Характеристика человеческих экосистем

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) 
Природная экосистема (болото, луг, лес) 
Антропогенная экосистема (поле, завод, дом) 
 
Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию. 
Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива. 
 
Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода. 
Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого топлива. 
 
Формирует плодородную почву. 
Истощает или представляет угрозу для плодородных почв. 
 
Накапливает, очищает и постепенно расходует воду. 
Расходует много воды, загрязняет ее. 
 
Создает местообитания различных видов дикой природы. 
Разрушает местообитания многих видов дикой природы. 
 
Бесплатно фильтрует и обеззараживает загрязнители и отходы. 
Производит загрязнители и отходы, которые должны обеззараживаться за счет населения. 
 
Обладает способностью самосохранения и самовосстановления. 
Требует больших затрат для постоянного поддержания и восстановления. 
 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. 
1.2 Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы) 
Главная цель создаваемых сельхозсистем - рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека - источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов. 
Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая - чистой продукции автотрофов. 
Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2). 
1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов: 
· снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза; 
· видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; 
· культурные пастбища (с посевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля. 
2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека. 
3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной. 
4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи. Всячески пресекаются человеком. 
5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов - это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека. 
Таблица 2 Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем. 
Природные экосистемы 
Агроэкосистемы 
 
Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции. 
Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы. 
 
Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией. 
Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения и животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы. 
 
Продуктивность определяется приспособленными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ. 
Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей. 
 
Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» 
Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое происходит почти одновременно с «производством». 
время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время. 

Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ. 
Антропогенные экосистемы 
К основным типам антропогенных экосистем относятся агробиоценозы и промышленные экосистемы. 
Агробиоценозы – это экосистемы, созданные человеком для получения сельскохозяйственной продукции. 
В результате севооборотов в агробиоценозах обычно происходит смена видового состава растений. Поэтому при описании агробиоценоза дается его характеристика на протяжении нескольких лет. 
Особенности агробиоценозов: 
– обедненный видовой состав продуцентов (монокультура); 
– систематический вынос элементов минерального питания с урожаем и необходимость внесения удобрений; 
– благоприятные условия для размножения вредителей в связи с монокультурой и необходимость применения средств защиты растений; 
– необходимость уничтожения сорняков – конкурентов культурных растений; 
– сокращение числа трофических уровней в связи с обедненностью видового разнообразия; упрощение цепей (сетей) питания; 
– невозможность самовоспроизведения и саморегуляции. 
Для поддержания устойчивости агробиоценозов необходимы дополнительные затраты энергии. Например, в экономически развитых странах для производства одной пищевой калории затрачивается 5-7 калорий энергии ископаемого топлива. 
 
Промышленные экосистемы – это экосистемы, формирующиеся на территории промышленных предприятий. Промышленные экосистемы характеризуются следующими особенностями: 
– высокий уровень загрязненности (физические, химические и биологические загрязнения); 
– высокая зависимость от внешних источников энергии; 
– исключительная обедненность видового разнообразия; 
– неблагоприятное влияние на смежные экосистемы. 
Для контроля за состоянием антропогенных экосистем используются экологические знания. 
На первом этапе работы необходима комплексная инвентаризация (паспортизация) антропогенных экосистем. Полученные данные необходимо проанализировать, выявить состояние экосистемы, степень ее устойчивости. В ряде случаев необходимо поставить эксперименты, спланированные для выявления действия комплекса факторов. 
На следующем этапе ведется построение комплексных моделей, объясняющих имеющееся состояние экосистемы и служащих для прогнозирования изменений. Вырабатываются и исполняются рекомендации по повышению устойчивости экосистем. Постоянно ведется корректировка управления деятельностью человека. 
На заключительном этапе работы планируется и осуществляется система наблюдений за состоянием экосистемы –экологический мониторинг (от англ. monitor – подстерегающий). При осуществлении экологического мониторинга используются физико-химические измерительные методы, а также методы биотестирования и биоиндикации. 
Биотестирование – это контроль за состоянием среды с помощью специально созданных тест–объектов. Тест–объектами могут служить культуры клеток, тканей, целостные организмы. Например, выведен специальный сорт табака, на листьях которого при повышенном содержании озона образуются некротические пятна. 
Биоиндикация – это контроль за состоянием среды с помощью обитающих в ней организмов. В этом случае в качестветест–объектов используется видовой состав фитопланктона, спектр морфологических типов лишайников. Например, видовой состав травянистых растений может служить для индикации эрозии почв. На почвах, не затронутых эрозией, или слабосмытых почвах произрастают: костер безостый, клевер луговой. На смытых почвах произрастают: ястребинка волосистая, мать-и-мачеха. 
Для обнаружения тяжелых металлов используется физико-химический анализ тканей организмов, избирательно накапливающих различные металлы. Например, подорожник избирательно накапливает свинец и кадмий, а капуста избирательно накапливает ртуть