"Биология. Углублённый уровень (для медицинских классов)", Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов А.М. и др. / под ред. Пасечника В.В.
Экосистема объединяет живые организмы и среду их обитания, между которыми происходят обмен веществ и поток энергии. Естественные экосистемы формируются без целенаправленного участия человека, а искусственные создаются или поддерживаются им. Агроэкосистема — их важный пример: поле или ферма дают нужную продукцию, но требуют ухода. Главное различие связано с разнообразием, устойчивостью, круговоротом веществ и зависимостью от внешних ресурсов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Экосистема — единство живых организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и энергии. К организмам относятся растения, животные, грибы и микроорганизмы, а к среде — вода, воздух, почва, свет и температура. Это понятие помогает рассматривать природу как взаимосвязанную систему, а не как набор отдельных видов.
Естественная экосистема — экосистема, возникшая и развивающаяся без целенаправленного создания человеком. Её состав и процессы формируются под действием климата, почвы, взаимодействий организмов и других природных факторов. Такое определение позволяет отличить лес или озеро от системы, специально созданной для получения урожая.
Искусственная экосистема — экосистема, созданная или поддерживаемая человеком для получения нужной ему продукции. Человек выбирает виды, изменяет условия и вмешивается в связи между организмами. Поэтому искусственная система сохраняет свойства экосистемы, но сильнее зависит от внешней помощи.
Агроэкосистема — искусственная экосистема, созданная для выращивания сельскохозяйственных культур или животных. Поле, сад, пастбище и ферма относятся к этому типу, если их существование связано с хозяйственной деятельностью. Термин подчёркивает одновременно сельскохозяйственное назначение системы и её зависимость от ухода.
И естественные, и искусственные экосистемы включают живую часть и абиотическую среду. Растения используют свет, воду и минеральные вещества, животные получают органические вещества с пищей, а редуценты разлагают остатки. Благодаря этому элементы возвращаются в среду, а энергия проходит через пищевые цепи и постепенно рассеивается в виде тепла. Без таких связей отдельные организмы не образовали бы единой функционирующей системы.
Разнообразие видов повышает устойчивость потому, что разные организмы по-разному реагируют на изменения условий. Если один вид сокращается из-за засухи или болезни, другие могут сохранить часть функций экосистемы. Сложные пищевые сети также создают несколько путей передачи вещества и энергии, поэтому нарушение одной цепи не обязательно разрушает всю систему. После изменений такая экосистема чаще восстанавливается за счёт сохранившихся популяций и естественного размножения.
Искусственная экосистема часто зависит от человека, потому что её состав подбирают в пользу нескольких нужных видов. Человек поддерживает влажность и плодородие, удаляет конкурирующие растения, вносит удобрения и защищает урожай от вредителей. Эти меры компенсируют упрощённые пищевые связи и нехватку естественных регуляторов. Если вмешательство прекращается, начинают усиливаться конкуренция, болезни и зарастание дикорастущими видами.
В естественной экосистеме вещества постоянно переходят между организмами и средой, хотя идеальной замкнутости не бывает. В агроэкосистеме значительная часть элементов уходит вместе с урожаем, который человек выносит за пределы поля. Поэтому для поддержания плодородия возвращают органические остатки или вносят удобрения. Высокая продуктивность достигается направленным уходом, но обычно сопровождается меньшей устойчивостью и зависимостью от семян, воды, топлива, удобрений и средств защиты.
Таблица показывает не абсолютное противопоставление, а типичные различия между двумя группами экосистем. При сравнении конкретного леса, луга или поля нужно учитывать местные условия и степень вмешательства человека.
| Свойство | Естественная экосистема | Искусственная экосистема |
|---|---|---|
| Происхождение и цель существования | Формируется природными процессами, не имеет заданной человеком хозяйственной цели. | Создаётся или поддерживается человеком для получения продукции или выполнения нужной функции. |
| Видовое разнообразие | Обычно высокое; присутствуют разные продуценты, консументы и редуценты. | Часто сниженное, особенно в монокультуре, где преобладает один хозяйственно ценный вид. |
| Пищевые связи | Разветвлённые, с большим числом взаимосвязей и естественных регуляторов. | Нередко упрощённые, поэтому вредители и болезни могут распространяться быстрее. |
| Регуляция и роль человека | Основная регуляция происходит за счёт взаимодействий организмов и природных факторов. | Человек регулирует состав, полив, питание, защиту растений и численность организмов. |
| Круговорот веществ | Относительно замкнутый внутри системы, хотя вещества могут поступать и уходить. | Нарушается выносом урожая; запасы элементов приходится пополнять. |
| Устойчивость и способность к самовосстановлению | Обычно выше благодаря разнообразию и саморегуляции. | Часто ниже; прекращение ухода может резко изменить состав и продуктивность. |
| Продуктивность и её зависимость от ухода | Продуктивность определяется природными условиями и не всегда максимальна. | Может быть высокой, но поддерживается постоянным или регулярным уходом. |
Задача 1. Определить, к какому типу относится естественный луг, и назвать два признака, подтверждающих ответ.
Ответ: естественная экосистема; её подтверждают природное формирование и разнообразие организмов, связанных пищевыми отношениями.
Задача 2. На поле выращивают одну культуру, регулярно вносят удобрения и применяют средства защиты растений. Объяснить, почему это агроэкосистема и чем она отличается от природного луга.
Ответ: поле — агроэкосистема, потому что создано для сельскохозяйственного производства и поддерживается человеком; природный луг обычно разнообразнее и устойчивее.
Задача 3. После уборки урожая почву оставили без ухода; культурных растений стало меньше, а дикорастущих видов — больше. Объяснить изменения.
Ответ: искусственная система начала изменяться под действием естественной конкуренции и ограниченного запаса веществ; её видовой состав стал более разнообразным, но первоначальная продуктивность культуры снизилась.
Ошибка: считать искусственную экосистему полностью лишённой саморегуляции. В ней сохраняются конкуренция, хищничество и разложение органики, просто их часто недостаточно для нужного человеку состояния. Проверьте себя вопросом: какие природные связи продолжают работать даже на поле?
Ошибка: отождествлять устойчивость с высокой продуктивностью. Поле может давать большой урожай, но быстро пострадать от одного вредителя или болезни. Разделяйте результат ухода и способность системы сохраняться при изменениях.
Ошибка: утверждать, что в любой естественной системе видов больше, чем в любой искусственной. Сравнивать нужно конкретные экосистемы, хотя для агроэкосистем обычно характерно меньшее разнообразие. Сначала оцените их состав, площадь и условия, а уже затем делайте вывод.
Ошибка: считать круговорот веществ в поле полностью замкнутым. С урожаем часть элементов покидает экосистему, поэтому одного разложения остатков может быть недостаточно. Проверьте, возвращаются ли в почву все вынесенные вещества.
Для понимания темы нужны знания о компонентах экосистемы, пищевых цепях и ролях продуцентов, консументов и редуцентов. Продуценты создают органическое вещество, консументы используют его, а редуценты возвращают элементы в среду. Именно эти группы показывают, как работает обмен веществ в любой экосистеме.
Тема связана с изучением круговорота веществ и устойчивости биосферы. Она помогает объяснить значение охраны природы и оценить, как рационально вести сельское хозяйство: сохранять плодородие, поддерживать разнообразие и уменьшать зависимость от чрезмерного внешнего вмешательства.
Чем экосистема отличается от сообщества организмов?
Сообщество включает только совокупность популяций разных видов, живущих вместе. Экосистема шире: она объединяет сообщество и абиотическую среду, например воду, почву, воздух и свет, а также связи между ними.
Может ли искусственная экосистема существовать без постоянного ухода человека?
Иногда она может некоторое время существовать самостоятельно, поскольку в ней сохраняются природные связи между организмами. Однако без ухода её видовой состав и продуктивность часто меняются, а система постепенно приближается к естественной.
Почему естественные экосистемы обычно устойчивее агроэкосистем?
В естественных системах обычно больше видов и разнообразнее пищевые связи. Поэтому выпадение одного вида или изменение условий не всегда нарушает работу всей системы: его роль частично могут выполнить другие организмы.
Почему выращивание одной культуры делает поле уязвимым?
Если на поле преобладает один вид, вредитель или возбудитель болезни получает много одинаковой пищи. Пищевые связи становятся проще, поэтому нарушение легче распространяется на большую часть урожая.
Куда уходят вещества, которые растения усвоили из почвы?
Часть веществ переходит в урожай и выносится с поля при уборке. Остальные возвращаются в почву через отмирающие остатки и деятельность редуцентов, поэтому запасы вынесенных элементов часто приходится восполнять удобрениями.
§ 15. Естественные и искусственные экосистемы
