В рамках готового творческого проекта по биологии "Природные и искусственные экосистемыquot; учащаяся 9 класса рассмотрела отличие искусственных и природных экосистем, изучила экосистемы Дальнего Востока и Забайкалья, раскрыла понятие экологической надежности экосистем.

Подробнее о проекте:

В данной исследовательской работе на тему "Природные и искусственные экосистемы" обучающейся 9 класса были рассмотрены факты из истории открытия и изучения экосистем, а также изучены разные подходы к исследованию экосистемы нашей планеты и ее градации.

В ученическом проекте по биологии дано развернутое определение понятий "экосистема", "природные экосистемы" и "искусственная экосистема", приводятся их отличительные характеристики. Предложенная исследовательская работа рассчитана на освещение проблемы формирования комплексной и гармоничной системы природопользования, которая сегодня остро стоит перед человечеством. Ее разрешение требует знания основ экологии, экономики и организации природопользования всеми специалистами экономического профиля.

Оглавление

Введение
1. Отличие искусственных и природных экосистем.
1.1 Природные экосистемы.    
1.2 Искусственные экосистемы.        
2. Экосистемы Дальнего Востока и Забайкалья.
3. Понятие экологической надежности экосистем.
Заключение
Список литературы

Группировка живых существ — это не хаотичное собрание, а сложная система, которая является результатом длительного процесса эволюции. Живые организмы группируются не случайным образом, а только по законам общего, взаимосвязанного существования в определенных условиях окружающей среды.

Природные группировки, в которые объединяются для совместной жизни растения, животные, грибы, микроорганизмы и их среду обитания, называют экологической системой, или экосистемой.

Взаимодействие человека с природой - одна из наиболее сложных и трудно разрешимых проблем современности. Сегодня стало очевидным, что задачи сохранения окружающей среды и экономического развития взаимосвязаны: разрушая и истощая природную среду невозможно обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Формирование комплексной и гармоничной системы природопользования - важная проблема, стоящая перед человеком. Ее разрешение требует знания основ экологии, экономики и организации природопользования всеми специалистами экономического профиля.

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть, рядовым "консументом”, собирающим дары природы, и начал эти "дары" получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство - растениеводство и животноводство.

Цель данной работы - рассмотреть отличие искусственных и природных экосистем, рассмотреть экосистемы Дальнего Востока и Забайкалья, раскрыть понятие экологической надежности экосистем

Экологическая система - это рассматриваемая как целое совокупность живых существ, со всеми своими взаимными связями, находящихся в общей для них среде обитания.

Опираясь на энергетические особенности существующих систем, можно их классифицировать, приняв энергию за основу, выделяют четыре фундаментальных типа экосистем:

• природные: движимые Солнцем, несубсидируемые;
• природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками;
• движимые Солнцем и субсидируемые человеком;
• индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим и ядерным).

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее. Первые два типа - это природные экосистемы, а третий и четвертый следует отнести к антропогенным (искусственным).

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относятся эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Экосистемы первого типа занимают громадные площади - одни океаны - это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью. Эти системы "производят" столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы "работают" на поддержание своей жизнедеятельности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых для жизни самого человека. Но главное именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним можно отнести третий тип - это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации - это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почв, сев, уборка урожая и др. - это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т.е. снижении видового разнообразия вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (таблица 1).

Таблица 1 Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одной или нескольких растений. Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обуславливается затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на образование почв и т.д.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса.

Животноводство - это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников - как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и "обирает" природные экосистемы.

По мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые экосистемы в простые молодые продуктивные. На поддержание этих систем в "молодом" возрасте увеличивается использование топливо-энергетичеких ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов (таблица 1).

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы (засухи), ее уже не восстановить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача - сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ним более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики - природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе действительное различие между системами лишь в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими (одним-двумя) видами, а в природной - многими видами и веществами.

В экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы - энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше.

• Наземные

Главным фактором при классификации наземных экосистем является тип растительного покрова, преобладающий на определённой территории. Именно по этому критерию можно составить примерный портрет о структуре и характеристиках экосистемы той или иной местности. Опираясь на принцип широтной зональности, можно выделить 9 основных типов биомов, начнём с тех, что ближе к экватору.

Вечнозеленый дождевой тропический лес
Данный биом находится в экваториальном поясе. Здесь всегда очень влажно, и температура стабильна круглый год. Именно в таких благоприятных условиях проживает почти 70% всех известных видов растений и животных Земли. Для тропических лесов характерна древесная растительность, при этом кустарники тут практически отсутствуют, а вот лианы, наоборот, произрастают в больших количествах. Из-за плотности крон высоких деревьев солнечный свет редко проникает к земле. По этой причине подлесок на нижнем ярусе не формируется. Но в тех местах, где вдруг образовались пустоты в лиственном навесе, территория под деревьями сразу покрывается труднопроходимыми зарослями небольших деревьев, кустарников и лиан.

Сезонный тропический лес
Распространен на территориях с жарким климатом и большим количеством осадков, где в течение года влажный сезон чередуется с 1 или 2 сухими. Видовое разнообразие растений этого биома беднее, чем в вечнозеленом дождевом лесу. На характер флоры здесь значительное влияние оказывает количество осадков, выпадающих в разное время года. Для самых влажных областей характерны густые вечнозеленые леса, на территориях, где бывают непродолжительные периоды засухи, произрастают листопадные переменно-влажные леса, сменяющиеся далее саванновыми лесами и колючим редколесьем.

Саванны
Области суши с преобладанием травянистой растительности. Расположены в субэкваториальном поясе, где чётко разграничены дождливый и засушливый сезоны. Растения здесь приспособлены к сухому континентальному климату и могут выживать в условиях засухи, продолжающейся до нескольких месяцев. Помимо злаков и прочих трав в данном биоме распространены также кустарники и низкорослые деревья, но они в основном встречаются единичными экземплярами. Хотя в некоторых странах (например, в Бразилии) в саваннах произрастают редкие леса.

Пустыни
Эти природные экосистемы занимают пятую часть поверхности Земли, их главная отличительная черта - засуха. По ряду признаков выделяют песчаные и песчано-щебневые, каменистые, солончаковые и глинистые пустыни. Также к пустыням относятся отдельные участки в Антарктиде и Арктике, которые на 99% представлены заснеженными территориями. Растительный и животный мир пустынного биома беден. В жарких песчаных областях флора представлена преимущественно суккулентами, запасающими воду с помощью специальных тканей. К ним относятся многие виды молочная и кактусы. Арктические пустыни и вовсе лишены растительного покрова, там встречаются лишь некоторые мхи, лишайники, осоки и злаки.

Степь
Биом умеренных и субтропических широт, характеризующийся безлесьем. В степных регионах всегда жаркое засушливое лето, максимальная температура достигает +50°C. Зима, как правило, малоснежная, умеренно холодная, но случаются и сильные морозы с понижением температуры до 40°C. Растительный покров здесь представлен в основном многолетними ксерофитными травами, деревья почти отсутствуют. По типу растительности и особенностям режима увлажнения выделяют 5 разновидностей степей: горные, луговые или разнотравные, настоящие или ксерофильные, сазовые и пустынные. Некоторые фрагменты степей наблюдаются в лесостепной и полупустынной зонах.

Чапараль
Это биом регионов со Средиземноморским климатом, для которого характерно засушливое лето и влажная мягкая зима с обилием осадков. Фауна этих территорий представлена жестколистными кустарниками. Здесь распространены аденостомы, толокнянки, кустарники вечнозеленых дубов, а ближе к границе - и листопадные виды деревьев и кустарников. Важным элементом в функционировании данного биома является природный пожар, благодаря которому происходит возврат биогенов в экосистему. Без подобных эпизодических выгораний территории, полноценное существование чапаралей было бы невозможно.

Листопадный лес
Распространен в регионах умеренного пояса Северного полушария. Лето здесь умеренно жаркое, зима не слишком суровая, осадки равномерно распределены в течение года. Деревья этого биома являются летнезелеными, т. к. с наступлением холодов они сбрасывают всю листву, чтобы в тёплый период распустить новую. Типичные представители листопадных лесов - дубы, буки, липы, ясени и клены. Встречаются также хвойные виды, в частности ели и сосны.

Тайга
Занимает обширные площади северного умеренного пояса в Северном полушарии (около 15 млн. км). Флора данного биома представлена хвойными видами деревьев, которые образуют густые, растянувшиеся на сотни километров леса. По типам растительности тайгу делят на северную, среднюю и южную, при этом последняя имеет самый богатый видовой состав. Для северных участков обычны низкорослые сосны и ели, в средней тайге распространены ельники-черничники, немалая часть южных территорий занята березово-осинными лесами вторичного происхождения.

Тундра
Расположена между арктическими пустынями и таежными лесами. Климат здесь суровый, характерна высокая относительная влажность и сильные ветры. Вегетационный период в тундре короткий, из растений, способных выживать в таких условиях, преобладают лишайники, мхи и травы, прижимающиеся к поверхности земли. На заболоченных территориях произрастают ягодные кустарнички: голубика, клюква, княженика. Изредка встречаются карликовые деревья.

• Морские

Экосистемы, сформированные в водной среде, характеризующейся высокой степенью солености (около 35%), занимают более 70% поверхности нашей планеты. При их классификации учитывается уровень глубины и степень удалённости от береговой линии.

Отрытый океан
Организмы в данной экосистеме распределены неравномерно. По степени освещённости в океане выделяют: верхнюю хорошо освещаемую зону (до 200 м) и нижнюю, почти лишенную света (свыше 200 м). По уровню глубины различают: литоральную зону (до 200 м), батиальную (2500 м), абиссальную (до 6000 м) и ультраабиссальную (свыше 6000 м). Фауна у поверхности воды гораздо богаче, чем на глубине, но и там, в кромешной темноте, есть жизнь. В глубоководных рифовых зонах (около 3000 м) обитают погонофры, креветки, двустворчатые моллюски, некоторые виды рыб и крабы.

Прибрежные воды
Самые благоприятные области для организмов, с очень богатым видовым составом животных и растений. К прибрежным зонам относят коралловые рифы, расположенные в тропических и субтропических широтах, и эстуарии - устья рек, расширяющиеся в месте впадения в моря.

Районы апвеллинга
Это места, где происходит подъем холодных, богатых биогенами вод на поверхность. Они могут располагаться практически в любой области мирового океана, но чаще встречаются у западных границ материков. Самый известный тип апвеллинга - прибрежный, оказывающий существенное влияние на жизнедеятельность человека, поддерживая продуктивность рыболовных областей мирового океана.

• Пресноводные

Экосистемы, сформированные в пресноводной среде, занимают всего около 0,8% поверхности Земли и по видовому разнообразию флоры и фауны значительно уступают морским экосистемам. По скорости течения воды все пресноводные водоёмы можно разделить на проточные и стоячие.

Проточные — реки, родники, ручьи
Важным фактором, от которого зависит деятельность этих экосистем, является течение. Именно оно оказывает влияние на распределение организмов и содержание солей и газов. Данные экосистемы неразрывно взаимосвязаны с окружающей наземной средой.

Стоячие — озера, пруды, болота и прочие
Организмы стоячих экосистем в разных слоях воды неоднородны. В верхних слоях главными являются планктон и прибрежная растительность. Эти территории тесно связаны с наземными биомами, поскольку верхний слой водоёмов содержит множество организмов, служащих кормом для птиц и млекопитающих.

Средний и придонный слои менее освещены, фауна здесь беднее. Типичные жители средних вод - хищные рыбы. Дно водоёмов обычно покрыто илом, песком, или же может быть каменистым. Здесь обитает большое количество бактерий и грибов, а также некоторые виды придонных рыб, моллюски и ракообразные.

Издавна человек осуществляла влияние на природные экосистемы, меняя их: распахивали луга и степи, вырубали леса, осушали болота, орошала засушливые земли. На их местах появлялись необходимые для выращивания культурных растений поля, огороды, сады, лесополосы, парки и другие группировки.

Все эти системы называют искусственными экосистемами, потому что созданы они усилиями человека. Искусственные экосистемы — это такие экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек для своей пользы.

Искусственные экосистемы состоят из растений-производителей, животных-потребителей, животных почвы — разрушителей. Главным потребителем продукции в искусственных экосистемах является человек, поэтому именно он определяет состав этих систем и поддерживает его постоянство. Например, искусственная экосистема поля представлена ​​растениями-производителями (пшеница — главная культура, василька, березка — сорняки), потребителями (птицы, мыши, насекомые, но главный потребитель — это человек), разрушителями (животные почвы).

Растительная продукция собирается и вывозится с поля. То есть те вещества, которые растения поглощали из почвы для роста и развития, не возвращаются назад, как в естественных экосистемах. Чтобы поддерживать плодородие почвы, человек должен вносить удобрения. Искусственная экосистема представлена ​​теми же группами организмов, что и естественная. Но разнообразие растений и животных в ней регулирует человек.

В природных экосистемах нет такого понятия, как вредители: все живые существа приносят пользу системе в целом, поддерживают ее баланс. Искусственные экосистемы создают для выращивания определенных растений, поэтому все существа, которые мешают им развиваться, рассматриваются как вредители и уничтожаются.

Назначение искусственных экосистем:

• Выращивание продуктов питания (поля, огороды, теплицы).
• Защита почвы (лесополосы).
• Улучшение воздуха в городе, снижение уровня шума (деревья на улицах с активным движением автомобилей).
• Украшение города, места отдыха (скверы, парки, цветники).
• Изучение животных и растений (зоологические и ботанические сады).

Дальний Восток и Забайкалье образуют уникальную экологическую систему. В нее входят как сугубо северные экосистемы, включая Заполярье, так и южные, с реликтовыми растениями, лианами винограда и лимонника, и редкими животными, включая тигра и других животных Уссурийской тайги. А также - континентальные экосистемы в сочетании с приморскими и морскими.

Природные экосистемы Дальнего Востока и Забайкалья весьма динамичны и изначально обладают низкой степенью устойчивости по отношению к широкомасштабным и разноплановым антропогенным воздействиям. Слабая экономическая освоенность и населенность территории способствует сохранению относительно благоприятной экологической обстановки на большей части региона. В первую очередь - на Севере.

Природный ресурсный потенциал юга Дальнего Востока испытывает более существенную антропогенную нагрузку. Зоны хозяйственного воздействия на природную среду увеличиваются в размерах, а негативные последствия деятельности человека становятся все более интенсивными и часто повторяющимися.

Основные экологические проблемы региона связаны с деятельностью ресурсодобывающих отраслей, и прежде всего - лесной. Вырубки и сопровождающие их пожары уничтожают и обедняют таежные экосистемы, изменяют микроклимат и водный режим рек. Разработка месторождений полезных ископаемых вызывает деградацию нерестовых рек. Одной из важнейших проблем является деградация водной экосистемы Амура, охватывающей территории Забайкальского, Приморского и Хабаровского краев, Амурской области и Еврейской автономной области.

Бассейн Амура занимает чуть больше 2 млн.кв.км. Российская часть занимает 49% площади бассейна Амура, а три провинции КНР – 42 % бассейна, остальное приходится на Монголию. С учетом специфики водных ресурсов (природные границы) и проблем их использования (субъекты) целесообразно разделять бассейн Амура на следующие блоки, которые можно условно соотнести с административными границами: Верхний (Внутренняя Монголия и Забайкальский край), Средний (Хэйлунцзян, Цзилинь, Амурская область, ЕАО, Приморский край), Нижний Амур (Хабаровский край).

Из всех субъектов Российской Федерации, расположенных в бассейне реки Амур, в наибольшей степени подвержен вредному влиянию последствий неурегулированности вопросов экологической регламентации и трансграничного воздействия хозяйственной деятельности Хабаровский край. 91,6 процента водосборной площади Нижнего Амура приходится на эту территорию, 8,4 процента - на КНР. Основная масса загрязняющих веществ поступает в Нижнеамурский бассейн со стоком рек Верхнего и Среднего Амура. При этом, сток р.Сунгари (КНР), наиболее крупного правобережного притока Амура, составляет до 40-50 процентов зимнего стока Амура у г. Хабаровска.

На кризисную ситуацию в бассейне Амура влияет прежде всего активное экономическое развитие Северо-Восточного Китая. На китайской стороне при высокоразвитой промышленности и интенсивном сельском хозяйстве неразвита сеть водоочистных сооружений, распахиваются земли и сведены леса по берегам рек, почвы загрязнены. Между тем между Россией и Китаем до сих пор не подписано трансграничное соглашение, позволившее бы урегулировать данные вопросы.

Происходящие в бассейне Амура процессы изменений в природных комплексах приводят к потере способности одной из крупнейших рек мира, к самоочищению и самовосстановлению, к снижению запасов рыбы и прежде всего - осетровых и лососевых, что в свою очередь негативно влияет на условия жизни коренных народов Приамурья.

В последнее время резко возрастает опасность загрязнения морских акваторий Японского моря и северного побережья острова Сахалин, связанные с активизацией хозяйственной жизни в данном регионе.

Особо охраняемые природные территории Дальнего Востока и Забайкалья:

В список объектов всемирного наследия (ЮНЕСКО) включены «Байкал», «Вулканы Камчатки», «Центральный Сихотэ-Алинь», Остров Врангеля. Несмотря на слабую заселенность Дальнего Востока и Забайкалья, здесь существует немало серьезных экологических проблем.

В 2003 году создан Координационный комитет по устойчивому развитию бассейна реки Амур.

Система тем надежнее и стабильнее, чем большее видовое разнообразие она имеет. Это обеспечивает широкие возможности для экологического дублирования. В тоже время под влияние внешних и внутренних факторов в экологических системах происходят постоянные изменения. Некоторые виды экосистем, испытывая негативные воздействия, снижают свою численность, а иногда вовсе исчезают.

Другие виды могут от этого выиграть, и их численность возрастает. Происходит вытеснение одних видов другими. Процессы последовательных изменений состояния экосистем в пространстве или во времени, сопровождающиеся сменой состояний и свойств всех ее компонентов, называются сукцессиями.

Сукцессии - это постепенные необратимые направленные изменения в экосистемах, протекающие в результате внешних и внутренних причин на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействий человека. Различают множество форм сукцессии: пирогенную, катастрофическую, антропогенную и т.д.

Причиной пирогенных сукцессий являются пожары; катастрофических - извержения вулканов, ураганы, необычный паводок, массовое размножение вредителей и т.п.; антропогенных - хозяйственная деятельность человека. Экологическая надежность - способность экосистемы относительно полно самовосстанавливаться и саморегулироваться (в пределах естественных для системы суточных, сезонных, межгодовых и вековых флуктуаций) в течение сукцессионного или эволюционного отрезка ее существования.

Простейший механизм поддержания экологической надежности - замена выбывшего по каким-либо причинам вида или сообщества другим, экологически близким. Если такого вида нет, то его сменяет более систематически отдаленный, например, во многих местах волков - бродячие собаки, а в естественных степях копытных - грызуны, даже растительноядные насекомые.

При этом выпадают не просто отдельные виды, но всегда группы взаимосвязанных видов. при более глубоком нарушении замена происходит на уровне сообщества разного уровня вплоть до биогеоценозов, даже ландшафтных образований (леса сменяются степью, тундрой и т.п.). Нередко при этом снижается их продуктивность и производительность. Наиболее нежелательна смена продуктивных природных систем пустынями.

Завершая работу можно прийти к выводу, что экологическая система - это рассматриваемая как целое совокупность живых существ, со всеми своими взаимными связями, находящихся в общей для них среде обитания.

Экосистемы бывают природные и искусственные.

Отличия искусственной экосистемы от естественной:

• небольшое число видов (например, пшеница и некоторые виды сорных растений на пшеничном поле и связанные с ними животные);
• преобладание организмов одного или нескольких видов (пшеница в поле);
• короткие цепи питания из-за небольшого числа видов;
• незамкнутый круговорот веществ вследствие значительного выноса органических веществ и изъятия их из круговорота в виде урожая;
• невысокая устойчивость и неспособность к самостоятельному существованию без поддержки человека.

Экологическая надежность - способность экосистемы относительно полно самовосстанавливаться и саморегулироваться (в пределах естественных для системы суточных, сезонных, межгодовых и вековых колебаний) в течение сукцессионного или эволюционного отрезка ее существования.

Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет.