SZTUCZNY EKOSYSTEM: CECHY, RODZAJE, CZYNNIKI, PRZYKŁADY - ŚRODOWISKO - 2026

Sztuczny ekosystem jest jednym którego czynniki biotyczne zostały określone przez ludzi dla określonych celów, takich jak produkcji rolnej. Wymagają utrzymania w kontrolowanych warunkach środowiskowych.

Termin ekosystem lub system ekologiczny odnosi się do naturalnej, półnaturalnej lub sztucznej jednostki, która obejmuje wszystkie żywe istoty lub czynniki biotyczne na danym obszarze, które oddziałują z fizycznymi i chemicznymi składnikami jego środowiska, lub Czynniki abiotyczne.

Źródło: pixabay.com

Ekosystemy charakteryzują się zdefiniowaną różnorodnością czynników biotycznych lub bioróżnorodnością oraz własnymi wzorcami przepływu energii i składników odżywczych w obrębie i między ich czynnikami biotycznymi i abiotycznymi. Można je podzielić na naturalne, półnaturalne i sztuczne.

W przeciwieństwie do sztucznych ekosystemów, naturalne ekosystemy to takie, które nie zostały w zauważalny sposób zmienione przez człowieka. Ekosystemy półnaturalne to takie, które zachowują znaczną część swojej pierwotnej różnorodności biologicznej, mimo że zostały znacznie zmienione przez człowieka.

cechy

Sztuczne ekosystemy mają różnorodne cechy, które różnią się w zależności od celu, dla którego zostały zaprojektowane. Ogólnie rzecz biorąc, mają one następujące cechy:

- Mają mniejszą bioróżnorodność niż ekosystemy naturalne i półnaturalne. Jego składnik biotyczny jest silnie zdominowany przez gatunki obce lub egzotyki wprowadzone przez człowieka. Przedstawiają uproszczone łańcuchy pokarmowe. Różnorodność genetyczna jest bardzo mała, nawet u wprowadzonych gatunków.

- Z punktu widzenia potrzeb człowieka są one bardziej produktywne lub łatwiejsze w użyciu niż ekosystemy naturalne. Z tego powodu pozwoliły na ogromny wzrost światowej populacji ludzi.

- Są podatne na degradację i atakowane przez szkodniki, tracąc przydatność dla ludzi z powodu braku różnorodności biologicznej i mechanizmów samoregulacji charakterystycznych dla naturalnych ekosystemów. Recykling składników odżywczych jest bardzo ograniczony.

- Ich wytrwałość zależy od ludzkiej interwencji. Porzucone mają tendencję do stopniowego powrotu do stanu naturalnych ekosystemów w procesie zwanym sukcesją ekologiczną.

W zależności od stopnia ingerencji człowieka i dostępnych gatunków kolonizujących ten ostatni proces pozwala odzyskać część pierwotnej złożoności i różnorodności biologicznej.

Czynniki biotyczne

W sztucznych ekosystemach rośliny i zwierzęta składają się głównie z tych gatunków, które ludzie chcą przebywać. Pierwotne gatunki z tego obszaru są usuwane w celu stworzenia miejsca dla pożądanych gatunków lub zapewnienia, że ​​te ostatnie skorzystają monopolistycznie z dostępnych czynników abiotycznych.

W sztucznych ekosystemach gatunki rodzime lub wprowadzone, które żerują na pożądanych gatunkach lub konkurują z nimi o czynniki abiotyczne, są uważane za szkodniki w celu ich wyeliminowania lub przynajmniej systematycznego zwalczania.

W sztucznych ekosystemach ludzie tolerują obecność tych rodzimych lub wprowadzonych gatunków, które nie wpływają niekorzystnie na pożądane gatunki. W przypadku niektórych gatunków rodzimych lub wprowadzonych, które przynoszą korzyści pożądanym gatunkom, na przykład działając jako biokontrole szkodników, czasami promuje się ich obecność.

Ludzie są najbardziej determinującym czynnikiem biotycznym sztucznych ekosystemów, odpowiedzialnym za ich tworzenie i utrzymanie oraz trajektorię, którą podążają. Na przykład sztuczny ekosystem, taki jak pole uprawne, może zostać przekształcony przez człowieka w inny rodzaj sztucznego ekosystemu, taki jak park miejski.

Czynniki abiotyczne

Czynniki abiotyczne, takie jak klimat i gleby, występujące w ekstensywnych sztucznych ekosystemach są zazwyczaj takie same, jak w przypadku naturalnych ekosystemów, które je poprzedzały na zajmowanym przez nie obszarze.

Czynniki abiotyczne pochodzenia całkowicie ludzkiego obejmują nawozy, pestycydy, zanieczyszczenia chemiczne, ciepło wytwarzane przez energię elektryczną i zużycie paliw kopalnych, hałas, śmieci z tworzyw sztucznych, zanieczyszczenie światłem i odpady radioaktywne. Przykładami tego ostatniego są katastrofy w Czarnobylu i Fukushimie.

Rzadkim typem sztucznego ekosystemu są zamknięte systemy ekologiczne, takie jak kapsuły kosmiczne, czyli ekosystemy, w których nie dopuszcza się wymiany materiału z zewnętrzem. Te ekosystemy są na ogół małe i służą do celów eksperymentalnych.

W zamkniętych systemach ekologicznych czynniki abiotyczne są określane przez eksperymentatora. Jeśli celem jest zachowanie życia ludzkiego lub zwierzęcego, odpady, takie jak dwutlenek węgla lub odchody i mocz, są czynnikami abiotycznymi, które muszą zostać przekształcone przy udziale organizmu autotroficznego w tlen, wodę i pożywienie.

Rodzaje i prawdziwe przykłady

Sztuczne ekosystemy można klasyfikować na wiele sposobów. Najpopularniejsza klasyfikacja dzieli je na lądowe i wodne. Jednak można je również podzielić na miejskie, podmiejskie i pozamiejskie lub otwarte i zamknięte.

Oczywiście możliwe jest również połączenie tych klasyfikacji w celu uzyskania precyzyjnych charakterystyk. Tak więc, na przykład, istniałby otwarty miejski sztuczny ekosystem lądowy lub zamknięty wodny sztuczny ekosystem pozamiejski.

Sztuczne ekosystemy lądowe

Występują bardzo często, ponieważ ludzie są organizmami lądowymi. Największy obszar zajmują tzw. Agroekosystemy, wśród których znajdują się gospodarstwa rolne i hodowlane.

Znaczenie agroekosystemów jest tak duże, że w ramach ekologii istnieje subdyscyplina zwana agroekologią, która bada związki roślin uprawnych i zwierząt domowych ze środowiskiem nieożywionym.

Ważne są również publiczne i prywatne parki i ogrody. Parki i ogrody, ze swoją potrzebą stałej pielęgnacji, jaką jest usuwanie tzw. Chwastów, wykazują typową dla sztucznych ekosystemów niezdolność do samoregulacji i samozachowawczości.

Miasta są również sztucznymi ekosystemami, w gwałtownej ekspansji, często kosztem agroekosystemów.

Innymi przykładami sztucznych ekosystemów lądowych są plantacje leśne do produkcji drewna i pulpy papierniczej, fermy trzody chlewnej i drobiu, szklarnie do produkcji warzyw, roślin strączkowych i kwiatów, parki zoologiczne, pola golfowe, oraz terraria do hodowli płazów i stawonogów.

Sztuczne ekosystemy wodne

Wszyscy słyszeliśmy o akwariach, polach ryżowych, kanałach irygacyjnych, kanałach rzecznych, hydroponice, zbiornikach wodnych, stawach do akwakultury ryb i krewetek, stawach miejskich i rolniczych, pływających klatkach do akwakultury ryb morskich i stawach utleniających do traktowania ścieków. To są przykłady sztucznych ekosystemów wodnych.

Zmiana hydrosfery, czyli części planety zajmowanej przez oceany, jeziora, rzeki i inne zbiorniki wodne, dokonywana przez człowieka w celu celowego lub przypadkowego stworzenia sztucznych ekosystemów ma ogromne znaczenie ekologiczne i gospodarcze.

Nasza zależność od zbiorników wodnych oraz roślin i zwierząt wodnych, a także ich funkcji ekologicznych, ma kluczowe znaczenie dla naszego przetrwania. Hydrosfera jest siedliskiem bardzo bogatej bioróżnorodności, dostarcza pożywienia, dotlenia atmosferę, służy rekreacji i turystyce.

Zanieczyszczenie morza i rzek tworzywami sztucznymi i niezliczonymi odpadami wszelkiego rodzaju tworzy autentyczne sztuczne ekosystemy o znacznie zmniejszonej bioróżnorodności, takie jak wielka wyspa śmieci na Pacyfiku, która jest już trzykrotnie większa od Francji. Szacuje się, że do roku 2050 w oceanach planety będzie więcej plastiku niż ryb.

Zamknięte sztuczne ekosystemy

Całość Ziemi można uznać za zamknięty system ekologiczny zwany ekosferą. Ze względu na silną i narastającą przemianę człowieka, która między innymi powoduje nienormalne zmiany klimatyczne i doprowadzi do utraty milionów gatunków, ekosfera może stać się zamkniętym sztucznym systemem ekologicznym.

Ludzie stworzyli zamknięte systemy ekologiczne do celów eksperymentalnych. Poza kapsułami i laboratoriami kosmicznymi są to między innymi te opracowane w ramach projektów (Biosphere 2, MELiSSA i BIOS-1, BIOS-2, BIOS-3), których celem jest eksperymentowanie ze wspomaganiem życia w warunkach izolacji środowiska. .

Na bardzo małą skalę terraria i akwaria mogą być używane do tworzenia zamkniętych sztucznych ekosystemów, w których znajdują się rośliny i zwierzęta. Zamknięty pojemnik lub butelka zawierająca żywność lub napoje, które zostały skażone mikroorganizmami, również stanowią przykłady zamkniętych sztucznych ekosystemów.

Znaczenie dla przyszłości życia na Ziemi

Gdy zajmują duże obszary, szczególnie w regionach tropikalnych bogatych w endemizmy biologiczne, sztuczne ekosystemy powodują wielką utratę różnorodności biologicznej. Ten problem ilustruje rozkwit afrykańskich plantacji palm w Indonezji oraz upraw soi i zwierząt gospodarskich w Amazonii.

Wzrost populacji ludzkiej wymaga stałej ekspansji sztucznych ekosystemów kosztem świata przyrody.

Po części ekspansję tę można by ograniczyć poprzez poprawę wydajności produkcyjnej istniejących sztucznych ekosystemów i modyfikację nawyków konsumpcyjnych (na przykład spożywanie mniejszej ilości produktów mięsnych) w celu zmniejszenia śladu ludzkiego.

Sztucznym ekosystemom brakuje zdolności do samoregulacji. Odnosi się to również do ekosfery, gdyby stała się gigantycznym sztucznym ekosystemem, co miałoby katastrofalne konsekwencje, nie tylko pod względem wymarcia milionów gatunków, ale także samego przetrwania człowieka.

Zrównoważone użytkowanie, tj. Wykorzystanie zasobów naturalnych w tempie niższym niż ich zdolność do odnawiania, oznacza zrobienie wszystkiego, co możliwe, aby zachować jak najwięcej unikalnych naturalnych ekosystemów i sprawić, by sztuczne ekosystemy zachowały niektóre cechy łagodne warunki ekosystemów półnaturalnych.

Bibliografia

1. Chapin, FS III, Matson, PA, Vitousek, PM Zasady ekosystemów lądowych. Springer, Nowy Jork.
2. Clifford, C., Heffernan, J. 2018. Sztuczne ekosystemy wodne. Water, 10, dx.doi.org/10.3390/w10081096.
3. Fulget, N., Poughon, L., Richalet, J., Lasseur, C. 1999. Melissa: globalna strategia kontroli sztucznego ekosystemu przy użyciu modeli przedziałów. Postępy w badaniach kosmicznych, 24, 397–405.
4. Jørgensen, SE, wyd. 2009. Ekologia ekosystemu. Elsevier, Amsterdam.
5. Korner, C., Arnone, JA Ill. 1992. Reakcje na podwyższony poziom dwutlenku węgla w sztucznych ekosystemach tropikalnych. Science, 257,1672-1675.
6. Molles, M. 2013. Ekologia: koncepcje i zastosowania. McGraw-Hill, Nowy Jork.
7. Nelson, M., Pechurkin, N. S, Allen, JP, Somova, LA, Gitelson, JI 2009. Zamknięte systemy ekologiczne, kosmiczne systemy podtrzymywania życia i biosfery. W: Wang, LK, wyd. Podręcznik inżynierii środowiska, tom 10: Biotechnologia środowiskowa. Humana Press, Nowy Jork.
8. Quilleré, I., Roux, L., Marie, D., Roux, Y., Gosse, F., Morot-Gaudry, JF 1995. Sztuczny ekosystem produkcyjny oparty na skojarzeniu ryba / bakteria / roślina. 2. Wydajność. Agriculture, Ecosystems and Environment, 53, 9–30.
9. Ripple, WJ, Wolf, C., Newsome, TM, Galetti, M., Alamgir, M., Crist, E., Mahmoud, MI, Laurance, WF i 15364 naukowców ze 184 krajów. Ostrzeżenie światowych naukowców dla ludzkości: druga uwaga. BioScience, 67, 1026–1028.
10. Rönkkö, M. 2007. Sztuczny ekosystem: wyłaniająca się dynamika i realistyczne właściwości. Artificial Life, 13, 159–187.
11. Savard, J.-PL, Clergeau, P., Mennechez, G. 2000. Koncepcje różnorodności biologicznej i ekosystemy miejskie. Krajobraz i urbanistyka, 48, 131–142.
12. Swenson, W., Wilson, DS, Elias, R. 2000. Artificial ecosystem selection. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 97, 9110–9114.