Урбосистемы

Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) – искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища). Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов (урожая). В них, так же как и в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т.д.) и редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек.

Отличия агроценозов от естественных биоценозов:

Незначительное видовое разнообразие;

Короткие цепи питания;

Неполный круговорот веществ (часть питательных веществ уносится с урожаем);

Источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека (мелиорация, орошение, применение удобрений);

Искусственный отбор (действие естественного отбора ослаблено, отбор осуществляет человек);

Отсутствие саморегуляции (регуляцию осуществляет человек) и др.

Таким образом, агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека.

Урбосистемы (урбанистические системы) – искусственные экосистемы, возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д. В их составе можно выделить следующие территории:

- промышленные зоны , где сосредоточены промышленные объекты различных отраслей хозяйства и являющиеся основными источниками загрязнения окружающей среды;

- селитебные зоны (жилые или спальные районы) с жилыми домами, административными зданиями, объектами культуры и т.п.;

- рекреационные зоны, предназначенные для отдыха людей (лесопарки, базы отдыха и т.п.);

- транспортные системы и сооружения , пронизывающие всю городскую систему (автомобильные и железные дороги, метрополитен, заправочные станции, гаражи, аэродромы и т.п.).

Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.

Динамика экосистем

Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.

Циклические изменения – периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Поступательные изменения – изменения в биоценозе, в конечном счете, приводящие к смене этого сообщества другим.

Сукцессия – последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией . К сукцессиям относятся опустынивание, зарастание озер, образование болот и др.

В зависимости от причин, вызвавших смену биоценоза, сукцессии делят на природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные.

Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека. Антропогенные сукцессии обусловлены деятельностью человека.

Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменением среды под действием сообщества). Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызваны внешними причинами (например, изменение климата).

В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия, различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т.п.). Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).

В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока . Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным .

Типы связей и взаимоотношений между организмами

В экосистемах

Живые организмы определенным образом связаны друг с другом. Различают следующие типы связей между видами: трофические, топические, форические, фабрические. Наиболее важными являются трофические и топические связи, так как именно они удерживают организмы разных видов друг возле друга, объединяя их в сообщества.

Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другими: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая связь может быть прямой и косвенной. Прямая связь проявляется при питании львов живыми антилопами, гиен трупами зебр, жуков-навозников пометом крупных копытных и т.д. Косвенная связь возникает при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс (см. раздел «Трофические цепи» ).

Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида. Например, под хвойным лесом, как правило, отсутствует травянистый покров.

Форические связи возникают, когда один вид участвует в распространении другого вида. Перенос животными семян спор, пыльцы растений называется зоохория , а мелких особей – форезия.

Фабрические связи заключаются в том, что один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Например, птицы при постройке гнезд используют ветки деревьев, траву, пух и перья других птиц.

Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию. Запасы веществ, усвояемые организмами, в природе не безграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы невозможна. Такой вечный круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых из окружающей среды.

Как правило, в любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов. Одни из них производят про­дукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганиче­скую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема переноса вещества (сплошная линия) и энергии

(пунктирная линия) в природных экосистемах

Первая группа организмов - продуценты (лат. producers -соз­дающий, производящий), или автотрофные организмы (zp.autos - сам, trophe -пища). Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - неорганические вещества, в основном углекислый газ и воду. К этой группе организ­мов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии (например, зеленые серобактерии, пурпурные серобактерии). В качестве жизне­деятельности они синтезируют на свету органические вещества - уг­леводы, или сахара (СН 2 О) n , выделяя при этом кислород СО 2 +Н 2 О= (СН 2 0) n + 0 2 ,

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азот­ной кислоты:

2NН 3 + 30 2 = 2HN0 2 + 2Н 2 0 + Q, 2HN0 2 + О 2 = 2HN0 3 + Q 2 .

Химическая энергия (Q), выделенная при этих реакциях, используется бактериями для восстановления СО 2 до углеводов.

Главная роль в синтезе органических веществ принадлежит зеле­ным растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосинтезирующими организмами на Земле создается около 150 млрд т органическо­го вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая группа организмов - консументы (лат. consume -потреб­лять), или гетеротрофные организмы (гр. heteros -другой, trophe - пища), осуществляют процесс разложения органических веществ.

Эти организмы используют органические вещества в качестве источника и питательного материала, и энергии. Их делят на фаготрофов (гр. phagos -пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros -гнилой).

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами.

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков.

Третья группа организмов - редуценты (лат. reducens -возвращающий). Они участвуют в последней стадии разложения - минера­лизации органических веществ до неорганических соединений (СО 2 , Н 2 0 и др.). Редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.).

Роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без редуцентов в биосфере накапливались бы груды органических остат­ков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых проду­центам.

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет -единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого в соедине­нии с углекислым газом и водой рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается организмам.

Энергия передается от организма к организму, создающим пище­вую или трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов (создате­лей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так четыре-шесть раз с одного трофического уровня на другой.

Трофический уровень -это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты. Все остальные уров­ни - консументы. Второй трофический уровень -это растительнояд­ные консументы; третий -плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый -консументы, потребляю­щие других плотоядных и т. д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т. д.

Четко распределяются по уровням лишь консументы, специали­зирующиеся на определенном виде пище. Однако есть виды, которые питаются мясной и растительной пищей (человек, медведь и др.), ко­торые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питается зна­чительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапрофаги и сапро­фиты (грибы), использующие энергию, заключенную в детрите. По­этому различают два вида трофических цепей: цепи выедания , или пастбищные , которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные цепи разложения , которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных. По­этому, входя в экосистему, поток лучистой энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, но источ­ник энергии общий - солнечная (рис. 4.5).

Рисунок 4.5. Поток энергии через пастбищную пищевую цепь

(все цифры даны в кДж/м 2 ·год)

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веще­ства в экосистемах, т.е. существование экосистем, зависит от посто­янного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизне­деятельности и самовоспроизведения.

В отличие от вещества, непрерывно циркулирующего по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно использоваться, входить в круговорот, энергия может быть использована один раз, т. е. имеет местолинейный поток энергии через экосистему(от автотрофов к гетеротрофам).

Односторонний приток энергии как универсальное явление при­роды происходит в результате действия законов термодинамики.

Согласнопер­вому закону термодинамики, энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пи­щи), но не может быть создана или уничтожена.

Соответственно второму закону , не может быть ни одного процесса, связанного с превраще­нием энергии, без потерь некоторой ее части. Определенное количест­во энергии в таких превращениях рассеивается в недоступную тепло­вую энергию, и, следовательно, теряется. Отсюда не может быть пре­вращений, к примеру, пищевых веществ в вещество, из которого со­стоит тело организма, идущих со 100-процентной эффективностью.

Таким образом, живые организмы являются преобразователями энергии . Пища, поглощаемая консументами, усваивается не полно­стью - от 12 до 20 % у некоторых растительноядных, до 75 % и более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде всего с под­держанием метаболических процессов, которые называют тратой на дыхание , оцениваемая общим количеством С0 2 , выделенного орга­низмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и не­которого запаса питательных веществ, т. е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и, особенно, при активной мышечной работе. В конечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в те­пловую и рассеивается в окружающей среде.

Следовательно, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется . Приблизи­тельно потери составляют около 90 %: на каждый следующий уровень передается не более 10 % энергии от предыдущего уровня . Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1 % от ка­лорийности растительной пищи.

Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уро­вень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем слож­но переплетаются, образуя трофические сети . Но конечный итог: рас­сеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.

В результате, пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид . Экологическая пирамида - графические изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме.

Правило экологической пирамиды - закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую. Упрощенный вариант экологической пирамиды приведен на рис. 4.6.

Пример: Пусть одного человека в течение года можно прокормить 300 форелями. Для их питания требуется 90 тысяч головастиков лягушек. Чтобы прокормить этих головастиков, необходимы 27 000 000 насекомых, которые потребляют за год 1 000 тонн травы. Если человек будет питаться растительной пищей, то все промежуточные ступени пирамиды можно выкинуть и тогда 1 000 т биомассы растений сможет прокормить в 1 000 раз больше людей.

Различают три основных типа экологических пирамид.

Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение численности организмов от продуцентов к консументам.

Пирамида биомасс показывает изменение биомасс на каждом следующем трофическом уровне: для наземных экосистем пирамида биомасс сужается кверху, для экосистемы океана – имеет перевернутый характер, что связано с быстрым потреблением фитопланктона консументами.

Пирамида энергии (продукции) имеет универсальный характер и отражает уменьшение количества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.

Таким образом, жизнь может рассматриваться как процесс непрерывного извлечения некоторой системой энергии из окружающей среды, преобразования и рассеивания этой энергии при передаче от одного звена к другому.

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.

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

Основные отличия города от природных экосистем:

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

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

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

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

Основные свойства города, как среды обитания людей:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1. Шкала силы звука

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

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

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

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

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

Существует два вида агроценозов - экстенсивные и интенсивные.

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

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

Популяционная характеристика человека.

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

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

В начале нашей эры - порядка 200 млн. человек.

В середине XVII в. - 500 млн.

В середине XIX в. - 1 млрд.

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

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

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

В ходе исторического развития человеческого общества, в конкурентной борьбе за выживание человек начал создавать в природной среде антропогенные экосистемы. На современном этапе человечество для удовлетворения своих все возрастающих потребностей изменяет и разрушает природные экосистемы. При этом большая часть человечества проживает в искусственных антропогенных экосистемах.

Изначальной движущей силой любой экосистемы является энергия. Энергетические ресурсы экосистемы могут быть неисчерпаемыми – солнце, ветер, приливы и исчерпаемыми – топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т.п.). Используя топливо, человек может добавлять энергию в экосистему или даже полностью снабжать ее энергией. На основе энергетических особенностей выделяют четыре типа экосистем:

1) природные, движимые солнечной энергией, несубсидируемые;

2) природные, движимые солнечной энергией, субсидируемые другими естественными источниками;

3) движимые солнечной энергией и субсидируемые человеком;

4) индустриально-городские, движимые энергией топлива.

Два первых типа экосистем относятся к природным, третий и четвертый являются антропогенными.

К первому типу экосистем относятся, например, открытые океаны, крупные участки горных лесов, большие глубокие озера. Эти экосистемы весьма различны, но все они получают мало энергии и имеют низкую продуктивность, нередко в них наблюдается нехватка элементов питания и воды. В таких экосистемах поддерживается низкая плотность организмов, но они чрезвычайно важны, т.к. занимают огромные площади (один лишь океан покрывает 70% площади Земного шара. Они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Ко второму типу относятся экосистемы, использующие дополнительные природные источники энергии. Прибрежная часть эстуария – хороший пример природной экосистемы с дополнительной энергией приливов, прибоя и течения. Приливы и течения способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов и перемещению пищи и отходов, поэтому эстуарии более плодородны, чем прилегающие участки суши, получающие то же количество солнечной энергии. Вспомогательная энергия, увеличивающая продуктивность, может поступать в самых разнообразных формах, например, в тропическом дождевом лесу – в форме ветра и дождя, в небольшом озере – в форме потока воды из ручья.

Природные экосистемы существуют без всяких затрат со стороны человека, более того, в них создается заметная доля пищевых продуктов и других материалов, используемых человеком. Но главное, именно в них очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К третьему типу экосистем относятся агроэкосистемы , производящие продукты питания и другие материалы. Они существуют, используя не только энергию Солнца, но и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком. Эти экосистемы похожи на природные, поскольку рост и развитие культурных растений – процесс природный, осуществляемый за счет солнечной энергии. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. основаны на энергетических субсидиях человека. От природных экосистем агроэкосистемы в первую очередь отличаются упрощением , снижением видового разнообразия.

Принципиально по другому обстоит дело с экосистемами четвертого типа, индустриально-городскими системами . Здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию, и по сравнению с потоком энергии в природных экосистемах расход ее в городских экосистемах на два-три порядка выше. Город напоминает такие экологические системы, как пещерные, глубоководные и иные биогеоценозы, зависящие в основном от поступления в них энергии и веществ извне. Они полностью или частично лишены продуцентов и поэтому называются гетеротрофными .

Экосистема или, другими словами, экологическая система – это среда обитания организмов, жизнь которых напрямую зависит от условий проживания в этой среде. Какие виды экосистем существуют вообще? Думаю, будет разумным провести делёжку на природные и антропогенные экосистемы, не так ли? В природных экосистемах жизнь всегда протекала своим чередом, пока в нее не вмешался Человек. Как же без него?.. Антропогенные факторы имеют прямое и косвенное отношение к, так сказать, внутреннему климату природных экосистем.

С их примерами всё кажется более-менее понятным. Это пруды, реки, озера, моря, океаны, в которых живут самые разные виды рыб, моллюсков, ракообразных и других организмов. О роли и значении воды в природе и нашей жизни читайте . Также леса, болота или пустыни, где обитают «любители засухи»: пауки, скорпионы, некоторые виды птиц, змей, ящериц и т. д.

Можно привести еще не один такой пример, но останавливаться подробно на этом я не буду, так как хочу более детально поговорить об антропогенных экосистемах, заглянуть, так сказать, вовнутрь, как больших городов, так и обычных человеческих жилищ, в которых не так уж все хорошо, как может казаться на первый взгляд…

Города, которые растут бешеными темпами, каждый раз отнимая у Природы всё новые территории, можно смело отнести к антропогенным экосистемам. Ведь антропогенные – значит образованные в результате деятельности Человека.

Их возникновение связано с ощутимыми преимуществами совместного проживания большого скопления людей. Этот вид экосистем, к сожалению, самый «грязный». И не удивительно...

Антропогенные факторы всегда являлись причинами экологических катастроф. Например, аварии на химических заводах, атомных электростанциях, затонувшие танкеры с нефтепродуктами и т. д. и т. п. Человек уже очень давно «мучает» Природу и все ее виды экосистем...

Так вот, города взяли столь быстрый темп развития еще со времен промышленной революции и сейчас в них проживает большая часть жителей Земли. Такому росту городов и их населения дали специальный термин — урбанизация .

Город — это искусственная антропогенная экосистема, которая, в отличии от всех видов экосистем природы, не запасается солнечной энергией в целях ее дальнейшего использования.

Вместо этого городские экосистемы используют уголь, газ, нефть, эксплуатируют разные виды и типы электростанций. То количество биомассы, которое производится в городах, не способно удовлетворить даже самую маленькую часть горожан продуктами питания.

Вот почему антропогенные экосистемы не могут быть устойчивыми. Именно поэтому всю ответственность в урегулировании всех потоков веществ и энергии взял на себя Человек. На мой взгляд, это у него не очень хорошо получается.

Города, являясь самыми большими загрязнителями планеты, вмешались в структуру природных экосистем. В следствие чего начало изменяться все: состав атмосферы и грунта, рельеф местности, подземные воды, радиационный фон, температура воздуха, электромагнитные поля.

Почему людей привлекает отдых вне города? Почему они стремятся провести свой долгожданный отпуск там, где воздух чище? Такие виды экосистем, как большие города, получают намного меньше солнечного света из-за постоянной тучности и частого образования туманов.

Загрязняется не только среда обитания больших городов, но и других территорий далеко за их пределами. Так что города по праву могут называться ведущими загрязнителями.

Экология внутри нашей антропогенной экосистемы

Мы очень часто забываем тот факт, что наши дома и квартиры также являются экосистемами. В наших жилищах мы проводим большую часть своей жизни. Поэтому они являются для нас самой важной частью среды обитания.

К сожалению, это не все понимают. Многих больше интересует информация об образовании озоновых дыр или о проблемах сохранения каспийского тюленя, чем об экосистеме своего собственного жилища.

Мы можем освоить множество экологических закономерностей на практике, просто изучая свой дом. Конечно же все привыкли считать, что кто-то другой виноват в загрязнении окружающей среды. Кто-то другой, явно плохой человек — редиска!

А ведь каждый из членов наших семей совершает обмен с окружающей средой - энергией, воздухом, вырабатывает отходы и т. п. Хоть и в малой степени, но мы тоже являемся загрязнителями своих небольших экосистем.

Очень часто внутри каждого из нас рождается огромное желание сделать что-то по-настоящему полезное и изменить экологическую ситуацию на планете. Но так же часто мы и разочаровываемся, когда осознаем, что изменить к лучшему ничего не можем. А ведь это заблуждение потому, что улучшить качество среды проживания можно не выходя из дома. Собственный дом лучше всего подходит для начала этой миссии.

Наши дома как виды экосистем

Наши жилища — это маленькие искусственные антропогенные экосистемы, в которых мы поддерживаем необходимые условия для нашего нормального существования. Мы отдаем предпочтение температуре воздуха в помещениях не ниже 20 °C и нам необходимы определенная влажность, достаточное освещение, и т. д.

Для того, чтобы держать равновесие экосистемы своего жилища, нам необходимо поддерживать все виды параметров среды нашего обитания на должном уровне и заниматься уборкой отходов. Мы нуждаемся в поставке энергии, тепла и остальных ресурсов извне.

В отличие от природных экосистем, где основная масса состоит из зеленых растений, вырабатывающих сложные органические вещества — источник питания для других организмов, в наших домах основной значимой частью биомассы являются люди. Имеющиеся в домах растения, исполняют скорее эстетическую и гигиеничную роль.

С их помощью очищается и прекрасно увлажняется воздух. Они могут создавать хозяевам хорошее настроение, выделяют биологически активные вещества, уничтожающие вредные бактерии и грибки — фитонциды.

Лишь единицы выращивают в собственных квартирах, на мини-грядках, овощи и зелень для употребления их в пищу. Вместе с нами могут жить и животные. Я говорю не только о кошечках, собачках, хомячках, рыбках и попугайчиках, которых мы завели сами.

Крысы, мыши, различные виды насекомых, пауки, клещи и т. д. тоже могут обитать рядом с нами. Тараканы, мухи, пожиратели муки и других круп, надоедливая моль и, непонятно откуда берущиеся, мошки-дрозофилы, вши, блохи, муравьи... Эти жители могут заселять абсолютно все виды экосистем. О совместном сожительстве многих из них мы даже не подозреваем.

Еда, без которой мы не можем обойтись, поступает к нам из заводов и ферм, расположенных далеко за пределами наших домашних экосистем. Поступление энергии, необходимой нам для освещения и обогрева жилищ, приготовления пищи и работу бытовых приборов, производится за счет газа, электроэнергии и горячей воды, которую из реки гонит водогон. Лишь малая часть энергии поступает к нам в дом от Солнца.

Отходы, которые мы вырабатываем, удаляются через мусоропровод и канализацию. До сих пор люди никогда не задумывались над экологическими особенностями своих экосистем — жилищ, в которых они проживают; над тем, каким образом их образ жизни влияет на более крупные виды экосистем.

Время безразличного отношения проходит. Преодоление экологического кризиса заставит каждого из нас посмотреть на свое жилище как на экосистему.

С вами был Денис Стаценко. Всем ЗОЖ! Увидимся