К. М. Ситника Допущено Міністерством освіти і науки України

Скачати 1.6 Mb.

Назва	К. М. Ситника Допущено Міністерством освіти і науки України
Сторінка	11/14
Дата	01.04.2013
Розмір	1.6 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Туризм > Документи

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

4.5. АНТРОПОГЕННІ І ШТУЧНІ ЕКОСИСТЕМИ

Антропогенні екосистеми є наслідком діяльності людини, спрямованої на задоволення її невпинно зростаючих потреб, насамперед у продуктах харчування. Як відомо, основною властивістю природних систем є здатність до саморозвитку, і в першу чергу до самовідновлення, хоча б упродовж одного-двох поколінь. Тому деякі науковці вважають, що немає підстав розглядати антропогенні екосистеми, включаючи і агроценози, як біологічні екосистеми. Однак із загальноприйнятого визначення екосистеми випливає, що вони становлять «єдиний природний або природно-антропогенний» комплекс, утворений живими організмами і середовищем їх існування, в якому живі й неживі компоненти поєднані між собою причинно-наслідковими зв’язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії». Усе це властиве і антропогенним екосистемам.

Щодо функцій самовідновлення і саморегулювання, то вони також не будуть властиві мікроекосистемам, якщо їх розглядати як системи, ізольовані від навколишнього природного середовища, від біосфери. Якщо розглядати, за сучасними уявленнями, систему (грец. systema – ціле, складене з частин, сполучення) як «множину елементів, що перебувають у відносинах і зв’язках один з одним і утворюють певну цілісність, єдність», антропогенна система відповідає цьому визначенню.

Отже, антропогенні екосистеми являють собою єдиний, цілісний природно-антропогенний комплекс, утворений людиною та середовищем її існування, в якому живі й неживі компоненти поєднані причинно-наслідковими зв’язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії. Ці системи належать до штучних, в них обмін речовиною та енергією відбувається під впливом людини. А тому вони є відкритими незамкнутими системами, які не здатні до самовідновлення та саморегулювання. В антропогенних системах існує рівновага за умови постійного втручання людини.

Залежно від роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяють на промислові (екосистеми металургійного заводу, харчового виробництва та ін.), сільськогосподарські (агроценози, птахофабрики, тваринницькі ферми та ін.), міські екосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку та ін.) тощо.

Раніше від інших були створені людиною сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення її потреб у продуктах харчування – агроценози, тваринницькі ферми тощо. Агроценози (грец. «агрос» – поле і «ценоз» – загальний) – це ценози, що утворюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системою агротехнічних та агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю і одноманітністю. Відповідно до закону ґрунтостомлення, поступове зниження природної родючості ґрунтів відбувається через тривале їх використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також внаслідок тривалого вирощування монокультур (у результаті накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами, залишками пестицидів та мінеральних добрив). В агроценозах здійснюється антропогенний обмін речовин, який є незамкненим і екологічно недосконалим. На вході в систему є природні ресурси та речовини, продуковані людиною, а на виході – сільськогосподарські продукти та різні відходи, які не повертаються до цієї системи.

Згідно із законом сукупної дії природних факторів (закон Мітчерліха-Тіннемана-Бауле), обсяг урожаю залежить невід окремого, нехай навіть лімітуючого фактора, а від усієї сукупності екологічних факторів одночасно.

В агроценозах регуляторні зв’язки дуже послаблені, що призводить до збільшення кількості шкідників і бур’янів. Тому вони не можуть довго існувати і в них не відновлюється внутрішня рівновага після будь-якого природного чи антропогенного впливу без втручання людини. Проте вони мають високу біопродуктивність одного або кількох видів рослин і тварин, які постачають людству до 90 % продуктів харчування

Останнім часом розроблені технології штучних екосистем екосфери. Вперше (1967) їх почав створювати співробітник Гавайського університету (США) К. Фолсом. Подібні роботи виконуються і в інших країнах. Екосфера – це замкнений об’єм, який містить морську воду, пісок і певний набір автотрофів (продуценти – водорості) та гетеротрофів (консументи – коловертки і редуценти – бактерії). Технічною проблемою при створенні екосфер є попереднє повне звільнення усіх живих організмів від патогенних інфекцій. Якщо цього не здійснити, то організми швидко гинуть внаслідок низького видового різноманіття в екосфері. Останнє не дає змоги переробити речовини в паралельних трофічних ланцюгах. Джерелом енергії в екосфері є сонячне випромінювання, але в деяких екосферах використовують штучне освітлення. Екосфери є прообразом системи життєзабезпечення космонавтів у тривалих космічних подорожах.

До штучних технічних екосфер можна також віднести виробництва з штучним кліматом у замкненому заводському приміщенні з працюючими робітниками, підводні човни, космічні кораблі та пілотовані космічні станції. У цих екосферах обмін речовиною та енергією здійснюється за участю людини. Існування таких об’єктів є штучним і нетривалим.
4.6. ТРОФІЧНІ ЛАНЦЮГИ (МЕРЕЖІ)

У природі відбувається безперервний колообіг біогенних речовин, необхідних для життя. Автотрофи за допомогою фотосинтезу створюють органічні речовини, якими живляться гетеротрофи, а редуценти знов їх мінералізують. Таким чином, у процесі еволюційного розвитку життя в екологічних системах склалися певні ланцюги живлення (трофічні; грец. «трофо» – живлення). Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) – послідовність груп організмів, кожна з яких (ланка ланцюга) є поживою для наступної, тобто поєднана зв’язками їжа – споживач. На базі трофічних зв’язків виникають ланцюги живлення, що включають групи організмів, у яких одні поїдають інших. До будь-якої екосистеми входить кілька трофічних рівнів або ланок ланцюга. На основі ланцюгів живлення складається екологічна піраміда (рис. 4.4).

Ланцюг живлення, як правило, складається з 2-5 ланок і включає представників продуцентів, консументів і редуцентів:

ерший рівень представлений автотрофними організмами (рослинами) – продуцентами, другий – гетеротрофами (тваринами) – консументами першого порядку. їх ще називають фітофагами (грец. «фітон» – рослина і «фагос» – той, що пожирає), які поїдають рослини. Третій рівень (інколи четвертий, п’ятий) представлений хижаками (зоофагами), або консументами другого (третього, четвертого) порядку. Останній рівень представлений в основному організмами, поживою яких є мертва речовина. їх називають сапрофагами (грец. «сапрос» – гнилий), або редуцентами (лат. «редуцере» – повертати).

Головною властивістю ланцюга живлення є здійснення біологічного колообігу речовин і звільнення запасеної в органічній речовині енергії. Ланцюг живлення може бути не завжди повним. У деяких випадках у них немає рослин (продуцентів). Такими, наприклад, є ланцюги живлення, що формуються на основі розкладання трупів тварин або рослинних решток (лісова підстилка). В ланцюгу живлення часто відсутні або представлені невеликою кількістю тварини (гетеротрофи). Наприклад, у лісі відмерлі рослини відразу споживають редуценти, які розкладають органічні сполуки до мінеральних речовин і вуглекислого газу, завершуючи колообіг. У процесі кожного чергового перенесення енергії живлення з одного трофічного рівня на вищий більша частина (80-90 %) енергії втрачається, переходячи в теплоту.

Ланцюги живлення поділяють на два типи: ланцюги пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини і далі – до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин) і детритні (ланцюги розкладання від детриту через мікроорганізми до детритофагів та їх споживачів – хижаків). Останнім часом вважають, що краще вживати термін «трофічна мережа», а не «ланцюг», оскільки до складу їжі кожного типу входить кілька видів. Кожен з цих видів, у свою чергу, може бути живленням для кількох інших видів.

Основним способом живлення рослин є фотосинтез, у процесі якого під дією сонячної енергії відбувається перетворення неорганічної речовини – вуглекислого газу на вуглеводи:

,

де А -донор електронів. У зелених рослинах (водорості, вищі рослини) донором електронів є вода. Тому в результаті фотосинтезу утворюється кисень:

У бактерій роль донора електронів можуть виконувати, наприклад, гідрогенсульфід та органічні речовини. Так, у зелених і пурпурних сіркобактерій відновлення оксиду карбону (IV) відбувається за схемою:

СО₂ + 2Н₂S → (СН₂О) + 2S + Н₂О.
У процесі фотосинтезу світлова енергія вловлюється хлоропластами і перетворюється в кінцевому підсумку на енергію хімічних зв’язків вуглеводів. У розрахунку на один моль поглиненого вуглецю фіксується 477,7 кДж (114 ккал) енергії. В процесі фотосинтезу беруть участь як фотохімічні реакції, так і суто ферментативні (так звані темнові) реакції, а також процеси дифузії, завдяки яким відбувається обмін вуглекислим газом і киснем між рослинами та атмосферним повітрям. Кожний з цих процесів перебуває під впливом внутрішніх та зовнішніх факторів і може обмежувати продуктивність фотосинтезу загалом.

Рослинна маса формується не тільки за рахунок продуктів фотосинтезу. Поряд з вуглецем, киснем і воднем вона містить у середньому 2-4 % азоту (в білкових речовинах – 15-19 %). Серед біоелементів азот за кількістю його в рослинах посідає четверте місце. Приріст рослинної маси нерідко лімітується кількістю азоту.

Крім світлового живлення рослинам необхідне мінеральне живлення. Вони потребують багато елементів, які або надходять з мінералів, або стають доступними в результаті мінералізації органічної речовини. Всі хімічні елементи поглинаються у формі йонів і включаються в рослинну масу, накопичуючись у клітковому соці. Життєво необхідними і незамінними є основні елементи мінерального живлення, які потрібні у великих кількостях: калій, фосфор, кальцій, магній, сірка, натрій, а також мікроелементи – залізо, мідь, цинк, манган, молібден, бор і хлор. Крім того, існують елементи, потрібні тільки для деяких груп рослин: алюміній – для папоротей, силіцій – для діатомових водоростей і кобальт – для бобових.

Від наявності достатньої кількості живлення залежать усі форми життєдіяльності тварин. Особливість дії живлення як екологічного фактора для тварин полягає в тому, що екологічне значення має тільки нижня межа витривалості. У разі нестачі живлення вона є важливим лімітуючим фактором, тоді як його надлишок не лімітує розвиток особин. Як обмежувальний фактор нестача живлення впливає на плодючість і швидкість розвитку тварин. Підсумовуючи вищесказане, можна сформулювати такий принцип (А. К. Запольський): рушійною силою розвитку організмів є наявність достатнього живлення. Необхідна кількість кормів зростає зі збільшенням маси тварини. Географічне поширення тварин часто зумовлене фактором живлення. Добові, сезонні та інші регулярні міграції тварин здебільшого пов’язані з потребами живлення.

У процесі живлення тварини й рослини дістають енергію, необхідну для життєдіяльності, і поживні речовини, необхідні для побудови тканин тіла та виконання всіх фізіологічних функцій. Вимоги до живлення можуть значно змінюватися залежно від стану організму, пори року тощо. Для рослин і тварин мають значення як кількість поживних речовин, так і їхній якісний склад.

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю. Біомаса – загальна маса живих організмів, яка нагромаджена в популяції, біоценозі чи біосфері на будь-який момент часу. Вона виражається в одиницях сирої чи сухої маси або енергії на одиницю поверхні чи об’єму (гектар або квадратний чи кубічний метр). Найбільшу біомасу на суші серед гетеротрофів мають безхребетні та ґрунтові організми (біомаса дощових червів може сягати 1000- 1200 кг/га). Близько 90 % біомаси біосфери припадає на біомасу наземних рослин. Найбільшою є маса тропічних лісів (до 1700 т/га), а найнижчою – тропічних і субтропічних пустель (близько 2,5 т/га). Біомаса лучних степів становить 250 ц/га (наземна), лісової смуги Полісся – до 3500-4000 (наземна) і 960 ц/га (підземна).

4.7. ЕКОЛОПЧНА ПІРАМІДА

В екологічних системах (біогеоценозах) у процесі еволюції в ланцюгах живлення визначилась важлива закономірність, що дістала назву правила екологічної піраміди: кількість рослинної маси приблизно в 10 разів більша за масу рослиноїдних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків (рис. 4.5). Завдяки тому, що при переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої втрачається до 80-90 % зв’язаної енергії у вигляді теплоти, довжина ланцюгів невелика. Найефективнішим є передавання енергії від одного консумента до іншого, і тому ці ряди найдовші.

Співвідношення чисельності організмів, величини біомас або зв’язаної в біомасі енергії зображають у формі екологічних пірамід (рис. 4.6). Відповідно розрізняють піраміди чисельності, біомаси та енергії. В основі піраміди розміщують відповідні значення першого трофічного рівня екосистеми, а на вершині – останнього. Від основи піраміди до її вершини числові значення, як правило, зменшуються, тому вона спрямована вістрям догори. В енергетичних екологічних пірамідах таке звуження спостерігається завжди. Екологічні піраміди наочно характеризують не лише кількість біомаси, а й інтенсивність її переробки. Проте ця величина має в даному випадку тільки якісний характер.

Рис. 4.5. Екологічна піраміда

Рис. 4.6. Екологічні піраміди:

А – чисельності організмів; Б – біомаси організмів; В – зв’язаної енергії (за Ю. Одумом)

У трофічних ланцюгах усі речовини послідовно переходять від одного виду організмів до іншого. Проте якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному колообігу, то ксенобіотики, синтезовані людиною і не властиві природі, накопичуються при переході від одного виду трофічного ланцюга до іншого. Оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків на одиницю біомаси збільшується. Так, якщо концентрація пестициду ДДТ, який використовували для знищення комах, у тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих риб досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою, – до 75 г на один кілограм біомаси. Отже, впродовж чотирьох ланок трофічного ланцюга концентрація ДЦТ зросла в 1875 разів. Аналогічно концентруються й інші ксенобіотики, проте числові значення їх відрізняються, але закономірно збільшуються від основи екологічної піраміди до її вершини.

Концентрування речовин у трофічних ланцюгах слід враховувати в разі забруднення біосфери ксенобіотиками, тому що при споживанні в їжу тварин і птахів концентрації цих забруднювальних шкідливих речовин можуть бути значними. Трофічні ланцюги виконують ще й бар’єрну функцію, що сприяє самоочищенню завдяки концентруванню речовин і виведенню їх з біологічного колообігу.

Кількість та інтенсивність збільшення біомаси характеризують біологічну продуктивність виду, угруповання або екосистеми. Біопродуктивністю називають швидкість продукування біомаси на певній площі за одиницю часу. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинною (біомаса, продукована консументами та організмами, які розкладаються). Первинна продуктивність материків становить близько 53 млрд т органічної речовини, Світового океану – до 30 млрд т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся та Сибіру, в океані – зони глибинних вод біля материків у тропіках, які збагачені фосфором і азотом, а також материкові мілини холодних морів.

Уся біомаса планети здатна прогодувати не більш як 7-10 млрд чоловік, за одними даними, і не більш як 12 млрд чоловік, за іншими. Уже нині щорічної біомаси, яку збирає людство, недостатньо для харчування населення Землі. Тому необхідно вирішити насамперед проблему регулювання чисельності населення Землі, підвищення продуктивності біосфери та її охорони від посиленого антропогенного тиску.

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Схожі:

Допущено Міністерством освіти України Ф 59 Фінанси підприємств: Підручник / За ред професора А. М. Поддєрьогіна. — К.: КНЕУ, 1998. — 368 с	Підручник Рекомендовано Міністерством освіти і науки України Рекомендовано Міністерством освіти і науки України (лист №14/18. 2-590 від 21 березня 2003року)
Навчальних програм, підручників та навчально-методичних посібників,... Міністерством освіти і науки України з природознавства та хімії для використання в основній і старшій школі у загальноосвітніх навчальних...	А. М. Колодія Рекомендовано Міністерством освіти і науки України За редакцією \В. В. Копєйчикова\ А. М. Колодія Рекомендовано Міністерством освіти і науки України
М. Тодики доктора юридичних і політичних наук, професора В. С. Журавського... Затверджено Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів вищих навчальних закладів	ПЕРЕЛІК програм та навчально-методичної літератури з проблем виховання,... Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління освіти і науки обласних, Київської та Севастопольської міських...
ПЕРЕЛІК програм, підручників та навчально-методичних посібників,... Міністерством освіти і науки України для використання у загальноосвітніх навчальних закладах з навчанням українською мовою	Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Рекомендовано... Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
ПЕРЕЛІК програм, підручників та навчальних посібників, рекомендованих... Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління освіти і науки обласних, Київської та Севастопольської міських...	МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАКА З «Деякі питання запровадження зовнішнього незалежного оцінювання та моніторингу якості освіти», наказу Міністерства освіти і науки...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання