Функционирование экосистем. Продуктивность

Биологический круговорот

Главная функция экосистемы заключается в осуществлении круговорота химических элементов на основе постоянного притока энергии. Глобальный биотический круговорот совершается при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в непрерывной циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами.Основу этого процесса составляет фотосинтез растений и пищевые связи организмов в биоценозах. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистемах возможен только за счет постоянного притока энергии. Солнце - единственный источник энергии на Земле! Распределение солнечной энергии в экосистеме

Энергетические отношения

Все живые существа связаны между собой энергетическими отношениями, так как являются объектами питания. В каждом сообществе трофические связи образуют сложную сеть. Место каждого звена в пищевой цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень - это всегда продуценты (создатели растительной биомассы). Второй уровень - растительноядные животные (консументы 1 порядка) и т.д.

Передача энергии

Передача энергии в химических реакциях в организме происходит согласно законам термодинамики. Первый закон термодинамики: энергия не может создаваться заново и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую. Второй закон термодинамики: все процессы, связанные с превращением энергии, проходят с потерей части ее в виде тепла. Схема потока энергии и потерь тепла через типичную пищевую цепь Например, энергетический баланс консументов складывается следующим образом: поглощенная пища усваивается не полностью. Процент усвоения зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма (12- 20% - некоторые сапрофаги, до 75 % -плотоядные). Неусвоенная часть полученной пищи вновь возвращается во внешнюю среду в виде экскрементов. Большая часть полученной энергии расходуется на физиологические процессы в организме, меньшая - на рост, увеличение массы тела, запас питательных веществ.

Экологическая пирамида

“Правило 10%” гласит: на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90% (до 80%) и только около 10% (до 20%) переходит к очередному потребителю. При оценке количества продукции в последовательных трофических уровнях любого биоценоза получается убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз меньше предыдущего. Схема уменьшения продукции Этот ряд можно выразить графически в виде пирамиды с широким основанием и узкой вершиной. Экологическая пирамида Правило экологической пирамиды Снижение количества доступной энергии на каждом последующем трофическом уровне сопровождается снижением(масса тела живых организмов) и численности особей.

Продуктивность

Суммарная скорость, с которой растения данной экосистемы запасают энергию солнечного света в виде создаваемых ими органических веществ, называют общей (валовой) первичной продуктивностью (ВПП) этой экосистемы. Примерно половина этой энергии, запасенной в процессе фотосинтеза, почти немедленно используется самими растениями для дыхания. Остальная энергия составляет чистую первичную продукцию (ЧПП). То есть: Чистая продукция = общая продукция - затраты на дыхание. Поскольку энергия и элементы питания поступают в живые системы вместе, чистую первичную продукцию (чистый прирост в единицу времени) можно определять как скорость увеличения веса живого организма(то есть, как количество вещества, добавляемое в единицу времени). Это количество эквивалентно энергии, но его легче измерить. Чистая первичная продукция (новообразовавшийся растительный материал) - это ниша, доступная гетеротрофным организмам, которые, в свою очередь, создают вторичную биологическую продукцию в результате переработки растительной и животной биомассы. По продуктивности экосистемы разделяют на 4 класса: Экосистемы очень высокой биологической продуктивности - свыше 2 кг\м² в год. Например: заросли тростника в дельтах Волги, Урала, Дона. По продуктивности близки к экосистемам тропических лесов и коралловых рифов. Экосистемы высокой биологической продуктивности - 1-2 кг\м² в год. Например: липово-дубовыелеса, прибрежные заросли рогоза, тростники на озере, посевы кукурузы. Экосистемы умеренной биологической продуктивности - 0,25-1 кг\м² в год. Например: многие посевы,сосновые и березовые леса, сенокосные луга, степи, заросшие водными растениямиозера. Экосистемы низкой биологической продуктивности - менее 0,25 кг\м² в год. Например: арктические пустыни островов Северного Ледовитого океана, большинство морских экосистем. Средняя продуктивность экосистем Земли не превышает 0,3 кг\м² в год, так как на планете преобладают низкопродуктивные экосистемы пустынь и океанов. Продуктивность экосистем зависит от ресурсов почвы (ее обеспеченности питательными элементами и влагой), атмосферы, солнечного света и тепла.

Агроценозы

- это биогеоценоз, искусственно созданный человеком для своих целей с определенным уровнем и характером продуктивности. В настоящее время агроценозами занять около 10% суши. Отличия агроценозов от природных сообществ: · Резко снижено разнообразие организмов. Однообразие и видовая бедность поддерживается специальной, сложной системой агротехнических мер. Но даже самые бедные агроценозы включают несколько десятков видов организмов, принадлежащих к разным систематическим и экологическим группам. · Виды поддерживаются искусственным отбором и не могут выдерживать борьбу за существование без поддержки человека. · Агроэкосистемы получают дополнительную энергию благодаря деятельности человека (обработка почвы, полив, удобрения). · Чистая первичная продукция (биомасса растений) удаляется из экосистемы в виде урожая и не поступает в сети питания, следовательно, почва обедняется. Таким образом, агроценозы в отличие от природных систем не являются саморегулирующимися системами, а регулируются человеком. Агроценоз неустойчив, быстро разрушается, так как культурные растения будут вытеснены дикорастущими, то есть произойдет смена сообществ.

Агроценозы