Сравнить природные экосистемы и агроэкосистемы. Естественные и искусственные экосистемы

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

Природа многогранна и прекрасна. Можно сказать, что это целая система, включающая в себя как живую, так и неживую природу. Внутри нее много других различных, уступающих ей по масштабу систем. Но не все они полностью созданы природой. В некоторые из них свою лепту вносит человек. Антропогенный фактор способен кардинально поменять природный ландшафт и его направленность.

Агроэкосистема - возникшая в результате антропогенной деятельности. Люди могут вспахать землю, засадить территорию деревьями, но, что бы мы не делали, нас всегда окружала и будет окружать природа. В этом некая ее особенность. Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? В этом стоит разобраться.

в целом

Вообще, экологическая система - это любая совокупность органических и неорганических компонентов, в которой существует круговорот веществ.

Будь то природная или созданная руками человека, она все равно является экологической системой. Но все же, чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? Обо всем по порядку.

Природная экосистема

Природная система, или, как ее еще называют, биогеоценоз, - это совокупность органических и неорганических компонентов на участке земной поверхности с однородными природными явлениями: атмосфера, горные породы, гидрологические условия, почвы, растения, животные и мир микроорганизмов.

Природная система имеет свою структуру, которая включает в себя следующие компоненты. Продуценты, или, как их еще называют, автотрофы - это все те растения, способные производить органическое вещество, то есть способные к фотосинтезу. Консументы - это те, кто питается растениями. Стоит отметить, что они относятся к первому порядку. Кроме этого, имеются консументы и других порядков. И, наконец, другая группа - это группа редуцентов. Сюда принято относить различного рода бактерии, грибы.

Структура природной экосистемы

В любой экосистеме выделяют пищевые цепи, пищевую сеть и трофические уровни. Пищевая цепь - это последовательное перенесение энергии. Пищевой сетью называются все цепи, соединенные между собой. Трофические уровни - это те места, которые занимают организмы в цепях питания. Продуценты относятся к самому первому уровню, ко второму относят консументов первого порядка, к третьему - второго порядка и так далее.

Сапрофитная цепь или по-другому детритная, начинается с отмерших остатков и заканчивается каким-либо видом животного. Существует всеядная пищевая цепь. Пастбищная выедания) в любом случае начинается с фотосинтезирующих организмов.

Это все то, что касается биогеоценоза. А чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем?

Агроэкосистема

Агроэкосистема - это экосистема, созданная человеком. Сюда можно отнести сады, пашни, виноградники, парки.

Как и предыдущая, агроэкосистема включает в себя следующие блоки: продуценты, консументы, редуценты. К первым относятся культурные растения, сорные растения, растения пастбищ, садов и лесополос. Консументы - это все сельскохозяйственные животные и человек. Блок редуцентов - это комплекс почвенных организмов.

Виды агроэкосистем

Создание антропогенных ландшафтов включает в себя несколько видов:

сельскохозяйственные ландшафты: пашни, пастбища, орошаемые земли, сады и другие;
лесные: лесопарки, полезащитные лесные полосы;
водные: пруды, водохранилища, каналы;
городские: города, поселки;
промышленные: шахты, карьеры.

Существует и другая классификация агроэкосистем.

Типы агроэкосистем

В зависимости от уровня хозяйственного использования, системы делятся на:

агросферу (глобальную экосистему),
аграрный ландшафт,
агроэкосистему,
агроценоз.

В зависимости от энергетической особенности природных зон деление происходит на:

тропический;
субтропический;
умеренный;
арктический типы.

Первый характеризуется высоким обеспечением теплом, непрерывной вегетацией и преобладанием многолетних культур. Второй - двумя периодами вегетации, а именно летним и зимним. Третий тип имеет лишь один период вегетации, а также долгий период покоя. Что касается четвертого типа, то тут возделывание культур очень затруднено по причине низких температур, а также похолоданий на длительное время.

Разнообразие признаков

Все культурные растения должны обладать определенными свойствами. Во-первых, высокой экологической пластичностью, то есть способностью давать урожай в широком диапазоне колебаний климатических условий.

Во-вторых, гетерогенностью популяций, то есть в каждой из них должны быть растения, различные по таким признакам, как время цветения, устойчивость к засухе, морозоустойчивость.

В-третьих, скороспелостью - способностью к быстрому развитию, которое будет опережать развитие сорных растений.

В-четвертых, устойчивостью к грибковым и другим болезням.

В-пятых, устойчивостью к вредным насекомым.

Сравнительная и агроэкосистем

Кроме того, о чем было сказано выше, данные экосистемы сильно отличаются и по ряду других признаков. В отличие от природных, в агроэкосистеме главным потребителем является сам человек. Именно он стремится к максимальному получению первичной продукции (растениеводческой) и вторичной (животноводческой). Вторым потребителем являются сельскохозяйственные животные.

Второе отличие заключается в том, что агроэкосистема формируется и регулируется человеком. Многие задают вопрос, почему агроэкосистема менее устойчива, чем экосистема. Все дело в том, что в них слабо выражена способность к саморегуляции и самовозобновлению. Без участия человека существуют лишь непродолжительное время.

Следующее различие - это отбор. Устойчивость природной экосистемы обеспечивает естественный отбор. В агроэкосистеме он искусственный, обеспечивается человеком и направлен на получение максимально возможной продукции. Энергия, получаемая агросистемой, включает в себя солнце и все то, что дает человек: орошение, удобрения и так далее.

Природный биогеоценоз питается лишь естественной энергией. Как правило, растения, выращиваемые человеком, включают в себя несколько видов, в то время как природная экосистема отличается огромным разнообразием.

Различный питательный баланс - еще одно отличие. Продукция растений в естественной экосистеме используется во многих цепях питания, но тем не менее все равно возвращается в систему. Получается круговорот веществ.

Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем?

Природная и агроэкосистема во многом отличаются друг от друга: растениями, потреблением, жизненностью, устойчивостью к вредителям и болезням, видовым разнообразием, типом отбора и многими другими признаками.

Экосистема, созданная человеком, имеет как преимущества, так и недостатки. Природная же система, в свою очередь, не может иметь каких-либо минусов. В ней все прекрасно и гармонично.

Создавая искусственные системы, человек должен бережно относиться к природе, чтобы не нарушать эту гармонию.

Хозяйственная деятельность человека привела к формированию в природе искусственных экосистем с определенными свойствами, которые называются агроценозы (агробиогеоценозы или агроэкосистемы).

Агроценоз (греч. agros - поле) - это сообщество организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений. При этом их структуру и функцию создает, поддерживает и контролирует человек в своих интересах. Примерами таких экосистем являются поля, огороды, сады, парки, искусственные пастбища, цветники и т.д. Сообщества растений и животных, искусственно создаваемые человеком в морских и пресноводных водоемах, также можно отнести к категории агроценозов.

Сельскохозяйственные экосистемы занимают около 1/3 территории суши, при этом 10% - это пашня, а остальное естественные кормовые угодья. Для того чтобы управлять агроценозом, человек затрачивает антропогенную энергию на обработку почвы, посев высокоурожайных сортов растений, мелиорацию, на внесение удобрений и химических средств защиты растений, на обогрев животноводческих помещений и т.п. Управление при этом может быть интенсивным (высокое вложение энергии) и экстенсивным (низкие вложения энергии). Однако даже при интенсивной стратегии управления доля антропогенной энергии в энергетическом бюджете экосистемы составляет не более 1%. Организмы, обитающие в пределах агроценоза и не относящиеся к объектам хозяйственной деятельности человека, испытывают на себе постоянное воздействие антропогенных факторов и вынуждены приспосабливаться к ним.

Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и большие различия, которые важно учитывать в сельскохозяйственной практике.

Отличиями агроценозов от биогеоценозов являются (таблица 1):

1. Малое 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 (мучнисторосяными, ржавчинными, головневыми грибами, фитофторой и др.).

2. Короткие цепи питания

В агроценозе, как и в биогеоценозе, существуют продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, полевки, птицы, мыши, лисы и т.д.), редуценты (грибы и бактерии). При этом обязательным звеном пищевых цепей является человек, возделывающий поля, сады и собирающий урожай. Но, из-за небольшого числа видов в агроценозе, имеющих высокую численность (культурные растения, сорняки, вредители, возбудители заболеваний), цепи питания в нем короткие и простые.

3. Неполный круговорот веществ

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 безвозвратно изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения.

4. Источник используемой энергии (антропогенная энергия)

Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают антропогенную 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.

5. Искусственный отбор

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.

Направленный человеком, прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

6. Неустойчивость

Чем меньше число слагающих агроценоз видов, тем менее устойчива эта экосистема. Наименее устойчива монокультура (пшеницы, риса, хлопка и.т.д.), требующая для своего существования внесения удобрений и ядохимикатов. Из агроценозов наиболее устойчивы многовидовые экосистемы, например, луг. Неустойчивость агроценоза обусловлена также тем, что защитные механизмы продуцентов - культурных растений - слабее, чем у дикорастущих видов, у которых приспособления совершенствовались в ходе естественного обора в течение миллионов лет.

Таблица 1

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроценозов

Характеристики	Природная экосистема	Агроценоз
1. Видовое разнообразие	Много видов	Малое видовое разнообразие, вид - доминант определяет человек
2. Пищевые цепи	Разветвленные пищевые цепи	Короткие цепи питания
3. Круговорот веществ		Неполный, часть элементов забирает человек
4. Необходимость поступления веществ в экосистему извне	Отсутствует
5. Продуктивность	Зависит от природных условий	Высокая, благодаря человеку
6. Действие отбора	Естественный отбор, остаются более устойчивые особи	Искусственный отбор, остаются ценные для человека особи
7. Саморегуляция
8. Устойчивость

7. Отсутствие полной саморегуляции

Агросистемы не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Агроценоз регулируется человеком, и если его не поддерживать, он быстро разрушится и исчезнет. Культурные растения не выдержат конкуренции с дикими видами и будут вытеснены. На месте агроценоза в засушливом климате возникнет степь, в более холодном и влажном - лес.

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. Их неоспоримые преимущества по сравнению с естественными экосистемами заключается в неограниченных потенциальных возможностях увеличения продуктивности. Однако их реализация возможна только при постоянном, научно обоснованном уходе за почвой, обеспечении растений влагой и элементами минерального питания, охране растений от неблагоприятных абиотических и биотических факторов.

Сходство природных экосистем и агроценозов;
Различия между природными экосистемами и агроценозами.

1. Наличие трёх функциональных групп

(продуценты, консументы, редуценты)

Пшеничное поле

продуценты

консументы

редуценты

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

2. Наличие пищевых сетей

наездник

растения

филин

гусеницы

перепел

жаворонок

лиса

мышь

Пищевая сеть агроценоза

растения

гусеницы

мышь

наездник

перепел

жаворонок

лиса

филин

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

3. Ярусная структура

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

абиотические факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

4. Влияние экологических факторов

биотические факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

4. Влияние экологических факторов

антропогенные факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

5. Часто есть вид - доминант

Вид – доминант – вид, преобладающий в экосистеме по численности и влиянию

Отличия

характеристики

Природная экосистема

1. Видовое разнообразие

Агроценоз

Много видов, образующих сильно разветвлённые пищевые сети

Видов меньше, вид – доминант определяет человек

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

2. Устойчивость

Агроценоз

Неустойчив, без человека погибает

Устойчива

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

3. Действие отбора

Агроценоз

Действует естественный отбор , остаются более приспособленные особи

Естественный отбор ослаблен, действует искусственный отбор , остаются ценные для человека особи

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

4. Источник энергии

Агроценоз

Энергия Солнца и энергия, вносимая человеком (полив, прополка, внесение удобрений и т.д.)

Энергия Солнца

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

5. Круговорот элементов

Агроценоз

Часть элементов забирает человек с урожаем, круговорот неполный

Полный круговорот

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

6. Саморегуляция

Агроценоз

Регулирует человек

Способна к саморегуляции

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

7. Продуктивность (создание органических веществ при фотосинтезе в единицу времени)

Агроценоз

Высокая благодаря человеку

Зависит от природных условий

Заполните таблицу.

Природное сообщество

Естественный отбор

Агроценоз

Искусственный отбор

Дайте оценку движущим силам, формирующим природные и искусственные экосистемы:

Не действует на экосистему;
Действует на экосистему;
Действие на экосистему минимально;
Действие направлено на достижение максимальной продуктивности.

Видовой состав сообщества

Природное сообщество

Видовой состав

Агроценоз

Меньше/ больше по каждой позиции.

Распределите характеристики:

Общие характерно характерно

характеристики только для только для

природных агроценоза

экосистем

Характеристики:

1. Неорганические вещества, поглощаемые продуцентами из почвы, удаляются из экосистемы.

2. Наличие в экосистеме редуцентов.

3. Экосистема быстро разрушается без вмешательства человека.

4. Наличие в цепях питания продуцентов.

5. Основной источник энергии – солнце.

6. Неорганические вещества, поглощаемые продуцентами из почвы, возвращаются в экосистему.

Характеристики:

7. Экосистема устойчива во времени без вмешательства человека.

8. Часть энергии или химических веществ может искусственно вноситься человеком.

9. Человек слабо влияет на круговорот веществ.

10. Характеризуется многообразием экологических ниш.

11. Наличие в цепях питания консументов.

12. Обязательным элементом цепей питания является человек.

Природные экосистемы и созданные человеком агроценозы имеют общие характеристики: _____________________.

Различия связаны с _________________

____________________________________.

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

Дать определения: "экология", "экологический фактор", "фотопериодизм", "экологическая ниша", "среда обитания", "популяция", "биоценоз", "экосистема", "продуцент", "консумент", "редуцент", "сукцессия", "агроценоз".
Приводить примеры фотопериодических реакций растений и, по возможности, животных.
Объяснить разницу между местообитанием популяции и ее нишей. Привести примеры на каждое из этих понятий.
Прокомментировать закон Шелфорда и уметь строить график зависимости организмов от абиотических факторов среды.
Описать пример успешного биологического метода борьбы с вредителями.
Объяснить причины демографического взрыва и возможные последствия, а также значение снижения рождаемости, которое, как правило, следует за снижением смертности.
Построить схему пищевой цепи; правильно указать трафический уровень каждого компонента данной экосистемы.
Построить схему простого круговорота следующих элементов: кислорода, азота, углерода.
Описать события, происходящие при зарастании озера; после вырубки леса.
Указать различия между агроценозом и биоценозом.
Рассказать о значении и структуре биосферы.
Объяснить, каким образом сельское хозяйство, использование ископаемого топлива и производство пластмасс способствуют загрязнению среды и предложить меры для предотвращения этого.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

Тема 18. "Среда обитания. Экологические факторы." глава 1; стр. 10-58
Тема 19. "Популяции. Типы взаимоотношений организмов." глава 2 §8-14; стр. 60-99; глава 5 § 30-33
Тема 20. "Экосистемы." глава 2 §15-22; стр. 106-137
Тема 21. "Биосфера. Круговороты веществ." глава 6 §34-42; стр. 217-290