3.10. Штучні екосистеми — екосфери

Розуміння основних закономірностей функціонування створило передумову для ре-

ального конструювання, хоч і сильно спрощених, але досить стійких екосистем. Такі еко-

системи в наш час споруджуються як герметичне закриті і, таким чином, матеріально

замкнені об'єми. Живі організми, що знаходяться в них, отримують із зовнішнього сере-

довища тільки променисту енергію.

Розробку принципів та технологій конструювання штучних екосистем вперше почав І

з 1967 року К.Фолсом з Гавайського університету, США. Пізніше такими екосистемами І

зацікавився Центр космічних досліджень США — НАСА. Ведуться такі роботи і в ряді'

інших країн. Створювані за технологією К.Фолсома штучні екосистеми отримали назву

екосфер.

Звичайно екосфера — це округлий замкнений скляний посуд об'ємом у 25 — 1000 см3

і більше. Кожна екосфера вміщує морську воду, пісок та повний набір організмів з авто-

трофним та гетеротрофним живленням. Ці організми підбираються так, щоб вони повністю

здійснювали по можливості маловідходний біоелементарний цикл. Як правило, в такі

екосфери вміщують водорості (продуценти, що ведуть синтез органічних речовин), коло-

вертки (консументи — споживачі органічних речовин) та бактерії (редуценти). Головною

технічною проблемою при створенні екосфер є попереднє повне звільнення усіх живих

організмів від патогенних інфекцій. Інфекція, у випадку її попадання до екосфери, дуже

швидко знищує її, оскільки низьке видове різноманіття живих організмів в екосфері та

відсутність складної трофічної мережі не дає змоги переробки речовин у паралельних

трофічних ланцюгах.

Необхідну променисту енергію екосфери отримують від природного сонячного освітлення.

Деякі моделі екосфер випускають із штучною системою освітлення. Добре сбалансована

екосфера може існувати 10 і більше років. Дж.Аллен та Е.Босс (1991—1993) сконструюва-

ли в штаті Арізона, США, великогабаритну екосферу, яка отримала назву «Біосфера-1» і

мала площу основи приблизно 1 га. У «Біосферу-1» штучно подавався вуглекислий газ та

кисень. Більш досконалий варіант «Біосфера-2» повністю автономний.

Роботи удосконалення та ускладнення екосфер зараз ведуться досить інтенсивно.

Екосфери розглядаються як прообраз життєзабезпечення космонавтів у тривалих космічних

польотах.

Опрацювавши даний розділ, Ви повинні вміти:

і 1. Дати наукове визначення термінам: екосистема, біогеоценоз та біоценоз.

І 2. Розрізняти ресурси та умови існування живих організмів і знати основні їх види.

І 3. Довести, що грунт справді є біокосним природним тілом.

І 4. Перерахувати основні форми кооперації коренів автотрофних рослин з грунтови-

I ми мікроорганізмами та грибами.

і 5. Навести приклади трофічних ланцюгів, що є у відомих Вам екосистемах та визна-

I чити, до якого типу вони належать.

• 6. Розкрити зміст закону концентрування речовин у трофічних ланцюгах.

І

В Питання для самоперевірки та обговорення:

Р

1. Перерахуйте ознаки, за якими розрізняються різні екосистеми.

2. Обговоріть значення абіотичних факторів в існуванні екосистем, які Ви знаєте за

власними спостереженнями у природі.

3. Назвіть основні сезони року та перерахуйте ознаки, за якими їх можна розмежу-

вати.

4. Розгляньте ґрунтовий біоценоз та проаналізуйте функції окремих груп організмів

в його існуванні.

5. Обговоріть можливі випадки концентрування радіоактивних речовин у трофічних

ланцюгах після аварії на Чорнобильській АЕС.

6. Що таке штучна екосфера?

7. Обговоріть основні шляхи екосистемної еволюції. Якими основними факторами

вона характеризується?

Розділ 4

ЕКОСИСТЕМИ СВІТУ ТА УКРАЇНИ

4.1. Різноманіття екосистем

Екосистеми, що є в сучасній біосфері, належать до двох основних категорій. По-.

перше, це природні екосистеми, що виникають та існують незалежно відлюдний, та, по-1

друге, штучні антропогенні екосистеми, які, як, наприклад, посіви, створюються людиною. |

Важко не помітити, що всі природні екосистеми зараз у тій чи іншій мірі змінені під

впливом господарської діяльності людини.

Природні екосистеми досить різноманітні. Але за спільністю основних структур-

них ознак, особливостями функціонування, характеру потоку енергії та кругообігу ре-

човин їх можна об'єднати в декілька основних типів. Практично_при виділенні типів

екосистем перш за все базуються на ознаках біоценозів. уУ цьому випадку все

різноманіття екосистем світу можна звести до 15 основних типів (табл.4). Ці типи

часто називають біомами. Біоми — це великі регіональні одиниці розчленування

біосфери, що мають специфічну фауну та флору, які пристосувалися до певних грун-

тово-кліматичних умов та сумісного життя. Найбільш важливими для біосфери є біоми

лісів та різних типів злакової рослинності. На лісові біоми припадає 27% території

суходолу (40,5 млн. км2).

1. Екосистеми найвищої продуктивності, в межах 2000 — 3000 г/м2 на рік. До

них належать екосистеми тропічних вологих лісів.

2. Екосистеми високої продуктивності, в межах 1000 — 2000 г/м2 на рік. До

них належать листяні ліси помірної зони та луки.

3. Екосистеми помірної продуктивності, в межах 250 — 1000 г/м2 на рік. До

них належать степи та чагарники.

4. Екосистеми низько)' продуктивності, менше 250 г/м2 на рік. До них нале-

жать пустелі та напівпустелі.

Різноманіття екосистем на нашій планеті є важливим фактором загальної стійкості

біосфери.

4.2. Тундри

" Екосистеми тундр розміщуються головним чином у Північній півкулі, на Євро-

Азіатському та Північно-Американському континентах в районах, що межують з Північним

Льодовитим океаном. Загальна площа, яку займають екосистеми тундр та лісотундри у

світі, дорівнює 7 млн. км2 (4,7% площі суходолу). ~

Клімат тундр дуже суворий. Середня добова температура вище 0°С спостерігається

протягом 55 — 118 діб у рікМЗегетаційний період починається в червні та закінчується у

вересні. Кількість опадів незначна — 200 — 400 мм на рік, але вологість грунту влітку

досить висока внаслідок низького випаровування (на нього витрачається тільки 30%

загальної кількості опадів) та наявності вічної мерзлоти. Суворість клімату тундри поси-

люють постійні сильні вітри, в зимовий період під їхнім впливом відмирають всі частини

рослин, що розташовуються над поверхнею снігу. Тундри Євразії та Північної Америки

дуже подібні між собою. Ареали багатьох видів рослин та тварин тундр охоплюють обид-

ва континенти. Аналогічні кліматичні умови складаються у високогір'ї, де формуються

гірські тундрові екосистеми, що схожі на зональні.

^Рельєф поверхні тундри в основному рівний. Грунти слабо розвинуті, торфові та

болбтистцЗЗони погано прогріваються і тому процеси гуміфікації та мінералізації йдуть в

них повільно.'Грунти завжди кислі і вміст гумусу в них не перевищує 1 — 2%.

Тундра безліса. В рослинному покриві переважають низькорослі чагарники — кар-

ликова берізка, приземисті види верби, чорниця, лохина та водяниця. Місцями ростуть

осоки та пухівка. Основний фон рослинного покриву складають кущисті лишайники та

мохи/Широко поширені види лишайників з родів СІасІопіа та Сеігагіа. До них належить

відомий оленячий мох— ягель. Вищі рослини тундр звичайно представлені багаторічними

видами, що мають потовщені підземні частини з запасами поживних речовин, завдяки

яким забезпечується раннє весняне відростання та швидке цвітіння. Ця особливість тун-

дрових рослин дуже важлива в умовах короткого літа.

Тваринний світ екосистем тундр бідний. Його формування обмежує злиденний за-

пас рослинної їжі та суворість клімату. На зиму більшість мешканців тундри мігрує в

лісову зону, птахи відлітають на південь. Постійними зимовими мешканцями тундри є

невелика кількість видів: лемінги, деякі ховрахи, песці, полярна сові У багатьох місцях

ходи-нори лемінгів займають до 20% площі. Б.А.Тихомиров (1959) показав, що вони

сприяють накопиченню на поверхні грунту рослинних залишків та надають поверхні грун-

ту дрібнувате бугристого вигляду. Влітку життя тундр оживляє маса водоплавних птахів

(гуси, казарки, качки, кулики)~.але вони включаються в тундрові трофічні ланцюги тільки

частково, оскільки харчуються в основному на прибережних водоймах. Однак гуси та

качки використовуть в їжу до 50 — 80% рослинності тундри в місцях свого гніздування.

Особливо сильно вони пошкоджують квіткові бруньки.

Постійними мешканцями тундри є північні олені. Але це кочові тварини. Вони зали-

шають тундру на зимові місяці, коли з-під твердого снігового покриву вони не можуть

здобувати собі ягель та мох — основну свою і'жу. Середину літа північні олені проводять

на узбережжі, де достатньо кормів та вітер відганяє кровосисних комах. Такий самий

характер мають кочівлі і домашніх північних оленів. У результаті перевипасу оленями

мохо-лишайникові тундри перетворюються в лугові з переважанням на них щучника та

тонконога.

Хижаки тундри представлені совами, песцями, частково білим ведмедем- У цілому

вони нечисленні. Чисельність хижаків в різні роки помітно змінюється, повторюючи

відповідні зміни чисельності травоїдних тварин, особливо лемінгів.

В ентомофауні тундр переважають справжні комарі та мошки, їхні личинки живлять-

ся відмерлими рослинними залишками, а дорослі форми — кровососи. І

Грунтові тварини заселяють тільки поверхневі частини грунту. У деструкції органічної І

речовини в екосистемах тундри перше місце посідають не бактерії, а гриби-

У цілому вплив тварин на рослинний покрив тундр досить великий. На прикладі

тундр добре помітна взаємозумовленість існування цих двох груп живих організмів.

Трофічна мережа тундрових екосистем наведена на рис.25.

Вона досить сильно спрощена та включає тільки основні форми, на прикладі яких

можна прослідкувати основні трофічні ланцюги, що властиві цій екосистемі.

Первинна продуктивність екосистем тундр невелика та складає в середньому 140г

сухої органічної речовини на 1 м2 в рік. Валова біологічна продуктивність в тундр» не

перевищує 340 г/м2 у рік. Запаси фітомаси коливаються від 0,1 до 100 тонн на гектар.

Тундрові екосистеми характеризуються крихкістю та вразливістю. Порушення цих

екосистем зберігаються досить довго, відновлювальні процеси йдуть поволі.