النظام البيئي الاصطناعي: الخصائص والأنواع والعوامل والأمثلة - بيئة - 2026

و النظام البيئي الاصطناعي هو واحد التي تم تحديدها من قبل البشر لأغراض محددة، مثل الإنتاج الزراعي المكونات الحيوية. يجب الحفاظ عليها في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة.

يشير مصطلح النظام البيئي ، أو النظام البيئي ، إلى وحدة طبيعية أو شبه طبيعية أو اصطناعية تشمل جميع الكائنات الحية ، أو العوامل الحيوية ، في منطقة معينة ، والتي تتفاعل مع المكونات الفيزيائية والكيميائية لبيئتها ، أو العوامل غير الحيوية.

المصدر: pixabay.com

تتميز النظم الإيكولوجية بوجود مجموعة متنوعة محددة من العوامل الحيوية ، أو التنوع البيولوجي ، وأنماطها الخاصة من الطاقة وتدفق المغذيات داخل وبين عواملها الحيوية وغير الحيوية. يمكن تصنيفها على أنها طبيعية وشبه طبيعية ومصطنعة.

على عكس الأنظمة الاصطناعية ، فإن النظم البيئية الطبيعية هي تلك التي لم يغيرها البشر بشكل ملموس. النظم البيئية شبه الطبيعية هي تلك التي تحتفظ بجزء كبير من تنوعها البيولوجي الأصلي ، على الرغم من تغيرها بشكل كبير من قبل البشر.

مميزات

تتمتع النظم البيئية الاصطناعية بمجموعة متنوعة من الخصائص ، والتي تختلف وفقًا للغرض الذي صممت من أجله. بشكل عام ، فإنهم يشاركون ما يلي:

- أنها تحتوي على تنوع بيولوجي أقل من تلك الموجودة في النظم البيئية الطبيعية وشبه الطبيعية. عنصره الحيوي يهيمن عليه بشدة الأنواع الغريبة أو الغريبة التي أدخلها البشر. يقدمون سلاسل غذائية مبسطة. التنوع الجيني منخفض للغاية ، حتى في الأنواع المدخلة.

- من وجهة نظر احتياجات الإنسان ، فهي أكثر إنتاجية أو أسهل في الاستخدام من النظم البيئية الطبيعية. لذلك ، فقد سمحوا بنمو هائل لسكان العالم.

- معرضة للتدهور وللهجوم من قبل الآفات ، مع فقدان فائدتها للإنسان ، بسبب غياب التنوع البيولوجي وآليات التنظيم الذاتي المميزة للنظم البيئية الطبيعية. إعادة تدوير المغذيات محدودة للغاية.

- يعتمدون على التدخل البشري في استمرارهم. عندما يتم التخلي عنها ، فإنها تميل ، في عملية تسمى التعاقب البيئي ، إلى العودة تدريجياً إلى حالة النظم البيئية الطبيعية.

اعتمادًا على درجة التدخل البشري والأنواع المستعمرة المتاحة ، تسمح هذه العملية الأخيرة باستعادة جزء من التعقيد الأصلي والتنوع البيولوجي.

العوامل الحيوية

في النظم البيئية الاصطناعية ، تتكون النباتات والحيوانات بشكل أساسي من تلك الأنواع التي يرغب الإنسان في التواجد فيها. تتم إزالة الأنواع الأصلية من المنطقة من أجل خلق مساحة للأنواع المرغوبة ، أو لضمان استفادة الأخيرة بشكل احتكاري من العوامل اللاأحيائية المتاحة.

في النظم البيئية الاصطناعية ، تعتبر الأنواع الأصلية أو المدخلة التي تتغذى على الأنواع المرغوبة ، أو التي تتنافس معها على العوامل اللاأحيائية ، آفات بهدف القضاء عليها أو على الأقل المكافحة المنتظمة لها.

في النظم البيئية الاصطناعية ، يتحمل البشر وجود تلك الأنواع المحلية أو التي تم إدخالها والتي لا تؤثر سلبًا على الأنواع المرغوبة. في حالة بعض الأنواع المحلية أو التي تم إدخالها والتي تفيد الأنواع المرغوبة ، على سبيل المثال من خلال العمل كمكافحة حيوية للآفات ، يتم أحيانًا تعزيز وجودها.

البشر هم العامل الحيوي الأكثر تحديدًا للنظم البيئية الاصطناعية ، كونهم مسؤولين عن إنشائها وصيانتها ، وعن المسار الذي تتبعه. على سبيل المثال ، يمكن للبشر تحويل النظام البيئي الاصطناعي ، مثل حقل المحاصيل ، إلى نوع آخر من النظم البيئية الاصطناعية ، مثل حديقة حضرية.

العوامل غير الحيوية

عادة ما تكون العوامل اللاأحيائية ، مثل المناخ والتربة ، للنظم البيئية الاصطناعية واسعة النطاق هي نفسها تلك الموجودة في النظم البيئية الطبيعية التي سبقتها في المنطقة التي يشغلونها.

تشمل العوامل اللاأحيائية ذات الأصل البشري بالكامل الأسمدة والمبيدات والملوثات الكيميائية والحرارة الناتجة عن استهلاك الكهرباء والوقود الأحفوري والضوضاء والقمامة البلاستيكية والتلوث الضوئي والنفايات المشعة. ومن الأمثلة على هذا الأخير في كارثتي تشيرنوبيل وفوكوشيما.

يتكون نوع نادر من النظم البيئية الاصطناعية من أنظمة بيئية مغلقة ، مثل كبسولات الفضاء ، وهي أنظمة بيئية لا يُسمح فيها بتبادل المواد مع الخارج. هذه النظم البيئية صغيرة الحجم بشكل عام وهي للأغراض التجريبية.

في النظم البيئية المغلقة ، يتم تحديد العوامل اللاأحيائية من قبل المجرب. إذا كان الهدف هو الحفاظ على حياة الإنسان أو الحيوان ، فإن النفايات ، مثل ثاني أكسيد الكربون ، أو البراز والبول ، هي عوامل غير حيوية يجب تحويلها ، بمشاركة كائن حي ذاتي التغذية ، إلى أكسجين وماء وغذاء.

أنواع وأمثلة حقيقية

يمكن تصنيف النظم البيئية الاصطناعية بعدة طرق. التصنيف الأكثر شيوعًا يقسمها إلى أرضية ومائية. ومع ذلك ، من الممكن أيضًا تقسيمها إلى حضرية ، وضواحيها وخارجها ، أو مفتوحة ومغلقة.

بالطبع ، من الممكن أيضًا دمج هذه التصنيفات لتحقيق توصيفات دقيقة. وهكذا ، على سبيل المثال ، سيكون هناك نظام بيئي صناعي أرضي حضري مفتوح ، أو نظام بيئي اصطناعي مائي خارج حضري مغلق.

النظم البيئية الأرضية الاصطناعية

إنها شائعة جدًا لأن البشر كائنات أرضية. يشغل أكبر مساحة ما يعرف بالنظم الإيكولوجية الزراعية ، ومن بينها المزارع الزراعية وتربية الماشية.

إن أهمية النظم البيئية الزراعية كبيرة جدًا لدرجة أنه يوجد داخل علم البيئة مجال فرعي يسمى علم البيئة الزراعية ، والذي يدرس علاقات النباتات المزروعة والحيوانات الأليفة مع البيئة غير الحية.

الحدائق العامة والخاصة والحدائق مهمة أيضا. مع حاجتهم إلى رعاية مستمرة ، مثل إزالة ما يسمى بالأعشاب ، تظهر المتنزهات والحدائق عدم القدرة على التنظيم الذاتي والحفاظ على الذات نموذجيًا للنظم البيئية الاصطناعية.

المدن هي أيضًا أنظمة بيئية اصطناعية ، في توسع هائل ، غالبًا على حساب النظم الإيكولوجية الزراعية.

ومن الأمثلة الأخرى على النظم البيئية الأرضية الاصطناعية مزارع الغابات لإنتاج الخشب ولب الورق لمزارع الورق والخنازير والدواجن والصوبات الزراعية لإنتاج الخضروات والبقوليات والزهور وحدائق الحيوان وملاعب الجولف ، ومرابي حيوانات لتربية الزواحف البرمائيات والمفصليات.

النظم البيئية المائية الاصطناعية

لقد سمعنا جميعًا عن أحواض الأسماك وحقول الأرز وقنوات الري وقنوات الأنهار والزراعة المائية والخزانات وبرك تربية الأحياء المائية للأسماك والروبيان والبرك الحضرية والزراعية والأقفاص العائمة لتربية الأحياء المائية للأسماك البحرية وبرك الأكسدة للمعاهدة من مياه الصرف الصحي. هذه أمثلة على النظم البيئية المائية الاصطناعية.

إن تغيير الإنسان للغلاف المائي ، أو جزء من الكوكب الذي تشغله المحيطات والبحيرات والأنهار وغيرها من المسطحات المائية ، لإنشاء أنظمة بيئية اصطناعية عن قصد أو عرضًا ، له أهمية بيئية واقتصادية كبيرة.

إن اعتمادنا على المسطحات المائية والنباتات والحيوانات المائية ، فضلاً عن وظائفها البيئية ، أمر بالغ الأهمية لبقائنا على قيد الحياة. يعد الغلاف المائي موطنًا لتنوع بيولوجي غني جدًا ، ويوفر الغذاء ، ويزود الغلاف الجوي بالأكسجين ، ويخدم الترفيه والسياحة.

يؤدي تلوث البحر والأنهار بالبلاستيك وعدد لا حصر له من النفايات من جميع الأنواع إلى إنشاء أنظمة بيئية اصطناعية أصلية ذات تنوع بيولوجي منخفض بشكل كبير ، مثل جزيرة القمامة الكبيرة في المحيط الهادئ ، والتي يبلغ حجمها بالفعل ثلاثة أضعاف مساحة فرنسا. تشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2050 ستحتوي محيطات الكوكب على بلاستيك أكثر من الأسماك.

النظم البيئية الاصطناعية المغلقة

يمكن اعتبار كوكب الأرض ككل نظامًا بيئيًا مغلقًا يسمى الغلاف البيئي. نظرًا للتغيرات البشرية القوية والمتنامية ، والتي تؤدي ، من بين أمور أخرى ، إلى تغير مناخي غير طبيعي وسيؤدي إلى فقدان ملايين الأنواع ، يمكن أن يصبح المحيط البيئي نظامًا بيئيًا صناعيًا مغلقًا.

أنشأ البشر أنظمة بيئية مغلقة لأغراض التجريب. بالإضافة إلى الكبسولات والمختبرات الفضائية ، فإن هذه تشمل تلك التي تم تطويرها في المشاريع (Biosphere 2 و MELiSSA و BIOS-1 و BIOS-2 و BIOS-3) بهدف تجربة دعم الحياة في ظروف العزلة البيئية..

على نطاق صغير جدًا ، يمكن استخدام مرابي حيوانات وأحواض مائية لإنشاء أنظمة بيئية اصطناعية مغلقة تضم النباتات والحيوانات. تمثل الحاوية أو الزجاجة المغلقة التي تحتوي على طعام أو مشروبات ملوثة بالكائنات الحية الدقيقة أيضًا أمثلة على النظم البيئية الاصطناعية المغلقة.

الصلة بمستقبل الحياة الأرضية

عندما تشغل مساحات كبيرة ، لا سيما في المناطق الاستوائية الغنية بالحيويات المتوطنة ، تسبب النظم البيئية الاصطناعية خسارة كبيرة في التنوع البيولوجي. تتضح هذه المشكلة من خلال الازدهار في مزارع النخيل الأفريقية في إندونيسيا ، وفي زراعة فول الصويا والماشية في منطقة الأمازون.

يتطلب نمو السكان توسعًا دائمًا في النظم البيئية الاصطناعية على حساب العالم الطبيعي.

جزئيًا ، يمكن الحد من هذا التوسع من خلال تحسين الكفاءة الإنتاجية للنظم البيئية الاصطناعية الحالية ، وعن طريق تعديل عادات الاستهلاك (على سبيل المثال ، تناول كميات أقل من منتجات اللحوم) لتقليل البصمة البشرية.

تفتقر النظم البيئية الاصطناعية إلى القدرة على التنظيم الذاتي. وهذا ينطبق أيضًا على المحيط البيئي إذا كان سيصبح نظامًا بيئيًا صناعيًا عملاقًا ، مع عواقب وخيمة ، ليس فقط من حيث انقراض ملايين الأنواع ، ولكن أيضًا من أجل بقاء الإنسان نفسه.

الاستخدام المستدام ، أي استخدام الموارد الطبيعية بمعدل أقل من قدرتها على التجديد ، يعني القيام بكل ما هو ممكن للحفاظ على أكبر عدد ممكن من النظم البيئية الطبيعية الفريدة ، ولجعل النظم البيئية الاصطناعية تحتفظ ببعض الخصائص الظروف الحميدة للنظم البيئية شبه الطبيعية.

المراجع

1. Chapin، FS III، Matson، PA، Vitousek، PM مبادئ النظام الإيكولوجي الأرضي. سبرينغر ، نيويورك.
2. Clifford، C.، Heffernan، J. 2018. النظم البيئية المائية الاصطناعية. الماء ، 10 ، dx.doi.org/10.3390/w10081096.
3. Fulget، N.، Poughon، L.، Richalet، J.، Lasseur، C. 1999. ميليسا: إستراتيجية التحكم العالمية في النظام البيئي الاصطناعي باستخدام نماذج المبادئ الأولية للمقصورات. التقدم في أبحاث الفضاء ، 24 ، 397-405.
4. Jørgensen، SE، ed. 2009. إيكولوجيا النظام الإيكولوجي. إلسفير ، أمستردام.
5. كورنر ، سي ، أرنوني ، جا إل. 1992. الاستجابات لارتفاع ثاني أكسيد الكربون في النظم الإيكولوجية المدارية الاصطناعية. علم ، 257 ، 1672-1675.
6. Molles، M. 2013. علم البيئة: المفاهيم والتطبيقات. ماكجرو هيل ، نيويورك.
7. Nelson، M.، Pechurkin، N. S، Allen، JP، Somova، LA، Gitelson، JI 2009. النظم البيئية المغلقة ، دعم الحياة في الفضاء ، والمحيط الحيوي. في: Wang، LK، ed. كتيب الهندسة البيئية ، المجلد 10: التكنولوجيا الحيوية البيئية. مطبعة هيومانا ، نيويورك.
8. Quilleré، I.، Roux، L.، Marie، D.، Roux، Y.، Gosse، F.، Morot-Gaudry، JF 1995. نظام بيئي صناعي منتِج قائم على رابطة أسماك / بكتيريا / نبات. 2. الأداء. الزراعة والنظم البيئية والبيئة ، 53 ، 9-30.
9. Ripple و WJ و Wolf و C. و Newsome و TM و Galetti و M. و Alamgir و M. و Crist و E. و Mahmoud و MI و Laurance و WF و 15364 عالمًا من 184 دولة. تحذير علماء العالم للبشرية: إشعار ثان. العلوم البيولوجية، 67، 1026-1028.
10. Rönkkö، M. 2007. نظام بيئي اصطناعي: ديناميات ناشئة وخصائص نابضة بالحياة. الحياة الاصطناعية ، 13 ، 159–187.
11. Savard، J.-PL، Clergeau، P.، Mennechez، G. 2000. مفاهيم التنوع البيولوجي والنظم الإيكولوجية الحضرية. المناظر الطبيعية والتخطيط العمراني ، 48 ، 131-142.
12. Swenson، W.، Wilson، DS، Elias، R. 2000. اختيار النظام البيئي الاصطناعي. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية ، 97 ، 9110-9114.