§ 47. Искусственные экосистемы

Определения и обозначения

Искусственная экосистема — созданное или существенно изменённое человеком сообщество организмов и факторов среды, существование которого поддерживается деятельностью человека. Примеры — поле, сад и аквариум. Это понятие помогает отличить систему, которой человек управляет, от сообщества, развивающегося преимущественно самостоятельно.

Агроценоз — искусственная экосистема сельскохозяйственного поля, сада, огорода или пастбища, предназначенная для получения продукции. Например, пшеничное поле создают и обрабатывают ради урожая зерна. Понятие показывает, что сельскохозяйственная система — не просто набор растений, а сообщество организмов со своей средой и связями.

Продуценты, консументы и редуценты — группы организмов, обеспечивающие образование органического вещества, его потребление и разложение в искусственной экосистеме. Культурные растения — продуценты, растительноядные животные — консументы, а многие бактерии и грибы — редуценты. Такое деление помогает проследить, откуда берётся пища и как остатки организмов возвращаются в круговорот веществ.

Устойчивость экосистемы — способность сохранять строение и функционирование при изменениях условий среды. Устойчивое сообщество не разрушается от каждого небольшого нарушения и может восстанавливать связи между организмами. Это понятие позволяет оценить, насколько экосистема способна обходиться без постоянного вмешательства человека.

Как это устроено

Искусственная экосистема включает неживые условия — свет, температуру, воду, воздух и почву — и живые организмы. Абиотические факторы, то есть условия неживой природы, влияют на рост растений и жизнь животных. Растения используют солнечную энергию и минеральные вещества, животные питаются растениями или другими животными, а редуценты перерабатывают остатки. Так возникают пищевые связи, которые соединяют организмы друг с другом и со средой.

Агроценоз зависит от человека, потому что его состав подчинён задаче получить нужную продукцию. Почву обрабатывают, чтобы создать условия для посева, а растения поливают, если естественных осадков недостаточно. Удобрения восполняют часть минеральных веществ, а защита урожая снижает потери от вредителей и болезней. Без этих действий условия могут перестать подходить культурным растениям, а урожай — уменьшиться.

В искусственных экосистемах часто выращивают один или несколько видов, поэтому общее видовое разнообразие невелико. Чем меньше участников сообщества, тем меньше возможных пищевых связей и путей передачи вещества. В результате пищевые цепи обычно короткие и разветвлены слабее, чем в природных сообществах. Если один вид исчезает или чрезмерно размножается, заменить его роль часто некому.

Естественные регуляторы численности — например, хищники и паразиты вредителей — могут быть малочисленны или отсутствовать. Тогда вредители легче размножаются, а болезни быстрее распространяются среди похожих растений. Изменение погоды или состояния почвы тоже может сильно повлиять на небольшое число выращиваемых видов. Поэтому искусственная экосистема обычно менее устойчива и нуждается в контроле и защите.

Вещество переходит из среды к растениям, затем к потребителям и редуцентам, а после разложения снова становится доступным в почве или воде. Энергия поступает главным образом от Солнца и передаётся по пищевым связям, постепенно рассеиваясь в виде тепла. При сборе урожая часть органического вещества выносится с поля, а при уборке удаляют и некоторые остатки. Поэтому минеральные вещества приходится восполнять удобрениями, а другие ресурсы — поливом, кормом или уходом.

Сравнение естественных и искусственных экосистем

Сопоставляйте системы по одному свойству за раз: так легче увидеть, чем отличается их устройство и роль человека. Границы между ними не всегда абсолютно резкие, но типичные признаки помогают сравнить природный лес и поле или естественный пруд и аквариум. По таблице также можно объяснить, почему искусственные сообщества требуют ухода.

Разбор задач

Задача 1. Назовите продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме пшеничного поля. Нужно классифицировать организмы не по размеру или пользе, а по их роли в получении и переработке органического вещества. Вспомните, кто создаёт органику, кто её потребляет и кто разлагает остатки.

1. Найдите организмы, которые создают органические вещества с помощью фотосинтеза. Пшеница и другие зелёные растения поля относятся к продуцентам.
2. Назовите организмы, питающиеся готовой органикой. Мыши, насекомые-вредители и птицы — консументы разных порядков.
3. Определите, кто разлагает мёртвые остатки и отходы. Бактерии и грибы в почве выполняют роль редуцентов.

Ответ. Продуценты пшеничного поля — пшеница и другие растения, консументы — например, насекомые, мыши и птицы, редуценты — почвенные бактерии и грибы. Один вид может входить в разные пищевые цепи, но его роль определяют по тому, чем он питается. Классификация показывает, как вещество проходит через сообщество.

Задача 2. Объясните, почему при уничтожении хищных насекомых на огороде может увеличиться численность насекомых-вредителей. Важно проследить не только за действием человека, но и за пищевой связью между организмами. Хищные насекомые могут поедать вредителей и тем самым ограничивать их численность.

1. Определите, кто в этой связи является добычей, а кто — её потребителем. Насекомые-вредители служат пищей хищным насекомым.
2. Представьте, что хищников стало меньше. Тогда меньше вредителей будет уничтожаться, и больше особей сможет выжить и размножиться.
3. Свяжите рост численности вредителей с состоянием огорода. Чем больше вредителей, тем сильнее повреждаются культурные растения и тем заметнее нарушение пищевого равновесия.

Ответ. После уничтожения хищных насекомых ослабевает естественная регуляция численности вредителей, поэтому их количество может возрасти. Это пример того, как удаление одного участника влияет на другие звенья пищевой цепи. Для защиты растений важно учитывать возможные последствия для всего сообщества.

Задача 3. Сравните пруд и аквариум по устойчивости, видовому разнообразию и необходимости участия человека. Пруд может быть естественной экосистемой, а аквариум обычно создают и поддерживают люди. Чтобы сделать вывод, оцените разнообразие организмов, наличие пищевых связей и то, кто поддерживает подходящие условия.

1. Сравните разнообразие видов. В естественном пруду обычно встречается больше видов, тогда как в аквариуме состав обитателей ограничен подбором человека.
2. Оцените устойчивость системы. Многочисленные связи в пруду помогают ему лучше сохранять равновесие, а аквариум с небольшим числом видов сильнее зависит от изменений условий.
3. Определите роль человека. Аквариуму необходимы уход и контроль, а естественный пруд может функционировать без постоянного обслуживания, хотя тоже испытывает влияние человека.

Ответ. Обычно пруд разнообразнее и устойчивее аквариума, а аквариум сильнее нуждается в участии человека. Сравнение будет точнее, если учитывать конкретные условия: загрязнённый пруд может быть нарушен, а хорошо устроенный аквариум — долго сохранять равновесие. Происхождение системы само по себе не заменяет оценки её состояния.

Типичные ошибки

Ошибка: считать искусственной любую экосистему, где бывает человек. Её допускают, потому что присутствие людей заметно, но решающим является не оно, а степень влияния на состав и работу сообщества. Проверьте себя: человек лишь посещает место или регулярно меняет условия и поддерживает систему? Посещение леса не превращает его в искусственную экосистему.

Ошибка: полагать, что искусственная экосистема полностью самодостаточна. Такое представление возникает, если видеть только растения и животных, не замечая полива, очистки, кормления и защиты. Проверьте, откуда поступают нужные ресурсы и кто поддерживает подходящие условия. Если система нуждается в регулярном уходе, её нельзя считать независимой от человека.

Ошибка: называть культурные растения консументами. Иногда их путают с потребителями, потому что растения поглощают воду и минеральные вещества из почвы. Но консументы получают готовые органические вещества, а зелёные растения создают их в ходе фотосинтеза. Чтобы проверить себя, спросите, производит ли организм органику или питается ею.

Ошибка: считать высокую урожайность признаком устойчивости. Урожай может быть высоким благодаря поливу, удобрениям и защите, а не способности сообщества обходиться без помощи. Проверьте, что произойдёт при прекращении ухода и сможет ли система сама сдерживать вредителей. Высокий урожай показывает результат хозяйственной деятельности, но не уровень саморегуляции.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живой природы, составе экосистемы, пищевых цепях и круговороте веществ. Роли продуцентов, консументов и редуцентов позволяют проследить, как устроены связи на поле или в аквариуме. Сравнение искусственных и природных систем помогает увидеть, какую работу в естественной экосистеме выполняет саморегуляция. Эти знания используют при изучении охраны природы, сельского хозяйства, биологической защиты растений и рационального природопользования.

Что запомнить

• Искусственная экосистема создаётся или существенно изменяется человеком.
• Агроценоз — искусственная экосистема сельскохозяйственного назначения.
• В искусственной экосистеме действуют продуценты, консументы и редуценты.
• Для таких систем обычно характерны низкое видовое разнообразие и короткие пищевые цепи.
• Искусственные экосистемы менее устойчивы и хуже саморегулируются, чем естественные.
• Существование большинства искусственных экосистем поддерживается постоянной деятельностью человека.
• Вещество циркулирует в экосистеме, а энергия поступает главным образом от Солнца и рассеивается в виде тепла.