а верхний предел притока энергии для любой постоянной, длительно функционирующей системы, составляет около 50000 ккал/м2 г. Однако существенное различие между системами в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими или вообще одним-двумя видами, а в природной - многими видами и веществами.

Совсем по - другому обстоит дело в экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально - городские системы здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше. Годовая потребность человека в пище -- около 1 млн ккал, но если подсчитать затраты энергии на душу населения, существующие реально, то они окажутся в десятки раз больше (так, в США они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты отличаются, но особенно большая разница между богатыми странами и развивающимися - она может быть в странах «третьего мира» в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны как бы находятся в стадии экосистемы первого - второго типа, в то время как развитые страны уже прошли через все четыре типа экосистем.

В связи со сказанным выше, слесельхозсистем - рациональное использование тех дует отметить, что экосистемы третьего и четвертого типа не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы могут существовать без антропогенных.