Экологическая система: понятие, суть, типы и уровни. Естественные и искусственные экосистемы, их сравнение

Экосистемы — это одно из ключевых понятий экологии, которое представляет собой систему, включающую в себя несколько компонентов: сообщество животных, растений и микроорганизмов, характерную среду обитания, целую систему взаимосвязей, благодаря которым осуществляется взаимообмен веществами и энергиями.

В науке существует несколько классификаций экосистем. Одна из них разделяет все известные экосистемы на два больших класса: естественные, созданные природой, и искусственные — те, что создал человек. Рассмотрим каждый из этих классов подробнее.

Естественные экосистемы

Как уже отмечалось выше, естественные, природные экосистемы образовались в результате действия сил природы. Для них характерны:

Тесная взаимосвязь органических и неорганических веществ
Полный, замкнутый круг круговорота веществ: начиная от появления органического вещества и заканчивая его распадом и разложением на неорганические компоненты.
Устойчивость и способность к самовосстановлению.

Все природные экосистемы определяются следующими признаками:

1. Видовая структура : численность каждого вида животного или растения регулируется природными условиями.
2. Пространственная структура : все организмы располагаются в строгой горизонтальной или вертикальной иерархии. Например, в лесной экосистеме четко выделяются ярусы, в водной — размещение организмов зависит от глубины воды.
3. Биотические и абиотические вещества . Организмы, составляющие экосистему, делятся на неорганические (абиотические: свет, воздух, почва, ветер, влажность, давление) и органические (биотические — животные, растения).
4. В свою очередь биотический компонент делится на производителей, потребителей и разрушителей. К производителям относят растения и бактерии, которые с помощью солнечного света и энергии создают из неорганических веществ органику. Потребители — это животные и плотоядные растения, которые питаются этой органикой. Разрушители (грибы, бактерии, некоторые микроорганизмы) являются венцом пищевой цепочки, так как производят обратный процесс: органику превращают в неорганические вещества.

Пространственные границы каждой природной экосистемы весьма условны. В науке принято определять эти границы естественными очертаниями рельефа: например, болото, озеро, горы, реки. Но в совокупности, все экосистемы, слагающие биооболочку нашей планеты, считаются открытыми, так как они взаимодействуют с окружающей средой и с космосом. В самом общем представлении картина выглядит так: живые организмы получают из окружающей среды энергию, космические и земные вещества, а на выходе — осадочные породы и газы, уходящие в итоге в космос.

Все компоненты природной экосистемы находятся в тесной взаимосвязи. Принципы этой связи складываются годами, иногда столетиями. Но именно поэтому они и становятся настолько устойчивы, так как эти связи и климатические условия и определяют виды животных и растений, которые обитают в данном ареале. Любое нарушение равновесия в природной экосистеме может привести к ее исчезновению или затуханию. Таким нарушением может стать, например, вырубка леса, истребление популяции того или иного вида животных. В этом случае сразу нарушается пищевая цепочка, и экосистема начинает "сбоить".

К слову, привнесение дополнительных элементов в экосистемы также способно нарушить ее. Например, если человек начнет разводить в выбранной экосистеме животных, которых там изначально не было. Яркое подтверждение тому — разведение кроликов в Австралии. Сначала это было выгодно, так как в такой благодатной среде и прекрасных для разведения климатических условиях, кролики стали размножаться с невероятной быстротой. Но в итоге все свелось к краху. Несметные полчища кроликов опустошали пастбища, где раньше паслись овцы. Численность овец стала снижаться. А продуктов от одной овцы человек получает гораздо больше, чем от 10 кроликов. Этот случай вошел даже в поговорку: "Кролики съели Австралию". Понадобилось неимоверное усилие ученых и большие затраты, прежде чем удалось избавиться от поголовья кроликов. Полностью их популяцию в Австралии истребить не удалось, но их численность сократилась и уже не угрожала экосистеме.

Искусственные экосистемы

Искусственными экосистемами называют сообщества животных и растений, обитающих в условиях, которые создал для них человек. Их еще называют нообиогеоценозами или социоэкосистемами. Примеры: поле, пастбище, город, общество, космический корабль, зоосад, сад, искусственный пруд, водохранилище.

Самым простым примером искусственной экосистемы является аквариум. Здесь ареал обитания ограничен стенками аквариума, приток энергии, света и питательных веществ осуществляется человеком, он же регулирует температуру и состав воды. Численность обитателей также изначальна определена.

Первая особенность: все искусственные экосистемы являются гетеротрофными , т.е потребляющими готовую пищу. Возьмем для примера город — одну из самых больших искусственных экосистем. Здесь огромную роль играет приток искусственно созданной энергии (газопровод, электричество, продукты питания). В то же время, такие экосистемы характеризуются большим выходом ядовитых веществ. То есть, те вещества, которые в природной экосистеме в дальнейшем служат для производства органики, в искусственных зачастую становятся непригодными.

Еще одна отличительная особенность искусственных экосистем — незамкнутый цикл обмена веществ. Возьмем для примера агроэкосистемы — наиболее важные для человека. К ним относятся поля, сады, огороды, пастбища, фермы и прочие сельскохозяйственные угодья, на которых человек создает условия для выведения продуктов потребления. Часть пищевой цепочки в таких экосистемах человек вынимает (в виде урожая), а потому пищевая цепочка становится разрушенной.

Третьим отличием искусственных экосистем от природных является их видовая малочисленность . Действительно, человек создает экосистему ради выведения одного (реже нескольких) видов растений или животных. Например, на пшеничном поле уничтожаются все вредители и сорняки, культивируется лишь пшеница. Это дает возможность получить лучший урожай. Но в то же время, уничтожение "невыгодных" для человека организмов делает экосистему неустойчивой.

Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем

Сравнение природных экосистем и социоэкосистем удобнее представить в виде таблицы:

Природные экосистемы	Искусственные экосистемы
Главный компонент — солнечная энергия.	В основном, получает энергию из топлива, и готовой пищи (гетеротрофны)
Формирует плодородную почву	Истощает почву
Все природные экосистемы поглощают углекислый газ и производят кислород	Большинство искусственных экосистем потребляет кислород и продуцирует углекислый газ
Большое видовое разнообразие	Ограниченное количество видов организмов
Высокая устойчивость, способность к саморегуляции и самовосстановлению	Слабая устойчивость, так как такая экосистема зависит от деятельности человека
Замкнутый обмен веществ	Незамкнутая цепь обмена веществ
Создает места обитания диких животных и растений	Разрушает ареалы дикой природы
Накапливает воду, разумно расходуя ее и очищая	Большой расход воды, ее загрязнение

Естественные, природные экосистемы образовались в результате действия сил природы. Для них характерны:

Тесная взаимосвязь органических и неорганических веществ
Полный, замкнутый круг круговорота веществ: начиная от появления органического вещества и заканчивая его распадом и разложением на неорганические компоненты.
Устойчивость и способность к самовосстановлению.

Все природные экосистемы определяются следующими признаками:

1. Видовая структура : численность каждого вида животного или растения регулируется природными условиями.
2. Пространственная структура : все организмы располагаются в строгой горизонтальной или вертикальной иерархии. Например, в лесной экосистеме четко выделяются ярусы, в водной - размещение организмов зависит от глубины воды.
3. Биотические и абиотические вещества . Организмы, составляющие экосистему, делятся на неорганические (абиотические: свет, воздух, почва, ветер, влажность, давление) и органические (биотические - животные, растения).
4. В свою очередь биотический компонент делится на производителей, потребителей и разрушителей. К производителям относят растения и бактерии, которые с помощью солнечного света и энергии создают из неорганических веществ органику. Потребители - это животные и плотоядные растения, которые питаются этой органикой. Разрушители (грибы, бактерии, некоторые микроорганизмы) являются венцом пищевой цепочки, так как производят обратный процесс: органику превращают в неорганические вещества.

Искусственные экосистемы

Первая особенность: все искусственные экосистемы являются гетеротрофными , т.е потребляющими готовую пищу. Возьмем для примера город - одну из самых больших искусственных экосистем. Здесь огромную роль играет приток искусственно созданной энергии (газопровод, электричество, продукты питания). В то же время, такие экосистемы характеризуются большим выходом ядовитых веществ. То есть, те вещества, которые в природной экосистеме в дальнейшем служат для производства органики, в искусственных зачастую становятся непригодными.

Еще одна отличительная особенность искусственных экосистем - незамкнутый цикл обмена веществ. Возьмем для примера агроэкосистемы - наиболее важные для человека. К ним относятся поля, сады, огороды, пастбища, фермы и прочие сельскохозяйственные угодья, на которых человек создает условия для выведения продуктов потребления. Часть пищевой цепочки в таких экосистемах человек вынимает (в виде урожая), а потому пищевая цепочка становится разрушенной.

Третьим отличием искусственных экосистем от природных является их видовая малочисленность . Действительно, человек создает экосистему ради выведения одного (реже нескольких) видов растений или животных. Например, на пшеничном поле уничтожаются все вредители и сорняки, культивируется лишь пшеница. Это дает возможность получить лучший урожай. Но в то же время, уничтожение «невыгодных» для человека организмов делает экосистему неустойчивой.

Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем

Сравнение природных экосистем и социоэкосистем удобнее представить в виде таблицы:

Природные экосистемы	Искусственные экосистемы
Главный компонент - солнечная энергия.	В основном, получает энергию из топлива, и готовой пищи (гетеротрофны)
Формирует плодородную почву	Истощает почву
Все природные экосистемы поглощают углекислый газ и производят кислород	Большинство искусственных экосистем потребляет кислород и продуцирует углекислый газ
Большое видовое разнообразие	Ограниченное количество видов организмов
Высокая устойчивость, способность к саморегуляции и самовосстановлению	Слабая устойчивость, так как такая экосистема зависит от деятельности человека
Замкнутый обмен веществ	Незамкнутая цепь обмена веществ
Создает места обитания диких животных и растений	Разрушает ареалы дикой природы
Накапливает воду, разумно расходуя ее и очищая

Естественные и искусственные экосистемы

В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, - антропогенные экосистемы.

Естественные экосистемы отличаются значительным видовым разнообразием, существуют длительное время, они способны к саморегуляции, обладают большой стабильностью, устойчивостью. Созданная в них биомасса и питательные вещества остаются и используются в пределах биоценозов, обогащая их ресурсы.

Искусственные экосистемы – агроценозы (поля пшеницы, картофеля, огороды, фермы с прилегающими пастбищами, рыбоводные пруды и др.) составляют небольшую часть поверхности суши, но дают около 90% пищевой энергии.

Развитие сельского хозяйства с древних времен сопровождалось полным уничтожением растительного покрова на значительных площадях для того, чтобы освободить место для небольшого количества отобранных человеком видов, наиболее пригодных для питания.

Однако первоначально деятельность человека в сельскохозяйственном обществе вписывалась в биохимический круговорот и не изменяла притока энергии в биосфере. В современном сельскохозяйственном производстве резко возросло использование синтезированной энергии при механической обработке земли, использовании удобрений и пестицидов. Это нарушает общий энергетический баланс биосферы, что может привести к непредсказуемым последствиям.

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

Экосистемы очень разнообразны. По происхождение различают следующие типы экосистем:

1)Природные (естественные) экосистемы ‑ это такие экосистемы, в которых биологический круговорот протекает без прямого участия человека. Напр., болота, моря, леса,

2) Антропогенные (искусственные) экосистемы ‑ экосистемы, созданные человеком, которые способны существовать только при поддержке человека.

Например, агроэкосистемы (rpeч. agros ‑ поле) ‑ искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека; техноэкосистемы ‑ искусственные экосистемы, возникающие в результате промышленной деятельности человека; урбаноэкосистемы (лат. городской) ‑ экосистемы, возникающие в результате создания поселений человека. Существуют и переходные между природными и антропогенными типы экосистем, напр., экосистемы естественных пастбищ, используемых человеком для выпаса сельскохозяйственных животных.

По источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность, экосистемы подразделяют на следующие типы:

1)Автотрофные экосистемы ‑ это экосистемы, которые сами обеспечивают себя энергией, получаемой от Солнца, за счет собственных фото или хемотрофных организмов. К этому типу относится большинство природных экосистем и некоторые антропогенные. Сюда же относятся природные экосистемы, способные производить излишки органического вещества, которые могут накапливаться или выноситься в другие экосистемы.

В сельскохозяйственные экосистемы человек вносит энергию, которая называется антропогенной (удобрения, горючее для тракторов и т.д.). Но ее роль незначительно по сравнению с используемой экосистемой солнечной энергией.

Различают естественные (природные) и антропогенные (искусственные) экосистемы. Например, луг, сформировавшийся под влиянием естественных факторов, представляет природную экосистему. Луг, который создан в результате уничтожения естественного сообщества (например, осушения болота) и замены его травосмесью, - антропогенная экосистема.

Экосистемы могут быть наземными (леса, степи, пустыни) и водными (болота, озера, пруды, реки, моря). В разные экологические системы входят совершенно разные виды, но обязательно одни из них выполняют функцию продуцентов, вторые - консументов, третьи - редуцентов. Например, экосистемы леса и пруда различаются средой обитания и видовым составом, но содержат все три функциональные группы. В лесу продуцентами служат деревья, кустарники, травы, мхи, а в пруду - водные растения, водоросли, синезеленые. К консументам леса относятся звери, птицы, беспозвоночные животные, населяющие лесную подстилку и почву. В пруду консументы - это рыбы, земноводные, ракообразные, насекомые. Редуценты в лесу представлены наземными формами, а в пруду - водными.

Читайте также:

Агроценоз (агроэкосистема), его отличие от биогеоценоза. Круговорот веществ в агроценозе и пути повышения его продуктивности.
Агроэкосистемы, их отличия от природных экосистем. Последствия деятельности человека в экосистемах. Сохранение экосистем.
Анализ структуры "Рисунка семьи" и сравнение состава нарисованной и реальной семьи
Биологическая продуктивность и устойчивость экосистем.
В естественных науках выделился профессор Московского Университета М.А. Максимович, первый директор ботанического сада.
В чем проявляется специфика применения математических методов и моделей в естественных, технических и социально-гуманитарных науках?
Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека.

Естественная экосистема	Агроэкосистема
СХОДСТВА: 1. Поглощают солнечную энергию (являются открытыми системами). 2. Включают в себя продуцентов, консументов и редуцентов. 3. Внутри них существуют цепи питания. 4. Действуют все факторы эволюции (наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор) 5. В них идет круговорот веществ.
РАЗЛИЧИЯ:
1.Видовой состав организмов сложился естественным образом.	1.Видовой состав искусственно подобран человеком.
2.Видовой состав разнообразный	2.Видовой состав скудный, обычно преобладают 1-2 вида
3.Пищевые цепи длинные	3.Пищевые цепи короткие, одним из звеньев является человек
4.Устойчивая система	4.Система неустойчива, без помощи человека самостоятельно не существует
5.Органические вещества остаются внутри системы	5.Органические вещества удаляются из системы человеком
6.Круговорот веществ естественный, замкнутый	6.Круговорот веществ незамкнутый, поддерживается человеком путем внесения удобрений
7.Единственным источником энергии является энергия Солнца	7.Кроме энергии Солнца используются другие виды энергии (энергия машин, людей, электрическая и др.)
8.Активно действуют все факторы эволюции	8.Действие факторов эволюции ослаблено человеком, преобладает искусственный отбор

Естественные экосистемы (биогеоценозы) - это основные составные части биосферы. Их разнообразие и распространенность по земной поверхности имеют большое значение для человека, поскольку от них он получает продукты питания, вещества для лечения, материалы для изготовления одежды и постройки жилья, сырье для промышленного производства и т.д.

Деятельность человека особенно в последнее столетие начала резко менять состояние естественных экосистем и биосферы в целом. В результате происходит разрушение тысячелетиями сложившихся экосистем, исчезновению многих видов растений и животных.

Основные виды деятельности человека, приводящие к изменению экосистем: с троительство городов, дорог, плотин, д обыча полезных ископаемых, охота, рыбалка, сбор ценных растений, вырубка лесов, распашка земель, сжигание в огромных количествах органического топлива и др.

Последствия деятельности человека:

1. Сокращение площади естественных экосистем.

2. Разрушение мест обитания видов, исчезновение некоторых видов, сокращение биоразнообразия.

3. Загрязнение атмосферы, Мирового океана.

4. Изменение климата Земли.

5. Ухудшение здоровья населения планеты.

6. Сокращение природных ресурсов при их росте потребления.

7. Сокращение пригодных для обитания территорий при росте населения планеты.

8. Снижение устойчивости биосферы.

Пути сохранения экосистем:

1. Применение ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий (безотходные технологии, вторичное использование сырья).

2. Борьба с загрязнениями атмосферы, гидросферы, почвы (совершенствование очистки, утилизация отходов, безотходные технологии, чистые источники энергии, экономические и правовые меры- штрафы, ужесточение ответственности, проведение экологического мониторинга).

3. Рекультивация земель, борьба с эрозией почв (восстановление земель после добычи полезных ископаемых, строительства, загрязнений и т.д., организация санитарно-защитных зон вокруг городов, промышленных предприятий)

4. Природоохранные меры (принятие законов, Красные книги, создание особо охраняемых природных территорий, ограничение промысла, борьба с браконьерами).

5. Регулирование рождаемости (путем принятия программ контроля, демографического развития, законов, контрацепции).

6. Воспитание экологического сознания у людей. (отказ от потребительского отношения к природе, воспитание бережного отношения, чувства ответственности перед будущими поколениями)

2. Покрытосеменные растения – господствующая группа растений на Земле. Классы покрытосеменных. Среди гербарных экземпляров или живых растений найдите покрытосеменные, принадлежащие к разным классам. По каким признакам вы их отличите?

Отдел Покрытосеменные растения включает в себя растения, которые образуют цветки и плоды. Они произошли от голосеменных растений. Цветковые – самый крупный и высокоорганизованный отдел в царстве растений, объединяющий 250 тыс. видов из 350 тыс. видов всех растений. По сравнению с голосеменными растениями, покрытосеменные растения имеют ряд преимуществ, которые позволили им стать господствующей группой растений на Земле. Появление цветка обеспечило более надежное опыление, а плода – защиту семян и их распространение. Двойное оплодотворение, обеспечивает развитие не только диплоидного зародыша, но и триплоидного эндосперма (питательной ткани для зародыша). Разнообразие приспособлений позволяет обитать в различных условиях.

Характерные признаки отдела:

1) Имеют цветок, в котором семязачатки защищены внутри завязи.

2) Образуют плод, внутри которого находятся семена, а зародыш семени защищен и семенной кожурой, и околоплодником.

3) Двойное оплодотворение, в результате которого образуется диплоидный зародыш и триплоидный эндосперм - питательная ткань для развития зародыша.

4) Хорошо развиты проводящие ткани (сосуды и ситовидные трубки с клетками -спутниками).

5) Имеют разнообразные жизненные формы (травы, деревья, кустарники, кустарнички и деревья), образующие многоярусные биоценозы.

6) Имеют различные приспособления к опылению, распространению семян, испарению, питанию, получению света и т.д.

В отделе Покрытосеменных растений различают два класса: Двудольные и Однодольные

В отличие от естественной экосистемы, искусственная экосистема характеризуется. Ответ запишите цифрами без пробелов.

1) большим разнообразием видов

2) разнообразными цепями питания

3) незамкнутым круговоротом веществ

4) преобладанием одного - двух видов

5) влиянием антропогенного фактора

6) замкнутым круговоротом веществ

Пояснение.

Отличия агроценозов от естественных биогеоценозов. Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и большие различия, которые важно учитывать в сельскохозяйственной практике.

Первое отличие состоит в разном направлении отбора. В природных экосистемах существует естественный отбор, отвергающий неконкурентоспособные виды и формы организмов и их сообществ в экосистеме и тем самым обеспечивающий ее основное свойство - устойчивость. В агроценозах действует преимущественно искусственный отбор, направленный человеком прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. По этой причине экологическая устойчивость агроценозов невелика. Они не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Поэтому без участия человека, его неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав - 3−4 года, плодовых культур - 20−30 лет. Затем они распадаются или отмирают.

Второе отличие - в источнике используемой энергии. Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительную энергию, которую затратил человек на производство удобрений, химических средств против сорняков, вредителей и болезней, на орошение или осушение земель и т. д. Без такой дополнительной затраты энергии длительное существование агроценозов практически невозможно.

Третье отличие сводится к тому, что в агроэкосистемах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади (иногда десятки тысяч гектаров), часто является основной причиной их массового уничтожения специализированными насекомыми (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней (мучнис-торосяными, ржавчинными, головневыми грибами, фитофторой и др.).

Четвертое отличие состоит в разном балансе питательных элементов. В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях (сетях) питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания.

В агроценозе такой круговорот элементов резко нарушается, поскольку значительную их часть человек изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения.

Таким образом, по сравнению с естественными биогеоценозами агроценозы имеют ограниченный видовой состав растений и животных, не способны к самообновлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели в результате массового размножения вредителей или возбудителей болезней и требуют неустанной деятельности человека по их поддержанию.

Под цифрами 3, 4, 5 - характеризует агроценоз; 1, 2, 6 - естественный биогеоценоз.

Ответ: 345.