что такое искусственные экосистемы
Основные потребители в искусственных экосистемах. Виды и особенности экосистем
Что такое экосистема?
Впервые этот термин начал рассматриваться в 1935 году. Его предложил А. Тенсли, разделив экологическую систему на несколько основных составляющих:
Вам будет интересно: Что такое диакритический знак?
Обмен веществ между живыми организмами в окружающей среде.
Сообщество всех живых организмов, которое называется биоценозом.
Все соединения и виды связей между организмами в каждой отдельной среде обитания.
Каждая среда обитания имеет свои климатические, энергетические и биологические особенности. От них зависит то, какие именно организмы будут проживать в одной экосистеме.
Во всех искусственных экосистемах потребителями являются организмы, обитающие там.
Искусственные экосистемы
Давайте для начала разберемся, что же такое искусственная среда обитания. Это экосистема, которая была создана человеком. Основными потребителями в искусственных экосистемах являются живые организмы, которые были там размещены.
Если спросить у любого человека об искусственной экосистеме, то на ум сразу же приходит мысль о домашнем аквариуме. Он, хоть и не является большой средой обитания, но относится к искусственным экосистемам, созданным человеком.
Он довольно ограничен, и все его внутренние условия регулируются хозяином. Он самостоятельно выбирает, какие питательные вещества будут получать аквариумные рыбки. Кроме того, он настраивает свет, температуру, регулирует основные компоненты воды, а также выбирает растения, которые будут расти внутри аквариума.
Основные виды искусственных экосистем
В XXI веке, куда ни погляди, везде искусственная среда обитания. К примеру, аквариум, о котором мы писали выше.
Поле. Сюда можно отнести обычное пшеничное поле. Отличие от аквариума в том, что основной энергией для живых организмов является солнце, которое не подвластно человеку. Однако люди сами выбирают, какие растения будут расти на поле, чем они будут удобряться, а также чем будут питаться.
Пастбище. Очень похоже на поле, так как солнечная энергия также является важной составляющей для скота. Отличие от поля в том, что основными живыми организмами являются животные, а не растения. Человек сам выбирает, чем они будут питаться. Он может выращивать определенные питательные растения на пастбище, но это уже получается гибрид поля и пастбища.
Особенности искусственных экосистем
Главным отличием является гетеротрофность. То есть все основные потребители искусственных экосистем питаются заранее приготовленной пищей.
Кроме того, все пищевые цепочки в искусственных экосистемах разрушены. К примеру, огород. Человек сам собирает урожай, не дав питаться насекомым и другим видам вредителей. Это приводит к разрушению пищевой цепочки.
Отличие искусственных экосистем от природных
Отличий довольно много. Первое заключается в том, что в природных экосистемах все питательные вещества для живых организмов обеспечивает живая природа.
Также в искусственных экосистемах основных потребителей намного меньше, чем в природных. Это связано с тем, что люди рассаживают на полях лишь один, иногда несколько видов растений. На их пастбищах разводятся только определенные виды животных.
Кроме этого, не все представители животного мира пригодны для жизни в искусственной среде обитания.
Искусственная экосистема
В настоящее время автономные системы жизнеобеспечения используются в экспериментах вроде Биосфера-2, а в практических целях — пока нет.
Содержание
Компактные [ править ]
Это минимально необходимый набор, чтобы дышать, пить и есть, с минимальными массогабаритами — такими, чтобы могли уместиться на уже существующих космических кораблях и станциях, если уменьшить экипаж. По причине тех же массогабаритов наиболее перспективные, так как могут быть поставлены даже на небольшой корабль. Единственная и основная проблема — не слишком привычный рацион:
Но давайте будем откровенны: вы бы стали это есть? За исключением рыб, креветок, лобстеров, устриц и кальмаров (ну, ещё свинок).
Сельскохозяйственные [ править ]
Мини-посевы карликовой пшеницы и т. п. Чтобы почва в невесомости не разлеталась, необходимо использовать гидропонику. Чтобы использовать гидропонику, нужна бутылка с раствором минеральных солей. Такие бутылки обычно растут на… Опс, они не растут, а производятся на химзаводе и покупаются в магазине. Ни того, ни другого в местах требующих искусственных экосистем обычно не наблюдается. С другой стороны взятый с собой запас минеральных солей легче и компактнее запаса еды.
А вот с перепёлками вышел облом. В экспериментах на Земле перепёлки прекрасно росли и размножались, но вот как только дошло до невесомости — обнаружилось, что перепёлки не умеют есть в этих условиях, и каждую птичку космонавтам пришлось кормить вручную. К сожалению, неизвестно, как быстро перепёлки способны научиться есть сами, так как через несколько дней было принято решение прекратить эксперимент, усыпив перепёлок.
Роскошные [ править ]
Наиболее яркий пример — проект Биосфера-2: огромные разнообразные парки с лесами и джунглями, а также океанариумом, общей площадью 1,5 гектара на 8 человек. Причём всей этой роскоши оказалось недостаточно, чтобы прокормить их, так что пришлось, уничтожив часть парка, засеять поля и заняться сельским хозяйством. Плюс система была недостаточно герметичной, что а) похоронило достоверность результатов б) орды непрошеных муравьёв заполонили купол. Но даже это уже больше, чем ничего…
Искусственная экосистема: характеристики, типы, факторы, примеры
Содержание:
Аискусственная экосистема Это тот, биотические компоненты которого были определены людьми для конкретных целей, таких как сельскохозяйственное производство. Их необходимо поддерживать в контролируемых условиях окружающей среды.
Термин экосистема или экологическая система относится к естественной, полуестественной или искусственной единице, которая включает в себя всех живых существ или биотических факторов в данной области, которые взаимодействуют с физическими и химическими компонентами ее окружающей среды, или абиотические факторы.
Экосистемы характеризуются наличием определенного множества биотических факторов или биоразнообразия, а также своими собственными моделями потока энергии и питательных веществ внутри и между их биотическими и абиотическими факторами. Их можно разделить на натуральные, полунатуральные и искусственные.
характеристики
Искусственные экосистемы обладают множеством характеристик, которые различаются в зависимости от цели, для которой они были созданы. В целом они разделяют следующее:
— Они обладают меньшим биоразнообразием, чем естественные и полуестественные экосистемы. В его биотическом компоненте сильно преобладают чужеродные виды или экзотика, завезенные человеком. Они представляют собой упрощенные трофические цепи. Генетическое разнообразие очень низкое даже у интродуцированных видов.
— С точки зрения потребностей человека они более продуктивны или проще в использовании, чем естественные экосистемы. По этой причине они допустили колоссальный рост мирового населения.
— Они уязвимы для деградации и нападения со стороны вредителей, что приводит к потере полезности для человека из-за отсутствия биоразнообразия и механизмов саморегулирования, характерных для природных экосистем. Рециркуляция питательных веществ очень ограничена.
— Их настойчивость зависит от вмешательства человека. Когда они заброшены, они, как правило, в процессе, называемом экологической сукцессией, постепенно возвращаются к состоянию естественных экосистем.
В зависимости от степени вмешательства человека и доступных колонизирующих видов, этот последний процесс позволяет восстановить часть первоначальной сложности и биоразнообразия.
Биотические факторы
В искусственных экосистемах растения и животные состоят в основном из тех видов, которые люди желают иметь. Исходные виды из района удаляются, чтобы создать пространство для желаемых видов или гарантировать, что последние получают монопольную выгоду от имеющихся абиотических факторов.
В искусственных экосистемах местные или интродуцированные виды, которые охотятся на желаемые виды или конкурируют с ними за абиотические факторы, считаются вредителями с целью их уничтожения или, по крайней мере, их систематической борьбы.
В искусственных экосистемах люди терпят присутствие тех местных или интродуцированных видов, которые не оказывают отрицательного воздействия на желаемые виды. В случае определенных местных или интродуцированных видов, которые приносят пользу желаемым видам, например, действуя как биоконтроллеры вредителей, их присутствие иногда поощряется.
Люди являются наиболее определяющим биотическим фактором искусственных экосистем, отвечающим за их создание и поддержание, а также за траекторию, по которой они следуют. Например, искусственная экосистема, такая как посевное поле, может быть преобразована людьми в другой тип искусственной экосистемы, например городской парк.
Абиотические факторы
Абиотические факторы, такие как климат и почвы, обширных искусственных экосистем, как правило, такие же, как и у предшествующих им естественных экосистем на занимаемой ими территории.
Редкий тип искусственной экосистемы составляют замкнутые экологические системы, такие как космические капсулы, которые представляют собой экосистемы, в которых запрещен материальный обмен с внешним миром. Эти экосистемы обычно небольшие по размеру и предназначены для экспериментальных целей.
В закрытых экологических системах абиотические факторы определяет экспериментатор. Если целью является поддержание жизни людей или животных, отходы, такие как углекислый газ, кал и моча, являются абиотическими факторами, которые при участии автотрофных организмов должны превращаться в кислород, воду и пищу.
Виды и реальные примеры
Искусственные экосистемы можно классифицировать по-разному. Наиболее распространенная классификация делит их на наземные и водные. Однако их также можно разделить на городские, пригородные и загородные, открытые и закрытые.
Конечно, можно также комбинировать эти классификации для получения точных характеристик. Так, например, может существовать открытая городская наземная искусственная экосистема или замкнутая водная загородная искусственная экосистема.
Искусственные наземные экосистемы
Важность агроэкосистем настолько велика, что в экологии существует субдисциплина, называемая агроэкологией, которая изучает взаимоотношения культурных растений и домашних животных с неодушевленной окружающей средой.
Также важны общественные и частные парки и сады. С их потребностью в постоянном уходе, например, в удалении так называемых сорняков, парки и сады демонстрируют отсутствие саморегуляции и самосохранения, типичное для искусственных экосистем.
Города также являются искусственными экосистемами, которые стремительно расширяются, часто за счет агроэкосистем.
Другими примерами искусственных наземных экосистем являются лесные плантации для производства древесины и целлюлозы для бумаги, свиноводческие и птицеводческие фермы, теплицы для выращивания овощей, бобовых и цветов, зоопарки, поля для гольфа, и террариумы для разведения рептилий амфибий и членистоногих.
Искусственные водные экосистемы
Мы все слышали об аквариумах, рисовых полях, оросительных каналах, речных каналах, гидропонике, водохранилищах, прудах для аквакультуры рыб и креветок, городских и сельскохозяйственных прудах, плавучих садках для аквакультуры морских рыб и прудах окисления для обработки. сточных вод. Это примеры искусственных водных экосистем.
Изменение человеком гидросферы или части планеты, занятой океанами, озерами, реками и другими водоемами, с целью преднамеренного или случайного создания искусственных экосистем имеет большое экологическое и экономическое значение.
Наша зависимость от водоемов и водных растений и животных, а также их экологические функции имеют решающее значение для нашего выживания. Гидросфера является домом для очень богатого биоразнообразия, обеспечивает пищу, насыщает атмосферу кислородом и используется для отдыха и туризма.
Загрязнение моря и рек пластмассой и бесконечным количеством отходов всех видов создает настоящие искусственные экосистемы со значительно сокращенным биоразнообразием, такие как огромный мусорный остров в Тихом океане, который уже в три раза больше Франции. По оценкам, к 2050 году в океанах планеты будет больше пластика, чем рыбы.
Замкнутые искусственные экосистемы
Планету Земля в целом можно рассматривать как замкнутую экологическую систему, называемую экосферой. Из-за сильных и растущих антропогенных изменений, которые, среди прочего, вызывают аномальные изменения климата и приведут к потере миллионов видов, экосфера может стать замкнутой искусственной экологической системой.
В очень малых масштабах террариумы и аквариумы можно использовать для создания замкнутых искусственных экосистем, в которых содержатся растения и животные. Закрытый контейнер или бутылка с продуктами питания или напитками, зараженными микроорганизмами, также представляют собой примеры замкнутых искусственных экосистем.
Актуальность для будущего земной жизни
Когда они занимают большие площади, особенно в тропических регионах, богатых биологическими эндемиками, искусственные экосистемы вызывают огромную утрату биоразнообразия. Эта проблема иллюстрируется бумом роста плантаций африканских пальм в Индонезии, а также выращивания сои и домашнего скота в Амазонии.
Рост населения требует постоянного расширения искусственных экосистем за счет естественного мира.
Частично это расширение может быть уменьшено за счет повышения производственной эффективности существующих искусственных экосистем и изменения привычек потребления (например, меньшего употребления мясных продуктов), чтобы уменьшить влияние человека.
Искусственные экосистемы не способны к саморегулированию. Это также применимо к экосфере, если она станет гигантской искусственной экосистемой с катастрофическими последствиями не только с точки зрения исчезновения миллионов видов, но и для самого выживания человека.
Устойчивое использование, то есть использование природных ресурсов со скоростью ниже, чем их способность к обновлению, подразумевает делать все возможное, чтобы сохранить как можно больше уникальных природных экосистем, и чтобы искусственные экосистемы сохранили некоторые характеристики. доброкачественные свойства полуестественных экосистем.
Искусственные экосистемы
Что такое искусственные экосистемы
Искусственные экосистемы – это экосистемы, созданные и контролируемые людьми. Как правило, такие экосистемы соответствуют большинству критериев природных экосистем, но при этом не обладают механизмом саморегулирования. Главным отличием искусственных экосистем от естественных является то, что у последних более высокое генетическое разнообразие, сложные пищевые цепи и значительный круговорот питательных веществ. Так же искусственные экосистемы в большинстве своем пагубно воздействуют на экологию (пример: крупные города).
Экосистема, сотворенная человеком, очень хрупка и нуждается в постоянном уходе. Хорошим примером будет сад. За ним надо ухаживать, поливать цветы, пропалывать сорняки, уничтожать вредителей и поддерживать хрупкое равновесие. Если же такой сад оставить без должного присмотра, то вскоре он погибнет из-за отсутствия сложной взаимосвязи между компонентами.
Еще в качестве примера можно взять домашний аквариум. Обычно в нем не обитает боле 2-3 видов рыб, и зачастую отсутствуют живые растения. Такая экосистема нуждается в искусственном способе очищения и насыщения воды, т.к. в ней отсутствуют организмы способные выполнять эти действия.
Признаки искусственной экосистемы
Первым отличительным признаком искусственных экосистем является гетеротрофный тип питания (употребление готовой пищи). В качестве примера возьмем все тот же сад – одну из самых распространенных искусственных экосистем. В данном случае большую роль играют удобрения и обработка растений от паразитов. При этом такие экосистемы вырабатывают некоторые ядовитые вещества, что делает ее нестабильной и зависимой от человеческого вмешательства.
Вторым признаком служит незамкнутый цикл обмена веществ. Люди выращивают растения, оберегают их от природных катаклизмов и нападок паразитов, а затем собирают урожай, оставляя пищевую цепь разрушенной. Из-за отсутствия системы самовосстановления такая экосистема не сможет дальше функционировать и вскоре погибнет. Конечно, спустя некоторое количество времени там может образоваться новая, уже природная экосистема, но из-за вредных химикатов отравляющих почву ей потребуется куда больше времени на образование.
Видовая малочисленность так же является признаком искусственной экосистемы, т.к. оберегая растения люди уничтожают сорняки и паразитов, которые в свою очередь являются частью природных экосистем. Такое вмешательство приносит определенную выгоду человеку, но одновременно с этим делает экосистему максимально неустойчивой.
Характеристики искусственной экосистемы
Отличить искусственную экосистему от природной довольно просто, особенно если знать ее основные характеристики.
Виды искусственных экосистем
Искусственные экосистемы можно условно поделить на три категории: наземную, водную и «жилую».
К наземным искусственным экосистемам можно отнести огороды, поля, фермы и сады. Такие экосистемы чаще всего используются для получения продуктов питания. Они потребляют большое количество воды, отравляют почву химикатами и разрушают естественные цепи обмена веществ.
Водные искусственные экосистемы – это аквариумы, водохранилища, водные фермы и искусственные водоемы. Эти экосистемы, как правило, используются для получения и хранения чистой воды, разведения рыбы. Они чуть более экологичны, чем наземные экосистемы, но все так же загрязняют воду (использование хлора для обеззараживания воды), потребляют много кислорода и разрушают естественные цепи питания.
В «жилых» искусственных экосистемах проживают люди. Это города, деревни, села и даже космические станции. Их главными источниками энергии являются электростанции, они зависимы от деятельности водных и наземных экосистем, и вырабатывают большое количество вредных веществ. Такие экосистемы негативно влияют на окружающую среду, но при этом они очень важны для человечества.
Как создается искусственная экосистема
Первая искусственная экосистема под название «БИОС-1» была создана в 1964 году и представляла собой культиватор с водорослями, от которого по воздуховоду в специальную кабину подавался кислород. Этого было достаточно для снабжения человека кислородом в течение 12 часов. Эксперимент признали удачным, и ученые продолжили исследования в этой области.
Этот эксперимент подтолкнул человечество к дальнейшему изучению и разработке искусственных экосистем. Люди научились выращивать растения в «пробирках», построили МКС и создали огромное количество искусственных экосистем призванных сохранять вымирающие виды и помогать их развитию.
Еще одним немаловажным этапом создания искусственной экосистемы является подбор подходящей растительности и животных. В экосистеме «Биосфера-2» содержалось около 4000 видов растений и животных. Восемь человек в течение двух лет проживали внутри комплекса, подбирая наиболее подходящие и устойчивые виды почвы, растений и животных. Все это делалось для того, чтобы узнать смогут ли люди когда-нибудь создать колонии на других планетах.
Проектировщики данной экосистемы старались добиться полной автономности системы, и у них практически получилось, ведь единственное что соединяло «колонистов» с внешним миром – это подача электроэнергии. Люди могли полноценно жить внутри, ловить рыбу, выращивать урожай и ухаживать за скотом. К сожалению, вскоре проявил себя недочет проектировщиков, что привело к дальнейшему краху системы.
Стеклянный купол, под которым проживали колонисты, был не герметичен, что и спровоцировало утечку кислорода. Начали гибнуть многие растения и животные, насекомые наоборот начали активнее размножаться и нападать на посевы колонистов. Еды перестало хватать для обеспечения людей ежедневной нормой, что повлияло на работоспособность колонистов.
Проект официально завершился 26 сентября 1993 года из-за критической утечки кислорода. Несмотря на неудачу, проект смог продвинуть дальнейшее создание искусственных экосистем на много лет вперед
Примеры искусственных экосистем
На самом деле, искусственные экосистемы буквально окружают нас. Города, зоопарки, аквариумы, МКС, фермы, огороды – все это искусственные экосистемы. Как правило, они служат для промышленных целей или сохранения земной флоры и фауны. Тем не менее, искусственные экосистемы постепенно вытесняют природные и в будущем, если не исправить ситуацию, на земле не останется глобальных естественных экосистем.
Так же существуют и экспериментальные экосистемы, такие как «Биосфера-2», «БИОС-1», «БИОС-2», «Юэгун-1» и многие другие. Эти экосистемы созданы для исследований, которые в дальнейшем помогут человечеству в освоении космоса и предотвращении природных катаклизмов на Земле. Если ученые и дальше продолжат из разработки, то гибель глобальных природных экосистем не будет так критична, ведь люди смогут воссоздать их полное подобие.
Круговорот веществ в искусственной экосистеме.
Искусственные экосистемы могут быть как замкнутые, так и незамкнутые. В качестве примера незамкнутой искусственной экосистемы возьмем аквариум. Видовое разнообразие скудно (обычно это 1-2 вида), требуется постоянное вмешательство в виде кормления, очищения воды и насыщения кислородом. Соответственно круговорот веществ незамкнут и нестабилен, а значить такая экосистема не выживет без вмешательств человека.
С замкнутыми искусственными экосистемами ситуация немного другая. К примеру. запечатанному террариуму с мхом не требуется вода и пища из вне т.к. круговорот веществ замкнут. Но, тем не менее, ему требуются свет и тепло, которые в свою очередь обеспечивает человек, устанавливая лампу и обогреватель. Такая искусственная экосистема более устойчива, но все также требует вмешательств человека.
Продуценты искусственной экосистемы.
Чтобы поддерживать круговорот веществ в экосистеме, требуется наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме. Так же необходимы три функционально различные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты – это организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений и по типу питания относящиеся к автотрофам.
Консументы – это гетеротрофные организмы, питающиеся органическими веществами продуцентов и преобразовывающие их в новые формы.
Редуценты – это гетеротрофные организмы, питающиеся мертвыми органическими веществами и переводящие его в неорганические соединения.
Эта классификация не точна на сто процентов, т.к. консументы и продуценты могут частично выступать в роли редуцентов и выделять в окружающую среду минеральные вещества.
Стоит упомянуть и то, что не всегда присутствие консументов обязательно потому, что круговорот веществ, при определенных обстоятельствах, может осуществляться только за счет деятельности продуцентов и редуцентов. Такие экосистемы редки и являются исключением из правил. Они могут встречаться в тех местах, где ведут свою деятельность сообщества, сформированные только из микроорганизмов.
Видовое разнообразие искусственных экосистем.
Видовое разнообразие искусственных экосистем мало и неразнообразно в сравнении с естественными экосистемами. Связанно это с тем, что большинство искусственных экосистем являются монокультурами (огороды, поля, сады) и для того, чтобы они приносили пользу человек использует различные ядохимикаты тем самым уменьшая и без того скудное разнообразие.
Видовое разнообразие влияет и на устойчивость экосистемы. Именно поэтому искусственные экосистемы очень неустойчивы и не способны к самовосстановлению и саморегуляции.