4.10. Штучні екосистеми – екосфери

Розуміння основних закономірностей функціонування створило передумову для реального конструювання хоч і значно спрощених, але досить стійких екосистем. Такі екосистеми в наш час споруджуються як герметично закриті і, таким чином, матеріально замкнені об’єми. Живі організми, що знаходяться в них, отримують із зовнішнього середовища тільки променисту енергію.

Розробку принципів та технологій конструювання штучних екосистем розпочав у 1967 році К. Фолсом з Гавайського університету, США. Пізніше такими екосистемами 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 автотрофним та гетеротрофним живленням. Ці організми підбираються так, щоб вони повністю здійснювали по можливості маловідходний біоелемен-тарний цикл. Як правило, у такі екосфери вміщують водорості (продуценти, що ведуть синтез органічних речовин), коловертки (консументи – споживачі органічних речовин) та бактерії (реду-центи). Головною технічною проблемою при створенні екосфер є попереднє повне звільнення всіх живих організмів від патогенних інфекцій. Якщо інфекція потрапляє в екосферу, вона дуже швидко знищує її, оскільки низьке видове різноманіття живих організмів в екосфері та відсутність складної трофічної мережі не дає змоги переробляти речовини в паралельних трофічних ланцюгах.

Необхідну променисту енергію екосфери отримують від природного сонячного освітлення. Деякі моделі екосфер випускають із штучною системою освітлення. Добре збалансована екосфера може існувати 10 і більше років. Дж. Аллен та Е. Босе (1991-1993) сконструювали в штаті Арізона, СІЛА, 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» є повністю автономним.

У наш час досить інтенсивно ведуться роботи з удосконалення та ускладнення екосфер, які розглядаються як прообраз життєзабезпечення космонавтів у тривалих космічних польотах.

Питання для самоперевірки

1. Дайте наукове визначення термінам «екосистема», «біогеоценоз», «біоценоз».

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

3. Доведіть, що ґрунт справді є біокосним природним тілом.

4. Назвіть основні форми кооперації коренів автотрофних рослин з ґрунтовими мікроорганізмами та грибами.

5. Наведіть приклади трофічних ланцюгів, що є у відомих вам екосистемах та визначіть, до якого типу вони належать.

6. Розкрийте зміст закону концентрування речовин у трофічних ланцюгах.

7. Назвіть ознаки, за якими розрізняються різні екосистеми.

8. Назвіть основні сезони року та ознаки, за якими їх можна розмежувати.

9. Що таке штучна екосфера?

Питання для самоперевірки та обговорення:

1. Проаналізуйте значення абіотичних факторів в існуванні екосистем, які ви знаєте з власних спостережень у природі.

2. Розгляньте ґрунтовий біоценоз та проаналізуйте функції окремих груп організмів в його існуванні.

3. Проведіть обговорення можливих випадків концентрування радіоактивних речовин у трофічних ланцюгах після аварії на Чорнобильській АЕС.

4. Розгляньте основні шляхи екосистемної еволюції. Якими основними факторами вона характеризується?

Екосистеми світу та України

5.1. РІЗНОМАНІТТЯ ЕКОСИСТЕМ

Екосистеми, що є в сучасній біосфері, належать до двох основних категорій. По-перше, це природні екосистеми, що виникають та існують незалежно від людини, по-друге, штучні антропогенні екосистеми, які створюються людиною (наприклад, посіви). Усі природні екосистеми тією чи іншою мірою змінені внаслідок господарської діяльності людини.

Природні екосистеми досить різноманітні. Але за спільністю основних структурних ознак, особливостями функціонування, характером потоку енергії та кругообігу речовин їх можна об’єднати в декілька основних типів. Практично при виділенні типів екосистем перш за все беруть за основу ознаки біоценозів. У цьому разі все різноманіття екосистем світу можна звести до 15 основних типів (табл. 5.1, рис. 5.1). Ці типи часто називають біомами. Біоми – це великі регіональні одиниці поділу біосфери, які мають специфічну фауну та флору, пристосувалися до певних ґрунтово-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).

На території України представлені зони змішаних лісів, лісостепи, степи, а також гірські біоми Карпат і Криму (рис. 5.2).

Р. Уїттекер (1975) залежно від обсягу біопродукції, що створюється в екосистемах, поділяв їх на чотири основні класи:

1. Екосистеми найвищої продуктивності, в межах 2000-3000 г/м² на рік. До них належать екосистеми тропічних вологих лісів.

2. Екосистеми високої продуктивності – у межах 1000- 2000 г/м² на рік. До них належать листяні ліси помірної зони та луки.

Межі: 1 – країни, 2 – зони, 3 – підзони, 4 – провінції, 5 – підпровінції,

6 – області; МЛ – зона мішаних лісів; ЛС – лісостепова зона;

С – степова зона; УК – Українські Карпати; КГ – Кримські гори

(на схемі цифрами позначені області).

Південний захід Східно-Європейської рівнини. Зона мішаних лісів. Поліська провінція: 1 – Волинське Полісся; 2 – Мале Полісся; 3 – Житомирське Полісся; 4 – Київське Полісся; 5 – Чернігівське Полісся; 6 – Новгород-Сіверське Полісся. Лісостепова зона. Західно-Українська лісостепова провінція: 7 – Волинське лісостепове Опілля; 8 – Розточчя і Опілля; 9 – Західно-Подільський лісостеп; 10 – Північно-Подільський лісостеп; 11 – Придністровський лісостеп. Дністровсько-Дніпровська лісостепова провінція: 12 – Північно-Придніпровський лісостеп; 13 – Київський підвищений лісостеп; 14 – Придністровсько-Подільський лісостеп; 15 – Подільсько-Побузь-кий лісостеп; 16 – Центральнопридніпровський підвищений лісостеп; 17 -Південно-Подільський підвищений лісостеп; 18 – Швденно-Придніпровсь-кий підвищений лісостеп. Лівобережно-Дніпровська лісостепова провінція: 19 – Північно-Дніпровський терасно-рівнинний лісостеп; 20 – Південно-Дніпровський терасно-рівнинний лісостеп; 21 – Північний Полтавський лісостеп; 22 – Південний Полтавський лісостеп. Середньоруська підвищена лісостепова провінція: 23 – Сумський підвищений лісостеп; 24 – Харківський підвищений лісостеп. Степова зона. Північностепова підзона. Дністровсько-Дніпровська північностепова провінція: 25 – степові відроги Центрально-молдавської височини; 26 – степові відроги Подільської височини; 27 -

3. Екосистеми помірної продуктивності – у межах 250-1000 г/м² на рік. До них належать степи та чагарники.

4. Екосистеми низької продуктивності — менше 250 г/м² на рік. До них належать пустелі та напівпустелі.

Різноманіття екосистем на нашій планеті є важливим фактором загальної стійкості біосфери.

степові відроги Придніпровської височини. Лівобережно-Дніпровсько-При-азовська північностепова провінція: 28 – Орельсько-Конкський низовинний степ; 29 – Приазовський підвищений степ; 30 – Приазовський низовинний степ. Донецька північностепова провінція: 31 – степові західні відроги Донецької височини; 32 – Донецький підвищений степ. Задонецько-Донська північностепова провінція: 33 – Старобільський степ. Середньостепова підзона. Причорноморська середньостепова провінція: 34 – Задністровський низовинний степ; 35 – Дністровсько-Бузький низовинний степ; 36 – Бузько-Дніпровський низовинний степ; 37 – Дніпровсько-Молочанський низовинний степ; 38 – степові південно-західні схили Приазовської височини. Сухо-степова підзона. Причорноморсько-Приазовська сухостепова провінція: 39 – Приморський низовинний степ; 40 – Нижньодніпровський терасно-дель-товий степ; 41 – Присивасько-Приазовський низовинний степ. Кримська степова провінція: 42 – Кримсько-Присиваський низовинний степ; 43 – Тар-ханкутський підвищений степ; 44 – Центральнокримський рівнинний степ; 45 – Керченський горбкуватий степ. Українські Карпати: 46 – Передкар-паття; 47 – Зовнішні Карпати; 48 – Вододільно-Верховинські Карпати; 49 – Полонинсько-Чорногірські Капрати; 50 – Рахівсько-Чивчинські Карпати; 51 – Вулканічні Карпати; 52 – Закарпатська низовина. Кримські гори: 53 – Передгірний лісостеп; 54 – Головна гірсько-лугово-лісова гряда; 55 – Кримське південнобережне субсередземномор’я.