Вода образует замкнутую экосистему

Создание и изучение замкнутой экосистемы в домашних условиях

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Меня с раннего детства интересовали различные вопросы, связанные с окружающим миром и с тем, как устроена жизнь на нашей планете. Однажды мама сказала, что можно сделать свой макет экосистемы в закрытой банке. Я не поверил, что можно закрыть банку, но в ней будет продолжаться жизнь. Но любопытство одержало верх и я решил проверить, возможно ли такое!

Гипотеза – в закрытой банке можно создать экосистему, которая будет существовать без доступа воздуха длительный период времени.

Я стал изучать этот вопрос и выяснил, что все живые организмы на Земле являются частью огромной экосистемы – биосферы. В ней прослеживаются тесные взаимосвязи между живыми организмами и окружающей средой.

Как же создать в банке свою собственную замкнутую экосистему? Смогу ли я это сделать самостоятельно? Как следить за тем, все ли идет хорошо в моей экосистеме? Что сделать, чтобы растения в банке без доступа кислорода не погибли? И вообще – возможно ли такое? На эти и некоторые другие вопросы, я постарался ответить в своем исследовании.

Предмет исследования – замкнутая экосистема в домашних условиях.

Цель исследования – изучить возможность создания и существования замкнутой экосистемы в домашних условиях.

Выяснить, возможно ли сделать замкнутую экосистему в домашних условиях;

Изучить эксперименты по созданию замкнутой экосистемы;

Выяснить какое значение они могут иметь для науки и жизни человека;

Найти информацию по созданию замкнутой экосистемы в домашних условиях и

воплотить её в жизнь.

Изучить и проанализировать литературу по данной теме.

Смоделировать (создать) замкнутую экосистему в банке, описать ее.

Наблюдать за экосистемой.

Проанализировать, обобщить и сделать выводы.

1. Понятие замкнутой экосистемы

Первым делом хочется остановиться на том, что такое экосистема.

Ввёл понятие экосистемы английский учёный А. Тенсли.

Экосистема, или экологическая система — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов, среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. (Рисунок 1)

Но если говорить простым языком, понятным для школьника начальных классов, то экосистема – это определённая среда обитания, образованная живыми организмами. Это может быть атмосфера, почва, лужа, море, река или целый океан — это все естественные экосистемы. В рамках одной экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

Замкнутая экосистема — экосистема, не предполагающая какого-либо обмена веществом с внешней средой.

По происхождению экосистемы можно условно разделить на естественные экосистемы и искусственные. Естественные экосистемы создавались самой природой под действием условий среды – леса, луга, болота, реки, океан и т.д. Искусственные экосистемы создаются человеком и без его вмешательства они не очень устойчивы, и поэтому долго существовать не могут – поле с посадками, сады, парки, искусственные водоемы.

История создания замкнутых экосистем.

Дэвид Латимер посадил в бутылку традесканцию и на протяжении вот уже более 55ти лет не открывал ее. (Рисунок 2)

За это время растение не только не погибло, а образовало собственную экосистему. Питание традесканции производилось за счет собственного перегноя. А рост растения — из-за производимого ею кислорода. Полив отсутствовал. Так как увлажнение производилось конденсатом. Латимер объясняет, что в бутыли создалась собственная самодостаточная мини-экосистема. Растение получает немного света, которого хватает для фотосинтеза и выработки энергии, необходимой для роста.

Так же до сегодняшнего дня люди пытаются создать замкнутую экосистему, способную обеспечивать жизнь человека. Но это уже более сложные и трудоемкие экосистемы, которые должны учитывать огромное множество особенностей жизни человека на земле – это не только возможность дышать кислородом в условиях замкнутой экосистемы, но и возможность воспроизводить питание – растеневодство, животноводство и т.д. «Биос-3», «Биосфера-2» и «Юэгун-1» — это советский, американский и китайский проекты замкнутых биологических систем жизнеобеспечения.

Китайский «Юэгун-1» еще не полностью завершённый, но уже видно, что удачный проект. Два завершенных: американский «Биосфера-2» — окончившийся провалом, но давший много научной информации, и «Биос-3»- самый удачный и до сих пор не превзойденный проект советских ученых. Этот проект позволил экипажу из 3 человек жить в замкнутом пространстве в течении 6ти месяцев и жизнь была наиболее всего приближена к жизни на Земле – по воде и газу жизнь была похожа на жизнь на Земле на 100%, по пище – на 50%. (Рисунок 3)

Важность экспериментов по созданию замкнутой экосистемы для человека.

В первую очередь все эксперименты по созданию замкнутых экосистем для человека были созданы с целью освоения космоса, где людям пришлось бы провести длительное время без привычных для них условий – воздух, вода, пища и т.д.

Но мне кажется, что создание небольших замкнутых экосистем в домашних условиях дает возможность нам задуматься об экологии – что все в мире взаимосвязано между собой – чистая вода в водоемах, кислород, необходимый для нашей жизни, пища, которую мы едим!

2. Практическая часть.

Цель нашего исследования изучить возможность создания и существования замкнутой экосистемы в домашних условиях. Создать свой собственный микромир в банке!

Для начала мне необходимо было понять, что нужно для создания экосистемы в домашних условиях, составить список и собрать все необходимое. Так же интересным будет понять, дорогостоящая ли будет экосистема в своем создании и обслуживании :

Источник

Маленькая искусственная экосистема аквариума. Как работает закрытая экосистема аквариума?

Понятие экосистема обычно применяют к природным объектам разной сложности и размеров: тайга или небольшой лес, океан или маленький пруд. В них функционируют сложно уравновешенные природные процессы. Существуют также биологические системы, созданные искусственно. Примером может служить экосистема аквариума, необходимое равновесие в которой поддерживается человеком.

Виды экосистем и их особенности

Экосистемой называют совокупность живых организмов самых разных видов на определенном участке биосферы, которые связаны не только между собой, но и с компонентами неживой природы круговоротом веществ и превращения энергии. Она может быть естественной и искусственной.

Естественные экосистемы (леса, степи, саванны, озера, моря и другие) являются саморегулирующей структурой. Искусственные экосистемы (агроценоз, аквариумы и другие) создаются и поддерживаются человеком.

Структура экосистемы

В экологии экосистема является главной функциональной единицей. В нее входят неживая среда и организмы как компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга. Ее структура, независимо от вида, будь это экосистема природного водоема или экосистема аквариума, включает следующие составляющие:

Пространственная — размещение организмов в определенной биологической системе.
Видовая — число обитающих видов и соотношение их численности.
Компоненты сообщества: абиотические (неживая природа) и биотические (организмы – потребители, производители и разрушители).
Круговорот веществ и энергии — важное условие существования экосистемы.
Устойчивость экосистемы, зависящая от числа обитающих в ней видов и длины образуемых цепей питания.

Рассмотрим пример одной из биологических систем — аквариум. Искусственная экосистема его включает все структурные единицы. В аквариуме определенного размера (пространственное размещение) обитает живой компонент системы (рыбы, растения, микроорганизмы). Его компонентами являются также вода, грунт, коряги. Аквариум — замкнутая экосистема, поэтому для его обитателей искусственно создаются условия близкие к природным. Для чего используется освещение, так как ничто живое не может полноценно развиваться и жить без света; терморегуляция — для поддержания постоянного уровня температуры; аэрация и фильтрация — для подачи кислорода в воду и постоянной ее очистки.

Отличия экосистем

На первый взгляд может показаться, что экосистема аквариума мало чем отличается от естественного водоема. Ведь сам аквариум — это своеобразная небольшая копия закрытого водоема, предназначенного для содержания и разведения рыбок и растений. Жизнь в нем протекает по схожим биологическим процессам. Только аквариум — маленькая искусственная экосистема. В ней степень воздействия абиотических компонентов (температура, свет, жесткость воды, pH и других) на биотические компоненты уравновешивается человеком. Он же поддерживает в аквариуме всю необходимую жизнедеятельность, продолжительность которой во многом зависит от опыта аквариумиста, его умения управлять равновесием среды. Однако даже при грамотном уходе она периодически приходит в упадок, и человеку предстоит терпеливо устраивать ее заново в комнатном водоеме. Почему это происходит?

Причинные факторы

Экосистема аквариума зависит от возраста ее водной среды. Она проходит этапы становления, молодости, зрелости и деградации. Нарушения равновесия в экосистеме выдерживают немногие растения, а рыбы перестают размножаться.

Немалую роль играет и величина аквариума. От его объема напрямую зависит продолжительность жизни среды. Это подобно экосистеме в природе. Известно, что чем больше объем водоема, тем больше у него устойчивость к нарушениям необходимого равновесия. В аквариуме до 200 литров нетрудно сформировать среду обитания, близкую к естественной, однако значительно труднее нарушить в ней баланс своими неумелыми действиями.

Аквариумы маленькой вместимости до 30-40 литров требуют регулярной подмены воды. В разумных пределах ее смена на 1/3-1/5 может поколебать равновесную устойчивость, но среда восстанавливается через пару дней самостоятельно, а вот в случае замены всей воды можно легко нарушить установившийся баланс.

Аквариумист должен знать, что, сформировав экосистему, необходимо поддерживать в ней равновесие минимальным вмешательством.

Модель экологической системы

Аквариум — маленькая искусственная экосистема, структура которой мало отличается от природной. Составляющими экосистемы являются биотоп и биоценоз. В аквариуме неорганической природой (биотопом) служит вода, грунт, их свойства. Она же включает в себя объем пространства водной среды, ее подвижность, температуру, освещенность и другие параметры. Необходимые свойства среды обитания создаются и поддерживаются человеком. Он кормит обитателей аквариума, заботится о чистоте грунта и воды. Тем самым создает лишь модель экосистемы. В природе она замкнута и независима.

Абиотические факторы

Природную совокупность отличают значительно более глубокие взаимосвязи и взаимозависимости. В домашнем водоеме они регулируются человеком. Условно и в домашнем водоеме все живые организмы именуются аквариумным биоценозом. Они занимают в нем определенные экологические ниши, создавая гармонию местообитания. Благоприятные условия для жизнедеятельности создают для них с учетом абиотических факторов – соответствующей температуры, освещения и движения воды.

Температурный режим зависит от обитателей аквариума. Поскольку даже незначительные его перепады могут привести к гибели некоторых видов рыб, рекомендуется использовать обогреватели с встроенным терморегулятором.

Режим освещения необходим для нормального функционирования всех составляющих аквариумной среды. Источники света обычно располагают над поверхностью воды. Длина светового дня должна соответствовать фотопериоду обитателей в их естественных условиях жизни.

В природе стоячая вода более подвижна из-за воздействия дождя, ветра и других волнений. В аквариуме необходима постоянная циркуляция воды. Она достигается с помощью аэрации или прогонки воды через фильтр.

Постоянная циркуляция обеспечивает вертикальное вращение воды в аквариуме. Она также выравнивает показатель кислотности, предотвращает быстрое снижение редокс-потенциала в придонных слоях.

Органические и неорганические соединения

Вода, кислород, углекислота, аминокислоты, азотные и фосфорные соли, гуминовые кислоты – основные органические и неорганические соединения, которые также относятся к абиотическим элементам. Большая их часть заключена в самих организмах аквариума и в донных отложениях.

Скорость перехода данных питательных веществ в водный раствор обеспечивается в результате функционирования продуцентов и редуцентов экосистемы. Органические азотсодержащие выделения утилизируют бактерии, превращая их в более простые вещества, необходимые для усвоения растениями. Органические соединения переходят в минеральную (неорганическую) форму также благодаря разным видам бактерий.
Данные важнейшие процессы зависят от температурного режима воды, показателя ее кислотности, насыщенности кислородом. Они регулируют нормальное функционирование экосистемы.

При создании закрытой экосистемы аквариума важно знать, что к приему своих обитателей он готов, но полностью не уравновешен, поскольку многие важные типы бактерий стабилизируются в течение двух недель.

Устойчивость экосистемы и круговорот веществ в аквариуме

Обитатели аквариума не могут обеспечить полного круговорота веществ. В нем выявляется разрыв цепи между консументами и продуцентами. Этому способствует закрытая экосистема аквариума. Креветки, моллюски, рачки (консументы) едят растения (продуценты), но никто не питается самими консументами. Цепь прерывается. В то же время другая цепь питания рыбы — мотыли и другой корм — поддерживается человеком искусственно.

В природных экосистемах каждый вид уравновешен соотношением с другими видами. Каждый из них занимает свою нишу, определяет взаимозависимость видов. Пропорции хищников и их жертв в развитии экосистемы строго уравновешены. Подобного балансирования не добиться в таком замкнутом пространстве, как аквариум. Искусственная экосистема требует грамотной подборки своих обитателей. Экологические ниши рыб, растений должны сопрягаться, но не накладываться одна на другую. Они подбираются так, чтобы их жизненные потребности и так называемые «профессии» (потребители, производители и разрушители) не были в ущерб другим.

Уравновешенный подбор обитателей по их «профессиональному» назначению в модели аквариумной экосистемы является важнейшим условием ее длительного здоровья.

«Адрес» обитателей аквариума

Местообитание в водоеме каждого вида также имеет немалое значение. Все они должны найти себе подходящее пристанище. Нельзя перенасыщать аквариум, чтобы не привести к деградации других видов. Так, плавающие растения, разрастаясь, перекрывают свет растущим ниже водорослям, нехватка укрытий на дне и мест обитания для донных видов рыб приводят к стычкам и к гибели более слабых особей.

Для сохранения устойчивости экосистемы в аквариуме необходимо при любых попытках вмешательства подумать — не навредит ли это равновесию.

Источник