מערכות אקולוגיות: טבעיות ומלאכותיות. מערכות אקולוגיות הוא אחד ממושגי המפתח של אקולוגיה, שהיא מערכת הכוללת כמה

סטפה, יער נשירים, ביצה, אקווריום, אוקיינוס, שדה - כל פריט מרשימה זו יכול להיחשב כדוגמה למערכת אקולוגית. במאמר שלנו, נחשוף את המהות של מושג זה ונבחן את מרכיביו.

קהילות אקולוגיות

אקולוגיה היא מדע החוקר את כל ההיבטים של מערכות היחסים של אורגניזמים חיים בטבע. לכן, נושא מחקרו אינו פרט נפרד ותנאי קיומו. אקולוגיה מתחשבת באופי, בתוצאה ובפרודוקטיביות של האינטראקציה ביניהם. אז, מכלול האוכלוסיות קובע את התכונות של תפקוד הביוקנוזה, הכולל שורה שלמהמינים ביולוגיים.

אבל בתנאים טבעיים, אוכלוסיות מקיימות אינטראקציה לא רק זו עם זו, אלא גם עם מגוון תנאים. סביבה. קהילה אקולוגית כזו נקראת מערכת אקולוגית. כדי להתייחס למושג זה, נעשה שימוש גם במונח biogeocenosis. גם האקווריום המיניאטורי וגם הטייגה חסרת הגבולות הם דוגמה למערכת אקולוגית.

מערכת אקולוגית: הגדרת המושג

כפי שאתה יכול לראות, מערכת אקולוגית היא מושג רחב למדי. מנקודת מבט מדעית, קהילה זו היא שילוב של אלמנטים של חיות בר וסביבה אביוטית. קחו למשל את הערבה. מדובר בשטח דשא פתוח עם צמחים ובעלי חיים שהסתגלו לתנאי חורפים קרים עם מעט שלג וקיץ חם ויבש. במהלך ההסתגלות לחיים בערבות פיתחו מספר מנגנוני הסתגלות.

אז, מכרסמים רבים עושים מעברים תת קרקעיים שבהם הם מאחסנים עתודות תבואה. לכמה צמחי ערבות יש שינוי כזה של היורה כמו נורה. זה אופייני לצבעונים, כרכומים, טיפות שלג. תוך שבועיים, בעוד שיש מספיק לחות באביב, לנבטים שלהם יש זמן לגדול ולפרוח. והם חווים תקופה לא טובה מתחת לאדמה, אוכלים על חשבון חומרים מזינים שנאגרו בעבר ומי נורה בשרנית.

לצמחי דגנים יש שינוי תת קרקעי נוסף של היורה - קנה השורש. חומרים מאוחסנים גם באינטרנודים המוארכים שלו. דוגמאות לדגני ערבות הן מדורה, עשב כחול, קיפוד, זבל, דשא כפוף. תכונה נוספת היא העלים הצרים המונעים אידוי מוגזם.

סיווג מערכת אקולוגית

כידוע, הגבול של מערכת אקולוגית נקבע על ידי phytocenosis - קהילת צמחים. תכונה זו משמשת גם בסיווג הקהילות הללו. אז, היער הוא מערכת אקולוגית טבעית, הדוגמאות שלה מגוונות מאוד: אלון, אספן, טרופי, ליבנה, אשוח, טיליה, קרן קרן.

סיווג נוסף מבוסס על מאפיינים אזוריים או אקלימיים. דוגמה כזו למערכת אקולוגית היא קהילה של מדף או חופי ים, מדבריות סלעית או חולית, מישור שיטפונות או כרי דשא תת-אלפיניים. מכלול הקהילות הדומות סוג אחרמהווים את המעטפת הגלובלית של הפלנטה שלנו - הביוספרה.

מערכת אקולוגית טבעית: דוגמאות

יש גם ביוגאוצנוזות טבעיות ומלאכותיות. קהילות מהסוג הראשון פועלות ללא התערבות אנושית. למערכת אקולוגית חיה טבעית, שדוגמאותיה רבות למדי, יש מבנה מחזורי. משמעות הדבר היא שצמחים מוחזרים שוב למערכת של מחזור החומר והאנרגיה. וזאת למרות שהוא עובר בהכרח במגוון רשתות מזון.

Agrobiocenoses

באמצעות משאבים טבעיים, האדם יצר מערכות אקולוגיות מלאכותיות רבות. דוגמאות לקהילות כאלה הן אגרוביוקנוזות. אלה כוללים שדות, גינות ירק, פרדסים, מרעה, חממות, מטעי יער. Agrocenoses נוצרים כדי להשיג מוצרים חקלאיים. יש להם אותם אלמנטים של שרשרות מזון כמו המערכת האקולוגית הטבעית.

יצרנים בגידולי גידול הם צמחים תרבותיים ועשבים כאחד. מכרסמים, טורפים, חרקים, ציפורים הם צרכנים, או צרכנים חומר אורגני. וחיידקים ופטריות מייצגים קבוצה של מפרקים. מאפיין ייחודי של אגרוביוצנוז הוא השתתפות חובה של אדם, המהווה חוליה הכרחית בשרשרת הטרופית ויוצר תנאים לפריון של מערכת אקולוגית מלאכותית.

השוואה בין מערכות אקולוגיות טבעיות ומלאכותיות

למלאכותיים, שכבר שקלנו, יש מספר חסרונות בהשוואה לטבעיים. האחרונים מאופיינים ביציבות וביכולת וויסות עצמי. אבל אגרוביוקנוזות לא יכולות להתקיים לאורך זמן ללא השתתפות אנושית. אז, או גינה עם גידולי ירקותבאופן עצמאי מייצר לא יותר משנה, צמחים עשבוניים רב שנתיים - כשלושה. בעל השיא בהקשר זה הוא הגן, גידולי פירותאשר מסוגלים להתפתח באופן עצמאי עד 20 שנה.

מערכות אקולוגיות טבעיות מקבלות רק אנרגיה סולארית. בני אדם מכניסים אותו לאגרוביוקנוזות מקורות נוספיםבצורה של עיבוד אדמה, דשן, אוורור, הדברת עשבים ומזיקים. עם זאת, ידועים מקרים רבים שבהם הפעילות הכלכלית האנושית הובילה גם לתוצאות שליליות: המלחה וריפת מים של קרקעות, מדבור של שטחים וזיהום של קונכיות טבעיות.

מערכות אקולוגיות של ערים

על השלב הנוכחיהתפתחות, האדם כבר עשה שינויים משמעותיים בהרכב ובמבנה הביוספרה. לכן, מעטפת נפרדת מבודדת, שנוצרה ישירות על ידי פעילות אנושית. זה נקרא נואספירה. לאחרונה, מושג כזה כמו עיור פותח באופן נרחב - הגדלת תפקידן של ערים בחיי האדם. הם כבר ביתם של יותר ממחצית מאוכלוסיית העולם.

למערכת האקולוגית של הערים יש מאפיינים ייחודיים משלה. בהם, היחס בין היסודות מופר, שכן ויסות כל התהליכים הקשורים להפיכת חומרים ואנרגיה מתבצע באופן בלעדי על ידי האדם. יוצר לעצמו את כל היתרונות האפשריים, הוא יוצר הרבה תנאים לא נוחים. אוויר מזוהם, בעיות תחבורה ודיור, תחלואה גבוהה, רעש מתמיד משפיעים לרעה על בריאותם של כל התושבים העירוניים.

מהי ירושה

לעתים קרובות מאוד בתוך אותו אזור יש שינוי עוקב, תופעה זו נקראת רצף. דוגמה קלאסית לשינוי במערכת האקולוגית היא הופעתו של יער נשיר במקום מחטני. בשל השריפה בשטח הכבוש, נשמרים רק זרעים. אבל בשביל הנביטה שלהם זה הכרחי הרבה זמן. לכן, במקום השריפה מופיעה לראשונה צמחיית עשב. עם הזמן, הוא מוחלף בשיחים, והם, בתורם, עצים נשירים. רצפים כאלה נקראים משניים. הם מתעוררים בהשפעת גורמים טבעיים או פעילויות אנושיות. בטבע הם נפוצים למדי.

רצפים ראשוניים קשורים לתהליך היווצרות הקרקע. זה אופייני לטריטוריות משוללות חיים. לדוגמה, סלעים, חולות, אבנים, טיט חולי. במקביל, מתעוררים תחילה תנאים להיווצרות קרקעות, ורק אז מופיעים שאר המרכיבים של הביוגאוצנוזה.

אז, מערכת אקולוגית נקראת קהילה, הכוללת אלמנטים ביוטיים והם נמצאים באינטראקציה הדוקה, מחוברים על ידי זרימת חומרים ואנרגיה.

כל היצורים החיים אינם חיים על פני כדור הארץ במנותק זה מזה, אלא יוצרים קהילות. הכל בהם קשור זה בזה, גם אורגניזמים חיים וגם היווצרות כזו בטבע נקראת מערכת אקולוגית שחיה על פי החוקים הספציפיים שלה ובעלת תכונות ואיכויות ספציפיות שננסה להכיר.

הרעיון של מערכת אקולוגית

יש מדע כמו אקולוגיה, שחוקר אבל יחסים אלה יכולים להתבצע רק במסגרת של מערכת אקולוגית מסוימת ומתרחשים לא באופן ספונטני וכאוטי, אלא על פי חוקים מסוימים.

ישנם סוגים שונים של מערכות אקולוגיות, אך כולן הן אוסף של אורגניזמים חיים המקיימים אינטראקציה זה עם זה ועם הסביבה באמצעות חילופי חומרים, אנרגיה ומידע. זו הסיבה שהמערכת האקולוגית נשארת יציבה ובת קיימא לאורך תקופה ארוכה.

סיווג מערכת אקולוגית

למרות המגוון הגדול של המערכות האקולוגיות, כולן פתוחות, שבלעדיהן היה בלתי אפשרי קיומן. סוגי המערכות האקולוגיות שונות, והסיווג עשוי להיות שונה. אם נזכור את המקור, אז המערכות האקולוגיות הן:

1. טבעי או טבעי. בהם, כל האינטראקציה מתבצעת ללא השתתפות ישירה של אדם. הם, בתורם, מחולקים ל:

• מערכות אקולוגיות התלויות לחלוטין באנרגיה סולארית.
• מערכות שמקבלות אנרגיה הן מהשמש והן ממקורות אחרים.

2. מערכות אקולוגיות מלאכותיות. נוצר בידי אדם, ויכול להתקיים רק בהשתתפותו. הם גם מחולקים ל:

• מערכות אגרו-אקו, כלומר אלו הקשורות לפעילויות אנושיות.
• מערכות טכנו-אקולוגיות מופיעות בקשר לפעילות תעשייתית של אנשים.
• מערכות אקולוגיות עירוניות.

סיווג נוסף מבחין בין הסוגים הבאים של מערכות אקולוגיות טבעיות:

1. קרקע:

• יערות גשם.
• מדבר עם צמחייה עשבונית ושיחי.
• סוואנה.
• ערבות.
• יער נשירים.
• טונדרה.

2. מערכות אקולוגיות של מים מתוקים:

• מאגרים עומדים
• מים זורמים (נהרות, נחלים).
• ביצות.

3. מערכות אקולוגיות ימיות:

• אוקיינוס.
• מדף יבשתי.
• אזורי דיג.
• לוע של נהרות, מפרצים.
• אזורי בקע מים עמוקים.

ללא קשר לסיווג, ניתן לראות את מגוון המינים של המערכת האקולוגית, המתאפיין במערך צורות החיים ובהרכבו המספרי.

תכונות הבחנה של מערכת אקולוגית

ניתן לייחס את הרעיון של מערכת אקולוגית הן לתצורות טבעיות והן שנוצרה באופן מלאכותי על ידי האדם. אם אנחנו מדברים על טבעי, אז הם מאופיינים בתכונות הבאות:

• בכל מערכת אקולוגית, המרכיבים החיוניים הם אורגניזמים חיים וגורמים סביבתיים אביוטיים.
• בכל מערכת אקולוגית קיים מחזור סגור מייצור חומרים אורגניים ועד לפירוקם למרכיבים אנאורגניים.
• האינטראקציה של מינים במערכות אקולוגיות מבטיחה יציבות וויסות עצמי.

כֹּל העולםהוא מיוצג על ידי מערכות אקולוגיות שונות, המבוססות על חומר חי עם מבנה מסוים.

מבנה ביוטי של מערכת אקולוגית

גם אם מערכות אקולוגיות שונות במגוון המינים, בשפע של אורגניזמים חיים, בצורות החיים שלהם, המבנה הביוטי בכל אחת מהן עדיין זהה.

כל סוג של מערכות אקולוגיות כולל את אותם מרכיבים; ללא נוכחותם, תפקוד המערכת פשוט בלתי אפשרי.

1. מפיקים.
2. צרכנים מהסדר השני.
3. מצמצמים.

הקבוצה הראשונה של אורגניזמים כוללת את כל הצמחים המסוגלים לתהליך הפוטוסינתזה. הם מייצרים חומר אורגני. קבוצה זו כוללת גם כימוטרופים, היוצרים תרכובות אורגניות. אבל רק בשביל זה הם משתמשים לא באנרגיה סולארית, אלא באנרגיה של תרכובות כימיות.

הצרכנים כוללים את כל האורגניזמים הזקוקים לחומר אורגני מבחוץ כדי לבנות את גופם. זה כולל את כל האורגניזמים אוכלי עשב, טורפים ואוכלי כל.

מפרקים, הכוללים חיידקים, פטריות, ממירים שאריות של צמחים ובעלי חיים לתרכובות אנאורגניות המתאימות לשימוש על ידי אורגניזמים חיים.

תפקוד מערכות אקולוגיות

המערכת הביולוגית הגדולה ביותר היא הביוספרה, אשר, בתורה, מורכבת ממרכיבים בודדים. אתה יכול לעשות את השרשרת הבאה: מינים-אוכלוסיה-מערכת אקולוגית. היחידה הקטנה ביותר במערכת אקולוגית היא המין. בכל biogeocenosis מספרם יכול לנוע בין כמה עשרות למאות ואלפים.

ללא קשר למספר הפרטים והמינים הבודדים בכל מערכת אקולוגית, יש חילופי חומר ואנרגיה מתמידים לא רק בינם לבין עצמם, אלא גם עם הסביבה.

אם אנחנו מדברים על חילופי אנרגיה, אז זה בהחלט אפשרי ליישם את חוקי הפיזיקה. החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע שאנרגיה אינה נעלמת ללא עקבות. זה משתנה רק ממין אחד למשנהו. לפי החוק השני, מערכת סגורהאנרגיה יכולה רק לגדול.

אם חוקים פיסיקליים מוחלים על מערכות אקולוגיות, אז אנו יכולים להסיק שהם תומכים בפעילותן החיונית בשל נוכחות של אנרגיית השמש, אשר אורגניזמים מסוגלים לא רק ללכוד, אלא גם להפוך, להשתמש ולאחר מכן לשחרר לסביבה.

אנרגיה מועברת מרמה טרופית אחת לאחרת; במהלך ההעברה, סוג אחד של אנרגיה מומר לאחר. חלק ממנו, כמובן, הולך לאיבוד בצורה של חום.

כל סוג של מערכות אקולוגיות טבעיות שקיימות, חוקים כאלה פועלים באופן מוחלט בכל אחת מהן.

מבנה מערכת אקולוגית

אם ניקח בחשבון מערכת אקולוגית כלשהי, אז אנחנו בהחלט יכולים לראות בה שקטגוריות שונות, למשל, יצרנים, צרכנים ומפרקים, מיוצגות תמיד על ידי קבוצה שלמה של מינים. הטבע מספק שאם משהו פתאום קורה לאחד המינים, אז המערכת האקולוגית לא תמות מזה, זה תמיד יכול להיות מוחלף בהצלחה באחר. זה מסביר את היציבות של מערכות אקולוגיות טבעיות.

מגוון גדול של מינים במערכת האקולוגית, הגיוון מבטיח את יציבות כל התהליכים המתרחשים בתוך הקהילה.

בנוסף, לכל מערכת יש חוקים משלה, שכל היצורים החיים מצייתים להם. בהתבסס על זה, ניתן להבחין במספר מבנים בתוך הביוגאוצנוזה:

כל מבנה קיים בהכרח בכל מערכת אקולוגית, אבל הוא יכול להיות שונה באופן משמעותי. לדוגמה, אם נשווה את הביוגאוצנוזה של המדבר ויער הגשם, ההבדל נראה לעין בלתי מזוינת.

מערכות אקולוגיות מלאכותיות

מערכות כאלה נוצרות בידיים אנושיות. למרות העובדה כי בהם, כמו בטבעיים, כל מרכיבי המבנה הביוטי נמצאים בהכרח, עדיין קיימים הבדלים משמעותיים. ביניהם ניתן למנות את הדברים הבאים:

1. Agrocenoses מאופיינים בהרכב מינים ירוד. רק אותם צמחים גדלים שם שהאדם מגדל. אבל הטבע עושה את שלו, ותמיד, למשל, על שדה חיטה אפשר לראות פרחי קורנפלורים, חינניות, פרוקי רגליים שונים מתיישבים. במערכות מסוימות, אפילו לציפורים יש זמן לבנות קן על הקרקע ולבקוע גוזלים.
2. אם אדם לא מטפל במערכת האקולוגית הזו, אז צמחים תרבותייםלא יכולים להתחרות עם קרוביהם הפרועים.
3. Agrocenoses קיימים גם בשל האנרגיה הנוספת שאדם מביא, למשל, על ידי מריחת דשנים.
4. מכיוון שהביומסה הגדלה של צמחים נסוגה יחד עם הקטיף, האדמה מתרוקנת מחומרי הזנה. לכן, לקיום נוסף, שוב, יש צורך בהתערבות של אדם שיצטרך לדשן על מנת לגדל את היבול הבא.

ניתן להסיק שמערכות אקולוגיות מלאכותיות אינן שייכות למערכות בנות קיימא ומווסתות את עצמם. אם אדם יפסיק לטפל בהם, הוא לא ישרוד. בהדרגה, מיני בר יעקרו צמחים תרבותיים, והאגרוצנוזה תושמד.

לדוגמה, ניתן ליצור בקלות בבית מערכת אקולוגית מלאכותית של שלושה סוגים של אורגניזמים. אם אתה שם אקווריום, לשפוך מים לתוכו, להניח כמה ענפים של elodea ולהתיישב שני דגים, הנה יש לך מערכת מלאכותית מוכן. אפילו פשוט כזה לא יכול להתקיים ללא התערבות אנושית.

הערך של מערכות אקולוגיות בטבע

באופן גלובלי, כל האורגניזמים החיים מפוזרים על פני מערכות אקולוגיות, כך שקשה לזלזל בחשיבותם.

1. כל המערכות האקולוגיות קשורות זו בזו על ידי מחזור של חומרים שיכולים לנדוד ממערכת אחת לאחרת.
2. בשל נוכחותן של מערכות אקולוגיות בטבע, המגוון הביולוגי נשמר.
3. כל המשאבים שאנו שואבים מהטבע ניתנים לנו על ידי מערכות אקולוגיות: מים נקיים, אוויר,

קל מאוד להרוס כל מערכת אקולוגית, במיוחד לאור היכולות של האדם.

מערכות אקולוגיות והאדם

מאז הופעת האדם, השפעתו על הטבע גדלה מדי שנה. בפיתוח, האדם דמיין את עצמו מלך הטבע, החל ללא היסוס להרוס צמחים ובעלי חיים, להרוס מערכות אקולוגיות טבעיות, ובכך החל לחתוך את הענף שעליו הוא עצמו יושב.

על ידי התערבות במערכות אקולוגיות בנות מאות שנים והפרת חוקי קיומם של אורגניזמים, האדם הוביל לכך שכל האקולוגים בעולם כבר צועקים בקול אחד שהעולם בא. רוב המדענים בטוחים ש אסונות טבע, אשר לאחרונה החלו להתרחש לעתים קרובות יותר, הם תגובת הטבע להתערבות חסרת מחשבה של האדם בחוקיו. הגיע הזמן לעצור ולחשוב שכל סוג של מערכות אקולוגיות נוצרו במשך מאות שנים, הרבה לפני הופעת האדם, והתקיימו בצורה מושלמת בלעדיו. האם האנושות יכולה לחיות בלי הטבע? התשובה מעידה על עצמה.

מערכת אקולוגית מלאכותית - זוהי מערכת אקולוגית אנתרופוגנית מעשה ידי אדם. כל חוקי הטבע הבסיסיים תקפים לגביו, אך בניגוד למערכות אקולוגיות טבעיות, לא ניתן לראות בו כפתוח. יצירה וניטור של מערכות אקולוגיות מלאכותיות קטנות מאפשר קבלת מידע נרחב על מצבה האפשרי של הסביבה עקב השפעות אנושיות בקנה מידה גדול עליה. על מנת לייצר מוצרים חקלאיים, אדם יוצר מערכת אגרואקולוגית לא יציבה שנוצרה באופן מלאכותי ומתוחזקת באופן קבוע (אגרוביוקנוזה ) - שדות, מרעה, גינות ירק, פרדסים, כרמים וכו'.

הבדלים של אגרוצנוזות מביוצנוזות טבעיות: מגוון מינים לא משמעותי (אגרוצנוזה מורכבת ממספר קטן של מינים עם שפע גבוה); שרשרות אספקה ​​קצרות; זרימה לא מלאה של חומרים (חלק מהחומרים התזונתיים נלקחים עם הקציר); מקור האנרגיה הוא לא רק השמש, אלא גם פעילויות אנושיות (טיוב, השקיה, יישום דשן); ברירה מלאכותית (השפעת הברירה הטבעית נחלשת, הברירה מתבצעת על ידי האדם); חוסר ויסות עצמי (ויסות מבוצע על ידי אדם) וכו'. לפיכך, אגרוקנוזות הן מערכות לא יציבות ויכולות להתקיים רק בתמיכתו של אדם. ככלל, מערכות חקלאיות מאופיינות בתפוקה גבוהה בהשוואה למערכות אקולוגיות טבעיות.

מערכות עירוניות (מערכות עירוניות) -- מערכות מלאכותיות (מערכות אקולוגיות) הנובעות מפיתוח ערים, ומייצגות את מוקד האוכלוסייה, מבני מגורים, מתקנים תעשייתיים, ביתיים, תרבותיים וכו'.

ניתן להבחין בין הטריטוריות הבאות בהרכבן: אזורי תעשייה , שבו מרוכזים מתקנים תעשייתיים של מגזרים שונים במשק והם המקורות העיקריים לזיהום סביבתי; אזורי מגורים (אזורי מגורים או שינה) עם בנייני מגורים, מבנים מנהליים, אובייקטים של חיי היומיום, תרבות וכו'); אזורי בילוי , מיועד לבילוי של אנשים (פארקי יער, מרכזי בילוי וכו'); מערכות תחבורה ומתקנים , מחלחל לכל המערכת העירונית (רכב ו מסילות ברזל, מטרו, תחנות דלק, מוסכים, שדות תעופה וכו'). קיומן של מערכות אקולוגיות עירוניות נתמך על ידי מערכות חקלאיות ואנרגיה של דלקים מאובנים והתעשייה הגרעינית.

מערכת אקולוגית היא אוסף של אורגניזמים חיים המחליפים ללא הרף חומר, מידע ואנרגיה זה עם זה ועם הסביבה. אנרגיה מוגדרת כיכולת לעשות עבודה. תכונותיו מתוארות על ידי חוקי התרמודינמיקה. החוק הראשון של התרמודינמיקה, או חוק שימור האנרגיה, קובע שאנרגיה יכולה להשתנות מצורה אחת לאחרת, אך היא אינה נעלמת או נוצרת מחדש.

החוק השני של התרמודינמיקה אומר: בכל טרנספורמציה של אנרגיה, חלק ממנה הולך לאיבוד בצורה של חום, כלומר. הופך לבלתי זמין ל שימוש נוסף. המדד של כמות האנרגיה שאינה זמינה לשימוש, או בדרך אחרת המדד של השינוי בסדר המתרחש במהלך השפלה של האנרגיה, הוא אנטרופיה. ככל שסדר המערכת גבוה יותר, האנטרופיה שלה נמוכה יותר.

תהליכים ספונטניים מובילים את המערכת למצב של שיווי משקל עם הסביבה, לצמיחת אנטרופיה, לייצור אנרגיה חיובית. אם מבודדת מערכת שאינה חיה שאינה מאוזנת עם הסביבה, אז כל התנועה בה תיפסק במהרה, המערכת כולה תגווע ותהפוך לקבוצה אינרטית של חומר הנמצאת בשיווי משקל תרמודינמי עם הסביבה, כלומר, במצב עם אנטרופיה מקסימלית.

זהו המצב הסביר ביותר עבור המערכת והיא לא תוכל לצאת ממנו באופן ספונטני ללא השפעות חיצוניות. כך, למשל, מחבת אדומה לוהטת, לאחר שהתקררה, לאחר פיזור חום, אינה מתחממת בעצמה; האנרגיה לא אבדה, היא חיממה את האוויר, אבל איכות האנרגיה השתנתה, היא כבר לא יכולה לעבוד. לפיכך, במערכות שאינן חיות מצב שיווי המשקל שלהן יציב.

למערכות חיות יש הבדל מהותי אחד ממערכות שאינן חיות - הן מבצעות עבודה מתמדת נגד איזון עם הסביבה. במערכות חיות, מצב יציב ללא שיווי משקל. החיים הם התהליך הספונטני הטבעי היחיד על פני כדור הארץ שבו האנטרופיה פוחתת. זה אפשרי מכיוון שכל מערכות החיים פתוחות לחילופי אנרגיה.

יש כמות עצומה של אנרגיה חופשית מהשמש בסביבה, והמערכת החיה עצמה מכילה רכיבים שיש להם מנגנונים ללכידה, ריכוז ולאחר מכן פיזור אנרגיה זו בסביבה. פיזור האנרגיה, כלומר העלייה באנטרופיה, הוא תהליך המאפיין כל מערכת, דומם וחיה כאחד, ואנרגיה לכידה עצמית וריכוז היא יכולתה של מערכת חיה בלבד. במקביל מופקים סדר וארגון מהסביבה, כלומר פיתוח של אנרגיה שלילית – אי-אנטרופיה. תהליך זה של היווצרות סדר במערכת מתוך הכאוס של הסביבה נקרא ארגון עצמי. זה מוביל לירידה באנטרופיה של מערכת חיה, נוגד את האיזון שלה עם הסביבה.

לפיכך, כל מערכת חיה, לרבות מערכת אקולוגית, שומרת על פעילותה החיונית, ראשית, עקב נוכחות של עודף אנרגיה חופשית בסביבה; שנית, היכולת ללכוד ולרכז אנרגיה זו, וכאשר משתמשים בה, לפזר מצבים עם אנטרופיה נמוכה לתוך הסביבה.

הם לוכדים את האנרגיה של השמש וממירים אותה לאנרגיה פוטנציאלית של החומר האורגני של הצמח - יצרנים. האנרגיה המתקבלת בצורה של קרינת שמש מומרת לאנרגיה של קשרים כימיים במהלך הפוטוסינתזה.

אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ מתפזרת באופן הבא: 33% ממנה משתקפת בעננים ואבק של האטמוספירה (זהו מה שנקרא אלבדו או מקדם ההשתקפות של כדור הארץ), 67% נספגים באטמוספירה, פני השטח של כדור הארץ ו האוקיינוס. מתוך כמות זו של אנרגיה נספגת, רק כ-1% מושקע בפוטוסינתזה, ושאר האנרגיה, המחממת את האטמוספירה, היבשה והאוקיינוס, מוקרנת מחדש לתוך מֶרחָבבצורה של קרינה תרמית (אינפרא אדום). 1% זה של האנרגיה מספיק כדי לספק לו את כל החומר החי של כדור הארץ.

תהליך הצטברות האנרגיה בגוף של חומרים פוטוסינתטיים קשור לעלייה במשקל הגוף. פרודוקטיביות של מערכת אקולוגית היא הקצב שבו היצרנים סופגים אנרגיית קרינה באמצעות פוטוסינתזה, ומייצרים חומר אורגני שיכול לשמש כמזון. מסת החומרים שנוצרה על ידי היצרן הפוטוסינתטי מכונה ייצור ראשוני, זוהי הביומסה של רקמות הצמח. הייצור הראשוני מתחלק לשתי רמות - ייצור ברוטו ונטו. ייצור ראשוני גולמי הוא המסה הכוללת של חומר אורגני גולמי שנוצר על ידי צמח ליחידת זמן בקצב נתון של פוטוסינתזה, כולל הוצאה על נשימה (חלק מהאנרגיה המושקעת בתהליכים חיוניים; הדבר מוביל לירידה בביומסה).

אותו חלק מהתפוקה הגולמית שלא מושקע "לנשימה" נקרא ייצור ראשוני נטו. הייצור הראשוני נטו הוא רזרבה, שחלקה משמש כמזון על ידי אורגניזמים - הטרוטרופים (צרכנים מהמעלה הראשונה). האנרגיה המתקבלת על ידי הטרוטרופים עם מזון (מה שנקרא אנרגיה גדולה) מתאים לעלות האנרגיה של כמות האוכל הכוללת שנאכלה. עם זאת, יעילות העיכול של המזון לעולם לא מגיעה ל-100% ותלויה בהרכב המזון, בטמפרטורה, בעונה ובגורמים נוספים.

קשרים פונקציונליים במערכת האקולוגית, כלומר. המבנה הטרופי שלו יכול להיות מיוצג באופן גרפי, בצורה פירמידות אקולוגיות. בסיס הפירמידה הוא רמת היצרנים, והמפלסים הבאים יוצרים את הקומות ואת החלק העליון של הפירמידה. ישנם שלושה סוגים עיקריים של פירמידות אקולוגיות.

פירמידת המספרים (הפירמידה של אלטון) משקפת את מספר האורגניזמים בכל רמה. פירמידה זו משקפת סדירות - מספר הפרטים המרכיבים שורה של קישורים מיצרנים לצרכנים יורד בהתמדה.

פירמידת הביומסה מציינת בבירור את כמות כל החומר החי ברמה טרופית נתונה. במערכות אקולוגיות יבשתיות חל כלל פירמידת הביומסה: המסה הכוללת של הצמחים עולה על המסה של כל אוכלי העשב, ומסתם עולה על כל הביומסה של הטורפים. לגבי האוקיינוס, כלל פירמידת הביומסה אינו חוקי - לפירמידה יש ​​מבט הפוך. המערכת האקולוגית באוקיינוס ​​מאופיינת בהצטברות ביומסה על רמות גבוהות, בטורפים.

פירמידת האנרגיה (ייצור) משקפת את הוצאת האנרגיה בשרשראות טרופיות. כלל פירמידת האנרגיה: בכל רמה טרופית קודמת, כמות הביומסה הנוצרת ליחידת זמן (או אנרגיה) גדולה יותר מאשר בשנייה.

השוואה בין מערכות אקולוגיות אנתרופוגניות טבעיות ומפושטות (לפי מילר, 1993)

מערכת אקולוגית טבעית (ביצה, אחו, יער)	מערכת אקולוגית אנתרופוגנית (שדה, צמח, בית)
קולט, הופך, צובר אנרגיה סולארית.	צורך אנרגיה מדלקים מאובנים וגרעיניים.
מייצר חמצן וצורך פחמן דו חמצני.	צורך חמצן ומייצר פחמן דו חמצני בעת שריפת דלקים מאובנים.
יוצר אדמה פורייה.	מדלדל או מהווה איום על קרקעות פוריות.
צובר, מטהר וצורך מים בהדרגה.	משתמש בהרבה מים, מזהם אותם.
יוצר בתי גידול סוגים שוניםחַיוֹת בַּר.	הורס את בתי הגידול של מינים רבים של חיות בר.
מסנן ומחטא מזהמים ופסולת ללא תשלום.	מייצר מזהמים ופסולת שיש לטהר אותם על חשבון הציבור.
יש לו יכולת של שימור עצמי וריפוי עצמי.	דורש הוצאות גדולות עבור תחזוקה ושיקום מתמידים.

המטרה העיקרית של המערכות החקלאיות שנוצרו היא שימוש רציונלי בהן משאבים ביולוגיים,המעורבים ישירות בתחום הפעילות האנושית - מקורות מוצרי מזון, חומרי גלם טכנולוגיים, תרופות.

מערכות אגרואקולוגיות נוצרות על ידי האדם כדי להשיג תשואה גבוהה - ייצור טהור של אוטוטרופים.

לסיכום כל מה שכבר נאמר על מערכות חקלאיות, אנו מדגישים את ההבדלים העיקריים הבאים מאלו הטבעיים (טבלה 2).

1. במערכות חקלאיות, מגוון המינים מצטמצם בחדות:

§ הירידה במיני הצמחים התרבותיים מפחיתה גם את המגוון הנראה לעין של אוכלוסיית בעלי החיים של הביוקנוזה;

§ מגוון המינים של בעלי חיים שגדל על ידי האדם זניח בהשוואה לזה הטבעי;

§ שטחי מרעה מעובדים (עם זריעה של עשבים) דומים במגוון המינים לשדות חקלאיים.

2. מיני צמחים ובעלי חיים המטופחים על ידי האדם "מתפתחים" באמצעות ברירה מלאכותית ואינם תחרותיים במאבק נגד מיני בר ללא תמיכה אנושית.

3. מערכות אגרו-אקולוגיות מקבלות אנרגיה נוספת בסבסוד על ידי האדם, בנוסף לאנרגיה סולארית.

4. ייצור נטו (יבול) מוסר מהמערכת האקולוגית ואינו נכנס לשרשרות המזון של הביוקנוזה, אלא שימוש חלקי בו על ידי מזיקים, הפסדים במהלך הקטיף, שיכולים ליפול גם לשרשראות טרופיות טבעיות. בכל דרך אפשרית מדוכא על ידי האדם.

5. מערכות אקולוגיות של שדות, מטעים, שדות מרעה, גינות מטבח וגידולים אחרים הם מערכות פשוטות הנתמכות על ידי האדם בשלבי הירושה המוקדמים, והן אינן יציבות ואינן מסוגלות לוויסות עצמי בדיוק כמו קהילות חלוצים טבעיות, ולכן אינן יכולות להתקיים בלעדיה. תמיכה אנושית.

שולחן 2

מאפיינים השוואתיים של מערכות אקולוגיות טבעיות ומערכות חקלאיות.

מערכות אקולוגיות טבעיות	מערכות אגרואקולוגיות
יחידות יסוד טבעיות ראשוניות של הביוספרה, שנוצרו במהלך האבולוציה.	יחידות אלמנטריות מלאכותיות משניות שעברו טרנספורמציה על ידי אדם של הביוספרה.
מערכות מורכבות עם מספר לא מבוטל של מיני בעלי חיים וצמחים הנשלטות על ידי אוכלוסיות של מספר מינים. הם מאופיינים באיזון דינמי יציב המושג על ידי ויסות עצמי.	מערכות מפושטות עם דומיננטיות של אוכלוסיות ממין אחד של צמחים ובעלי חיים. הם יציבים ומאופיינים בשונות של מבנה הביומסה שלהם.
הפריון נקבע על פי המאפיינים המותאמים של האורגניזמים המעורבים במחזור החומרים.	הפריון נקבע לפי רמת הפעילות הכלכלית ותלוי ביכולות כלכליות וטכניות.
הייצור הראשוני משמש בעלי חיים ומשתתף במעגל החומרים. "צריכה" מתרחשת כמעט במקביל ל"ייצור".	היבול נקטף כדי לענות על צורכי האדם ולהאכיל בעלי חיים. חומר חימצטבר במשך זמן מה מבלי להיות נצרך. הפרודוקטיביות הגבוהה ביותר מתפתחת רק לזמן קצר.

מערכות אקולוגיות הן אחת מהן מושגי מפתחאקולוגיה שהיא מערכת הכוללת מספר מרכיבים: קהילה של בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים, בית גידול אופייני, מערכת שלמה של יחסים שבאמצעותה מתבצעת החלפת חומרים ואנרגיות.

במדע, ישנם מספר סיווגים של מערכות אקולוגיות. אחד מהם מחלק את כל המערכות האקולוגיות המוכרות לשתי מחלקות גדולות: טבעי, שנוצר על ידי הטבע, ומלאכותי, אלה שנוצר על ידי האדם. בואו נסתכל על כל אחד מהשיעורים הללו ביתר פירוט.

מערכות אקולוגיות טבעיות

כפי שצוין לעיל, נוצרו מערכות אקולוגיות טבעיות וטבעיות כתוצאה מפעולת כוחות הטבע. הם מאופיינים ב:

• קשר הדוק בין חומרים אורגניים לא אורגניים
• מעגל קסמים שלם של מחזור החומרים: החל מהופעת החומר האורגני וכלה בריקבונו ופירוקו למרכיבים אנאורגניים.
• חוסן ויכולת ריפוי עצמי.

כל המערכות האקולוגיות הטבעיות מוגדרות על ידי התכונות הבאות:

• 1. מבנה המינים: המספר של כל מין של בעל חיים או צמח מוסדר על ידי תנאים טבעיים.
  2. מבנה מרחבי: כל האורגניזמים מסודרים בהיררכיה אופקית או אנכית קפדנית. לדוגמה, במערכת אקולוגית של יער, שכבות נבדלות בבירור, במערכת אקולוגית מימית, התפלגות האורגניזמים תלויה בעומק המים.
  3. חומרים ביוטיים ואביוטיים. האורגניזמים המרכיבים מערכת אקולוגית מתחלקים לא-אורגניים (אביוטים: אור, אוויר, אדמה, רוח, לחות, לחץ) ולאורגניים (ביוטיים - בעלי חיים, צמחים).
  4. בתורו, המרכיב הביוטי מחולק ליצרנים, צרכנים ומשמידים. היצרנים כוללים צמחים וחיידקים, שבעזרת אור השמש והאנרגיה יוצרים חומרים אורגניים מחומרים לא אורגניים. צרכנים הם בעלי חיים וצמחים טורפים הניזונים מחומר אורגני זה. משמידים (פטריות, חיידקים, כמה מיקרואורגניזמים) הם הכתר של שרשרת המזון, שכן הם מייצרים את התהליך ההפוך: חומרים אורגניים מומרים לחומרים אנאורגניים.

הגבולות המרחביים של כל מערכת אקולוגית טבעית מותנים מאוד. במדע נהוג להגדיר את הגבולות הללו לפי קווי המתאר הטבעיים של התבליט: למשל ביצה, אגם, הרים, נהרות. אבל במצטבר, כל המערכות האקולוגיות המרכיבות את המעטפת הביולוגית של הפלנטה שלנו נחשבות פתוחות, מכיוון שהן מקיימות אינטראקציה עם הסביבה והחלל. במבט הכללי ביותר, התמונה נראית כך: אורגניזמים חיים מקבלים אנרגיה, חומרים קוסמיים ויבשתיים מהסביבה, ובמוצא - סלעי משקע וגזים, שבסופו של דבר יוצאים לחלל.

כל מרכיבי המערכת האקולוגית הטבעית קשורים זה בזה. עקרונות הקשר הזה נוצרים עם השנים, לפעמים מאות שנים. אבל בגלל זה הם הופכים כל כך יציבים, שכן הקשרים ותנאי האקלים הללו קובעים את סוגי החיות והצמחים שחיים באזור זה. כל חוסר איזון במערכת האקולוגית הטבעית יכול להוביל להיעלמותה או להפחתה. הפרה כזו יכולה להיות, למשל, כריתת יערות, השמדת אוכלוסייה של זן מסוים של בעלי חיים. במקרה זה, שרשרת המזון מופרעת מיד, והמערכת האקולוגית מתחילה "להיכשל".

אגב, גם הכנסת אלמנטים נוספים למערכות אקולוגיות עלולה לשבש אותה. לדוגמה, אם אדם מתחיל לגדל בעלי חיים במערכת האקולוגית שנבחרה שלא היו שם בתחילה. אישור חי לכך הוא גידול ארנבות באוסטרליה. בהתחלה זה היה רווחי, כי בסביבה כל כך פורייה ומצוין לגידול תנאי מזג אוויר, ארנבות החלו להתרבות במהירות מדהימה. אבל בסוף הכל התמוטט. אינספור המוני ארנבים הרסו שטחי מרעה שבהם נהגו לרעות כבשים. מספר הכבשים החל לרדת. אדם מקבל הרבה יותר מזון מכבשה אחת מאשר מ-10 ארנבות. המקרה הזה אפילו נכנס לפתגם: "ארנבים אכלו את אוסטרליה". זה לקח מאמץ מדהים של מדענים ו עלויות גבוהותלפני שהצלחנו להיפטר מאוכלוסיית הארנבים. לא ניתן היה להשמיד לחלוטין את אוכלוסייתם באוסטרליה, אך מספרם ירד ולא איים עוד על המערכת האקולוגית.

מערכות אקולוגיות מלאכותיות

מערכות אקולוגיות מלאכותיות הן קהילות של בעלי חיים וצמחים שחיים בתנאים שנוצרו עבורם על ידי האדם. הם נקראים גם noobiogeocenoses או socio-ecosystems. דוגמאות: שדה, מרעה, עיר, חברה, ספינת חלל, גן חיות, גן, בריכה מלאכותית, מאגר.

לפי הכי הרבה דוגמה פשוטהמערכת אקולוגית מלאכותית היא אקווריום. כאן, בית הגידול מוגבל על ידי קירות האקווריום, זרימת האנרגיה, האור והחומרים התזונתיים מתבצעת על ידי האדם, הוא גם מווסת את הטמפרטורה והרכב המים. גם מספר התושבים נקבע בתחילה.

תכונה ראשונה: כל המערכות האקולוגיות המלאכותיות הן הטרוטרופיות, כלומר צריכת מזון מוכן. קחו, למשל, עיר, אחת המערכות האקולוגיות הגדולות מעשה ידי אדם. הזרם של אנרגיה שנוצרה באופן מלאכותי (צינור גז, חשמל, מזון) משחק כאן תפקיד עצום. יחד עם זאת, מערכות אקולוגיות כאלה מאופיינות בתפוקה גבוהה של חומרים רעילים. כלומר, אותם חומרים שבמערכת האקולוגית הטבעית משמשים מאוחר יותר לייצור חומרים אורגניים הופכים לרוב לבלתי שמישים בחומרים מלאכותיים.

עוד אחד מאפיין מבדלמערכות אקולוגיות מלאכותיות - מחזור פתוח של חילוף חומרים.קחו, למשל, מערכות אקולוגיות חקלאיות - החשובות ביותר לבני אדם. אלה כוללים שדות, פרדסים, גינות ירק, מרעה, חוות ואדמות חקלאיות אחרות בהן אדם יוצר תנאים לפינוי מוצרי צריכה. חלק משרשרת המזון במערכות אקולוגיות כאלה נלקח על ידי אדם (בצורת יבול), ולכן שרשרת המזון נהרסת.

ההבדל השלישי בין מערכות אקולוגיות מלאכותיות למערכות טבעיות הוא מחסור במינים שלהן.. אכן, אדם יוצר מערכת אקולוגית למען גידול אחד (לעיתים נדירות כמה) מינים של צמחים או בעלי חיים. למשל, בשדה חיטה משמידים את כל המזיקים והעשבים שוטים, רק מעבדים חיטה. זה מאפשר לקבל הקציר הטוב ביותר. אך יחד עם זאת, השמדת אורגניזמים "לא רווחית" לבני אדם הופכת את המערכת האקולוגית ללא יציבה.

מאפיינים השוואתיים של מערכות אקולוגיות טבעיות ומלאכותיות

נוח יותר להציג השוואה של מערכות אקולוגיות טבעיות ומערכות חברתיות-אקולוגיות בצורה של טבלה:

מערכות אקולוגיות טבעיות	מערכות אקולוגיות מלאכותיות
המרכיב העיקרי הוא אנרגיה סולארית.	מקבל בעיקר אנרגיה מדלק ומאוכל מבושל (הטרוטרופי)
טפסים אדמה פוריה	מדלדל את האדמה
כל המערכות האקולוגיות הטבעיות סופגות פחמן דו חמצני ומייצרות חמצן.	רוב המערכות האקולוגיות המלאכותיות צורכות חמצן ומייצרות פחמן דו חמצני.
מגוון מינים גדול	מספר מוגבל של מינים של אורגניזמים
יציבות גבוהה, יכולת ויסות עצמי וריפוי עצמי	קיימות חלשה, שכן מערכת אקולוגית כזו תלויה בפעילויות אנושיות
חילוף חומרים סגור	שרשרת מטבולית לא סגורה
יוצרת בתי גידול לחיות בר וצמחים	הורס בתי גידול לחיות בר
צובר מים, משתמש בהם בתבונה ומטהר	צריכת מים גבוהה, הזיהום שלה