24.10: Висновок тематичного дослідження: органічне та резюме глав

Висновок тематичного дослідження: Сільське господарство для балансу

Ці органічні помідори виглядають смачно, але чи варто вибирати їх замість менш дорогих помідорів звичайного виробництва? Камілла, про яку ви читали на початку глави, задає собі такі питання, коли вона ходить по магазинах їжі. Якщо органічна сільськогосподарська практика значно краща для навколишнього середовища, вона хотіла б купувати органічні продукти харчування хоча б деякий час. Але чи краще вони? І якщо так, то як?

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Органічні продукти

Для того, щоб продукти були офіційно позначені як органічні в США, вони повинні відповідати детальним вимогам USDA щодо того, як вони виробляються. Одним з основних аспектів органічного сільського господарства є те, що більшість синтетичних пестицидів та добрив не можна використовувати на посівах, на відміну від звичайного сільського господарства. Як ви дізналися, пестициди можуть завдати шкоди здоров'ю людини, якщо не вжити відповідних заходів безпеки. Але крім прямого впливу на людину, пестициди також можуть мати негативний вплив на широку екосистему. Наприклад, деякі пестициди токсичні для бджіл. Насправді, крім кліща варроа, про який ви дізналися в цьому розділі, вчені вважають, що пестициди є одним із факторів, які сприяли недавньому різкому скороченню популяцій медоносних бджіл.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Мертві медоносні бджі Вважається, що використання пестицидів є однією з кількох причин, чому популяція бджіл різко скорочується.

Який вплив робить втрата медоносних бджіл на екосистему? Як ви дізналися, бджоли та квітучі рослини мають взаємні симбіотичні відносини, де бджоли отримують користь, отримуючи їжу з квітів, а рослини отримують користь від запилення бджолами. Нагадаємо, що медоносна бджола є найважливішим запилювачем сільськогосподарських культур, надаючи сільському господарству США понад мільярд доларів послуг із запилення, сприяючи втраті популяцій бджіл, пестициди можуть порушити екологічний баланс між рослинами та їх запилювачами. Коли запилювачі зменшуються, так само і вихід їжі, який впливає на людей та інших тварин у харчовому ланцюзі, які покладаються на такі продукти, як фрукти, овочі та горіхи.

Це настільки серйозне питання, що в 2017 році Агентство з охорони навколишнього середовища США (EPA) впровадило політику щодо зниження ризику потрапляння пестицидів на популяції бджіл, включаючи заборону використання певних пестицидів, коли бджоли найімовірніше будуть присутні. Хоча органічне сільське господарство забороняє використання більшості синтетичних пестицидів, допускається використання деяких природних пестицидів. Деякі з цих сполук також можуть бути токсичними для бджіл, інших запилювачів та природних хижаків шкідників, таких як сонечка. Тому перед тим, як Камілла вирішить придбати органічний харчовий продукт над звичайним через занепокоєння щодо негативного впливу пестицидів на навколишнє середовище, вона повинна дослідити, чи були використані природним чином пестициди на цьому продукті, і якщо так, чи мають вони негативні наслідки.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Озеро Дяньчі в Китаї в 2007 році, яке виглядає яскраво-зеленим через надлишковий ріст водоростей через забруднення від стоку, включаючи синтетичні добрива.

Органічне сільське господарство також взагалі забороняє використання синтетичних добрив. Ці добрива є концентрованими джерелами хімічних елементів, таких як азот і фосфор. Чому фермери хочуть додати ці елементи до своїх культур? Як ви дізналися, і азот, і фосфор - це поживні речовини, необхідні рослинам для виробництва органічних сполук. Насправді азот є обмежуючим фактором росту рослин у більшості наземних екосистем. Тому додавання цих елементів може збільшити ріст рослин і врожайність сільськогосподарських культур.

Але хорошого може бути занадто багато. Нагадаємо, що азот і фосфор переробляються через біотичні та абіотичні фактори в екосистемі, як частина відповідних біогеохімічних циклів. Екосистеми мають делікатний баланс складних взаємодій, і коли один компонент значно змінюється в екосистемі, це зазвичай викликає безліч інших ефектів. У випадку синтетичних добрив надлишок поживних речовин може стікати у водні шляхи від зрошення та дощу. Це називається забрудненням поживних речовин, і це може серйозно порушити баланс у водних біомах. Наприклад, надлишок азоту та фосфору у водоймах, таких як річки та озера, може спричинити заростання водоростей. Заростання водоростей може засмічувати водні шляхи, блокувати сонячне світло до більш глибоких рівнів і використовувати розчинений кисень. У свою чергу, це може вбити інші водні організми, такі як риба. Цей процес називається евтрофікацією, і ви можете побачити приклад на рис\(\PageIndex{3}\). Окрім серйозного порушення екосистеми, евтрофікація може безпосередньо завдати шкоди здоров'ю людини, оскільки деякі великі нарости водоростей (цвітіння водоростей) можуть виробляти потужні токсини. Ці токсини стають все більш концентрованими, оскільки вони рухаються вгору по харчовому ланцюгу, і люди можуть захворіти або навіть померти, коли споживають рибу або молюсків з районів, де цвіте водорості.

А як щодо органічних добрив? Органічні добрива, як правило, кращі для екосистеми, ніж синтетичні добрива. Органічні добрива надходять безпосередньо з рослинних або тваринних джерел, таких як компост або гній. Вони, як правило, містять нижчі концентрації поживних речовин, таких як азот і фосфор, ніж синтетичні добрива. Органічні добрива часто потрібно розщеплювати розкладачами, перш ніж багато його поживних речовин можуть бути використані рослинами, що обмежує швидкість, з якою ці поживні речовини потрапляють у навколишнє середовище, і дозволяє їм утримуватися ґрунтом протягом більш тривалих періодів часу, підвищуючи якість ґрунту. Це також заохочує біорізноманіття в ґрунті, забезпечуючи їжу для різних розкладників, які, як ви дізналися, мають вирішальне значення для переробки речовини в екосистемах. Органічне добриво також допомагає підтримувати структуру ґрунту, робить ґрунт більш стійким до ерозії та допомагає проникненню води. Таким чином органічні добрива можуть допомогти зберегти збалансованість поживних речовин та води в екосистемі.

Існує багато інших аспектів органічного сільського господарства, крім видів пестицидів та добрив, що використовуються. Наприклад, органічне сільське господарство сприяє біорізноманіттю за допомогою таких методів, як сівозміна, посадка покривних культур та заохочення росту рослин та утримання середовищ існування, які залучають корисних хижаків та запилювачів шкідників. Ці методи додають поживні речовини в ґрунт, покращують структуру ґрунту, зменшують шкоду шкідниками та сприяють запиленню, а також надають переваги багатьом видам екосистеми. Загалом, органічне сільське господарство має тенденцію сприяти більш природним взаємодіям екосистем, ніж звичайне сільське господарство, але, як ви бачили на прикладі органічних пестицидів, «органічне» не завжди обов'язково краще у всіх відношеннях. Тому немає однієї простої відповіді про те, чи повинна Камілла вибирати органічні продукти, ніж звичайні продукти, але, дізнавшись про баланс в екосистемах та вплив конкретних сільськогосподарських практик, вона - і ви - можете приймати більш обґрунтовані рішення в продуктовому магазині.

Резюме глави

У цьому розділі ви дізналися про науку екології та екосистеми та біоми на Землі. Зокрема, ви дізналися, що:

• Екологія - це вивчення того, як живі істоти взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем. Всі організми потребують енергії і матерії, які повинні бути отримані з навколишнього середовища, тому організми не є замкнутими системами. Середовище організму включає біотичні фактори, які є живими аспектами навколишнього середовища, і абіотичні фактори, які є неживими аспектами навколишнього середовища.
• Екологи взагалі організовують біологічний світ у вкладену ієрархію. Вище рівня індивідуального організму, від найменшого до найбільш інклюзивного, рівні цієї ієрархії - це населення, спільнота, екосистема, біом та біосфера. Біосфера складається з кожної частини Землі, де існує життя, включаючи землю, воду та повітря.
• Основні ідеї в екології включають екосистему, нішу, середовище проживання та принцип конкурентного виключення. Екосистема складається з усіх біотичних та абіотичних факторів у місцевості та їх взаємодій. Ніша - це роль виду в його екосистемі, а середовище існування - це природне середовище, в якому живе вид і до якого він пристосований.
• Екосистема - це сукупність взаємодіючих компонентів, які утворюють складне ціле, включаючи її спільноту живих істот (біотичні компоненти) та неживі фактори навколишнього середовища, такі як вода та сонячне світло (абіотичні компоненти).
• Екосистемні процеси переміщують енергію та речовину через біотичні та абіотичні компоненти екосистеми, починаючи з первинного виробництва виробниками, такими як рослини. Завдяки фотосинтезу рослини захоплюють енергію від сонячного світла і роблять органічні молекули з неорганічних сполук.
• Поживні речовини, включаючи вуглець та азот, переробляються серед біотичних та абіотичних компонентів екосистем. У більшості наземних екосистем азот є обмежуючим фактором росту рослин і первинного виробництва. Обмежуючим фактором є будь-який фактор, який обмежує чисельність популяції одного або декількох видів екосистеми.
• Екосистеми надають різноманітні товари та послуги, від яких залежить наш вид. Товари екосистеми варіюються від продуктів харчування до рекреаційних можливостей. Екосистемні послуги варіюються від забезпечення киснем повітря до запилення культур.
• Спільнота - це біотична частина екосистеми. Він складається з усіх популяцій всіх видів, які живуть в екосистемі і їх взаємозв'язків між собою. Існує три основних типи взаємин громади: симбіоз, хижацтво та конкуренція.
  • Симбіоз - це тісний зв'язок двох організмів різних видів, в яких приносять користь хоча б одному з організмів. Типи симбіозу включають в себе мутуалізм, комменсалізм і паразитизм.
    • Мутуалізм - це симбіотичні відносини, в яких отримують користь особини обох видів. Прикладом можуть служити відносини між риби-клоуном і морськими анемонами.
    • Комменсалізм - це симбіотичні відносини, в яких індивід одного з видів виграє, тоді як особина з іншого виду не впливає. Прикладом є взаємозв'язок між чаплями великої рогатої худоби та ссавцями, що пасуться, в яких чаплі приносять користь, а ссавці не постраждали.
    • Паразитизм - це симбіотичні відносини, при яких організм з одного виду, званий паразитом, приносить користь, в той час як організму від іншого виду, званого господарем, шкодить. Прикладом може служити взаємозв'язок між паразитичними аскаридами і господарями людини.
  • Хижак - це взаємозв'язок спільноти, при якій організм одного виду, званий хижаком, споживає тканини організму у іншого виду, званого здобиччю. Прикладом можуть служити зміїні хижаки, які споживають видобуток тварин, таких як ящірки.
    • Взаємозв'язок хижак-здобич, як правило, утримує популяції обох видів в балансі, оскільки кожна популяція є обмежуючим фактором для іншої популяції.
    • І хижаки, і здобич, ймовірно, матимуть пристосування до хижацтва, такого як камуфляж, який розвивається завдяки природному відбору.
  • Міжвидова конкуренція - це відносини спільноти, в яких організми різних видів покладаються на один і той же обмежуючий ресурс.
    • Міжвидова конкуренція є основою принципу конкурентного виключення і може призвести до вимирання одного виду або більшої спеціалізації в обох видах.
• Всі організми потребують енергії. Існує два основних типи організмів з точки зору того, як вони отримують енергію: автотрофи і гетеротрофи.
  • Автотрофи (виробники) використовують енергію безпосередньо від сонця або з хімічних речовин для отримання органічних молекул. Фотоавтотрофи, такі як рослини, використовують енергію сонячного світла, щоб зробити органічні сполуки шляхом фотосинтезу. Хемоавтотрофи, такі як певні бактерії, використовують енергію хімічних речовин для отримання органічних сполук шляхом хемосинтезу.
  • Гетеротрофи (споживачі) отримують енергію, споживаючи інші організми. Гетеротрофи включають всіх тварин і грибів, а також багато протистів і бактерій. Їх можна класифікувати на основі того, що вони споживають як м'ясоїдних, які їдять тварин; травоїдні, які їдять рослини; всеїдні, які їдять як тварин, так і рослини; і розкладачі, які споживають органічні відходи та мертві організми.
• Потік енергії в екосистемі може бути представлений харчовим ланцюгом або харчовою павутиною. Харчовий ланцюг являє собою єдиний шлях, по якому енергія протікає в екосистемі. Харчова павутина являє собою кілька шляхів, через які енергія протікає в екосистемі.
• Позиції годування в харчовому ланцюзі або харчовій павутині називаються трофічними рівнями. Перший трофічний рівень - виробники; другий трофічний рівень - споживачі, які поїдають виробників; третій і вищий трофічний рівні - споживачі, які харчуються організмами з трофічного рівня нижче них. Рідко буває більше чотирьох трофічних рівнів. Більшість споживачів фактично харчуються на більш ніж одному трофічному рівні.
• Лише близько 10 відсотків енергії на одному трофічному рівні фактично переходить на наступний більш високий трофічний рівень. Решта енергії витрачається на нижчому трофічному рівні або втрачається навколишньому середовищу як тепло або неповністю перетравлена їжа. Як правило, існує менше організмів і менше біомаси при більш високих трофічних рівнях.
• Вода та хімічні елементи, які потребують організмам, безперервно циркулюють через екосистеми. Цикли речовини називаються біогеохімічними циклами, оскільки вони включають як біотичні, так і абіотичні компоненти і процеси. Компоненти, які утримують речовину протягом коротких періодів часу, називаються обмінними басейнами, а компоненти, які утримують речовину протягом тривалого періоду часу, називаються резервуарами.
• Цикл води передбачає зміну стану води, коли вона рухається з одного обмінного басейну або резервуара в інший.
• Вуглецеві цикли швидко між організмами та навколишнім середовищем за допомогою клітинного дихання та фотосинтезу. Вуглець в органічних сполуках рухається через харчові ланцюги та полотна, а частина вивільняється в навколишнє середовище розкладачами. Такі дії людини, як спалювання викопного палива, виділяють величезну кількість додаткового вуглекислого газу в атмосферу.
  • Більшість природних процесів крутять вуглець повільніше. Проточна вода повільно розчиняє вуглець в гірських породах і переносить його в океан, а верхній шар океанської води розчиняє вуглекислий газ з атмосфери. Вуглець у воді океану може поступово осідати на дно, і частина цього вуглецю може зрештою бути змінена на викопне паливо або осадові породи, які можуть зберігати вуглець протягом мільйонів років.
• Газ азоту в атмосфері не може використовуватися рослинами, але азотфіксуючі бактерії в грунті або на коренях рослин змінюють газ азоту на нітрати, які можуть поглинати коріння рослин. Розпад органічної речовини виділяє азот як іони амонію, які рослини також можуть поглинати, або що нітрифікуючі бактерії в ґрунті можуть змінюватися на нітрати для використання рослинами. Денітрифікуючі бактерії виділяють газ азоту з невикористаних нітратів, і цей азот потрапляє в атмосферу і завершує цикл.
• Оскільки наш вид вперше еволюціонував 200 000 років тому, загалом 108 мільярдів людей жили на Землі, з 7,4 мільярда з них живі в 2017 році і багато інших прогнозували в майбутньому. Люди постійно живуть у великих масштабах на кожному континенті, крім Антарктиди. Швидке збільшення і поширення людської популяції викликають занепокоєння з приводу подальшого існування наших видів.
• Наукове вивчення людських популяцій називається демографією. Вона включає вивчення чисельності населення, розподілу та структури. Вона також включає вивчення динаміки чисельності населення, включаючи зростання населення та зміни структури населення.
• Вікова статева структура населення - це кількість особин кожної статі та вікової групи в популяції, як правило, представлена гістограмою, яка називається пірамідою населення. Форма піраміди населення відображає минулі народження, смерть та міграцію; і це може дати уявлення про політичні та соціально-економічні зміни.
• У 2015 році світове людське населення мало середні темпи зростання 1,2 відсотка, але темпи зростання варіювалися між країнами від менше нуля до більш ніж 3 відсотків. Темпи зростання на 3 відсотки є високими для людського населення, що призводить до подвоєння часу всього 23 років. Темпи зростання населення набагато вище 3 або 4 відсотків або набагато нижче нуля, як правило, викликані високими темпами міграції.
• Темпи приросту населення можуть змінюватися з часом. При експоненціальному зростанні, чим більше стає населення, тим швидше воно росте. З логістичним зростанням зростання населення сповільнюється і вирівнюється, оскільки чисельність населення досягає своєї пропускної здатності (K), яка є найбільшою чисельністю населення, яка може підтримуватися наявними ресурсами, не завдаючи шкоди навколишньому середовищу.
• Більшу частину свого існування людське населення росло дуже повільно. Вона почала зростати в геометричній прогресії кілька століть тому. В даний час він додає понад 80 мільйонів людей на рік.
• З часів Мальтуса існує занепокоєння тим, що людське населення зростає настільки швидко, що незабаром випередить виробництво продуктів харчування та аварії через посилення війни, голоду та хвороб. За оцінками, пропускна здатність людського населення становить 7,7 мільярда людей, яких ми, як очікується, досягнемо до 2020 року, припускаючи, що існує проблема перенаселення.
• Багато екологічних проблем посилюються чисельністю людського населення, хоча надмірне споживання та відходи населення в багатих країнах можуть бути гіршими проблемами, ніж перенаселення як таке. Широко прийнятою метою є нульовий приріст населення (ZPG), який відбувається, коли рівень народжуваності відповідає показникам смертності, оскільки жінки в середньому лише достатньо дітей, щоб замінити себе та своїх партнерів. Це називається коефіцієнтом замісної народжуваності, і це залежить від рівня смертності.
• Зміна клімату відноситься до будь-якої зміни середніх погодних умов на Землі, яка триває не менше декількох десятиліть. Найважливішою причиною недавніх та постійних змін клімату є дії людини, які викликають посилений парниковий ефект та глобальне потепління.
  • Прямі докази глобального потепління походять від вимірювань глобальних температур суші та океану, які показують загальну тенденцію потепління з кінця 1800-х років. Непрямі докази глобального потепління надходять із спостережень за його наслідками, такими як скорочення льодовиків за минуле століття або близько того.
  • Навіть якщо викиди парникових газів зменшаться в майбутньому, клімат буде продовжувати нагріватися через парникові гази, які вже присутні в атмосфері. Прогнози майбутнього збільшення середнього глобального діапазону температур від менш ніж 1 до майже 5 градусів С залежно від майбутніх викидів парникових газів. Потеплення було і буде продовжувати бути більшим над сушею, ніж океан, і більшим в Арктиці, ніж де-небудь ще на Землі.
  • Прогнозується, що майбутнє глобальне потепління матиме широкий спектр наслідків, багато з яких вже відбуваються. Вплив, ймовірно, включатиме продовження відступу льодовиків, більші погодні крайності, розширення пустель, зрушення до полюсів у природних середовищах існування, втрату біорізноманіття, зміни у виробництві продуктів харчування, підвищення рівня моря, переміщення людського населення та збільшення людського насильства.
  • Більшість експертів з клімату погоджуються, що майбутнє глобальне потепління повинно бути обмежене менш ніж 2,0 градусами С. В іншому випадку людські та природні системи можуть бути не в змозі адаптуватися. Контроль глобального потепління вимагає, перш за все, глибокого скорочення викидів парникових газів шляхом поетапного відмови від викопного палива та заміни їх енергетичними ресурсами, які не виробляють парникові гази.

Розділ Резюме Огляд

1. Які з перерахованих нижче мають абіотичні компоненти, крім біотичних компонентів? Виберіть все, що застосовується. A. співтовариство Б. екосистема C популяція D. біосфера Е. Біом
2. Правда чи брехня. Земля має кілька типів біосфер.
3. Правда чи брехня. Існує один вид планктону, і мешкає він біля поверхні води.
4. Ніша - це те ж саме, що і середовище проживання? Чому чи чому ні?
5. Які з перерахованих нижче вважаються абіотичними факторами?
   1. Первинні виробники
   2. Грунт
   3. Гриби
   4. Все вищесказане
6. Організми та екосистеми відкриті або закриті системи? Поясніть свою відповідь.
7. Якщо влітку незвично прохолодний тиждень, чи означає це зміна клімату? Поясніть свою відповідь.
8. Поняття про те, що два види не можуть займати одну і ту ж нішу в одному і тому ж місці дуже довго, називається ___________________.
9. Де водні організми, які є біолюмінесцентними, що означає, що вони можуть виробляти світло, швидше за все, можна знайти? Поясніть свою відповідь.
10. Коли організм кажуть, що «морський», що це означає?
    1. Що це водне ссавець
    2. Що живе в проточній воді
    3. Що живе в океані
    4. Щоб вона вміла плавати
11. Чи може бути екосистема всередині екосистеми? Чому чи чому ні?
12. Поясніть важливість декомпозиторів в екосистемах та пов'яжіть їх з біогеохімічними циклами.
13. Правда чи брехня. Симбіотичні відносини - це тісний зв'язок, де обидва види приносять користь.
14. Правда чи брехня. Велика частина валового первинного виробництва, яка не використовується самими виробниками, розбивається розкладачами.
15. Чи є комар, який харчується людською кров'ю - паразит або хижак? Поясніть свою відповідь.
16. Для кожного наведеного нижче твердження виберіть, який тип бактерій найкраще підходить під опис. Кожен вид бактерій використовується тільки один раз. Види бактерій: денітрифікуючі; нітрифікуючі; азотфіксуючі
    1. Бере продукт розкладання і перетворює його в молекулу, яку можуть використовувати рослини.
    2. Бере азот з атмосфери і перетворює його в молекулу, яку можуть використовувати рослини.
    3. Випускає газ азоту назад в атмосферу.
17. Коли популяція видобутку зменшується, її популяція хижака зазвичай:
    1. Зменшується
    2. Збільшує
    3. Чи не змінюється
    4. стає гетеротрофним
18. Які дві причини, чому два місця, які знаходяться на одній широті, можуть мати різну температуру?
19. Види А і вид В живуть в одному місці і поїдають одну і ту ж здобич. Коли представники виду А стикаються з представниками виду B, вони нападуть на них, що часто призводить до загибелі представників виду Б. Відповідайте на наступні питання щодо цього сценарію.
    1. Що це за міжвидова конкуренція?
    2. З плином часу, які можливі результати цієї взаємодії на видах B?
20. Правда чи брехня. Підвищена сублімація призведе до того, що в атмосферу викидається більше водяної пари.
21. Правда чи брехня. Існує, як правило, менше біомаси при більш високих трофічних рівнях.
22. Визначте резервуар для вуглецю і поясніть, чому він вважається резервуаром.
23. Що означає «їдять низько на харчовому ланцюгу»?
24. Риба, як правило,:
    1. нектон
    2. автотрофи
    3. первинні виробники
    4. афотичний
25. Наведіть один приклад того, як рослини беруть участь у кожному з біогеохімічних циклів: круговороті води, вуглецевому циклі та циклі азоту.
26. Яка різниця між собаками та котами з точки зору того, як вони отримують свою енергію та поживні речовини?
27. Населення США було приблизно вдвічі більшим у 2010 році, ніж у 1950 році, виходячи з номерів перепису. Використовуйте цю інформацію, щоб відповісти на наступні питання.
    1. Чи можете ви зробити висновок, що нові пологи були одноосібно відповідальними за збільшення чисельності населення? Поясніть свою відповідь.
    2. Які ще типи даних допомогли б вам визначити причини такого збільшення чисельності населення?
28. Правда чи брехня. Деякі країни мають негативні темпи зростання.
29. Яке нинішнє населення Землі?
    1. Близько 5 мільярдів
    2. Близько 6 мільярдів
    3. Близько 7 мільярдів
    4. Близько 9 мільярдів
30. Поясніть, чому зростання населення сповільнюється, оскільки чисельність населення наближається до пропускної здатності, коли спостерігається логістичне зростання.
31. Правда чи брехня. Чадний газ є найбільш значущим парниковим газом.

Атрибуції

1. Органічна продукція від Alantebox, присвячена CC0 через Wikimedia Commons
2. Мертві медоносні бджоли від Скінкі, присвячений CC0 через Вікісховище
3. Водорості та мертва риба Озеро Діанчі, Скінкі, CC0 через Вікісховище
4. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0