Раздел 3
Экология сообществ и экосистем
Биосфера и человек
Биоценоз и его структура
Трансофрмация вещества и энергии в биоценозе: пищевые цепи и пищивые сети.
Экологические пирамиды
Динамика биоценозов
Сукцессии
Экосистема и биогеоценоз
Типы экосистем
Экосистема «промышленное предприятие»
Биосфера и структура биосферы учение вернадского о биосфера
Функции живого вещества
Биогеохимические круговороты веществ в природе
Эвоолюция биосферы
Ноосфера
1. Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом. Биосистема – комплекс живых организмов.
Физиосистема – комплекс факторов абиотической среды.
Биогеоценоз – это единый комплекс организмов (популяций разных видов), обитающих на определенной территории с однородными условиями существования, а также взаимодействующих между собой.
Экотоп – это совокупность факторов абиотической среды.
Биоценоз – это все взаимодействующее население биогеоценоза.
Любой биогеоценоз может быть назван экосистемой, в то время как не каждая экосистема может быть названа биогеоценозом.
2. Биосфера и человек. Современный человек сформировался около 30-40 тыс. лет назад. С этого времени в эволюции биосферы стал действовать новый фактор антропогенный. Первая созданная человеком культура палеолит (каменный век) продолжалась примерно 20-30- тыс. лет; она совпала с длительным периодом оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят многочисленные кости диких животных свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов.
3 биоцено́з
совокупность организмов – популяций растений, животных, грибов, микроорганизмов, населяющих однородный участок суши или водоёма и характеризующихся определёнными взаимоотношениями (пищевые цепи, симбиоз и т.д.) и приспособленностью к условиям окружающей среды. Каждая группа организмов занимает в биоценозе определённую ступень экологической пирамиды (продуценты, консументы и редуценты). Примерами биоценозов могут служить совокупность организмов пруда, дубравы, соснового или берёзового леса и т.д. Во
Пространственная структура биоценоза определяется сложением его растительной части – фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. При совместном обитании растений, разных по высоте, фитоценоз часто приобретает выраженное ярусное сложение: первый ярус древостоя, второй ярус древостоя, ярус подлеска и т.д. Ассимилирующие надземные органы растений даже в пределах одного яруса (и подземные их части) располагаются в несколько слоев, по-разному используя и изменяя среду и образуя биогоризонты, как элементы функциональной структуры сообщества.
4 Пищевая цепь - это путь движения вещества (источник энергии и строительный материал) в экосистеме от одного организма к другому.
Трофический уровень — это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней. Существует 2 основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные.
В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.
В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита, идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.
В схемах пищевых цепей каждый организм представлен питающимся организмами какого-то определённого типа. Действительность намного сложнее, и организмы (особенно, хищники) могут питаться самыми разными организмами, даже из различных пищевых цепей. Таким образом, пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.
5 Экологическая пирамида — графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников, видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме. Эффект пирамид в виде графических моделей разработан в 1927 году Ч. Элтоном[
Выражается:
· в единицах массы (пирамида биомасс),
· в числе особей (пирамида чисел Элтона)
· в заключенной в особях энергии (пирамида энергий).
Правило экологической пирамиды
Количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую.
6. ФИТОЦЕНОЗ+ЗООЦЕНОЗ+МИКРОБИОЦЕНОЗ = БИОЦЕНОЗ.
Биоценозы имеют трофическую (пищевую) структуру.
Выделяют следующие структурные элементы сообщества:
продуценты –ответственные на накопление биомассы;
консументы –отвечают за производство работы;
редуценты (микроконсументы) – завершают разложение органической материи, поддерживая круговорот веществ.
7. Сукцессия – последовательная смена биоценозов на одном и том же биотопе.
Сукцессионный ряд – цепь меняющих друг друга биоценозов.
Сукцессии могут быть аутогенными - вызванными внутренними причинами, или аллогенными - под действием внешних факторов, которые в свою очередь могут быть природными - под действием пожаров, наводнений и антропогенными; первичными – на первично безжизненных местах, например скалах и вторичными – на местах разрушенных сообществ, где живые организмы частично сохранились.
Циклические сукцессии связаны с глобальными природными циклами – солнечной активностью, климатическими изменениями.
Эволюционная сукцессия (необратимая) - общая эволюция биосферы Земли.
Биогеоценоз и экосистема
Понятие экосистема введено английским ботаником А. Тенсли (1935), который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую их среду. как основная структурная единица биосферы — это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество живых организмов и окружающей неживой среды. В этом определении подчеркнуто наличие взаимоотношений, взаимозависимости, причинно-следственных связей между биологическим сообществом и абиотической средой, объединение их в функциональное целое. Биологи считают, что экосистема — совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории, вместе с окружающей их неживой средой. природные образования с четкими границами, состоящие из совокупности живых существ (биоценозов), занимающих определенное место. Для водных организмов — это вода, для организмов суши — почва и атмосфера. Понятия биогеоценоз и экосистема до некоторой степени однозначны, но они не всегда совпадают по объему. Экосистема — широкое понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.
9. Основные типы экосистем суши.
Лимитирующим фактором, определяющим характер растительности на большей части суши Земли, является количество осадков.
Так, пустыня – это территория, где испарение превышает количество осадков, которое в свою очередь составляет менее 250 мм в год. На таких территориях произрастает скудная, разреженная, обычно низкорослая растительность. Для пустынь характерны значительные контрасты между дневными и ночными температурами.
Травянистые экосистемы приурочены к регионам, где среднегодовое количество осадков достаточно для произрастания трав; однако выпадают они все еще настолько неравномерно, что периодические засухи и пожары препятствуют развитию древесной растительности на сколько-нибудь значительных площадях.
Главными факторами, определяющими характерные особенности пустынь, лесов или травянистых сообществ на конкретной территории, являются среднегодовое количество осадков, средняя температура, а также тип почв. Совместное действие этих факторов приводит к образованию тропических, умеренных и полярных вариантов пустынных, травянистых или лесных экосистем
Водные экосистемы.
Лимитирующие факторы водных экосистем:
1. Соленость – содержание растворимых солей, главным образом хлорида натрия, в водной массе;
2. Глубина проникновения солнечных лучей;
3. Количество кислорода;
4. Доступность питательных элементов;
5. Температура воды.
10. Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии,фиксированная городскими растениями или солнечными батареями,расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергиидля предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположеныза его пределами. Это - месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомныеэлектростанции
11.
Около 60 лет назад выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере оболочке Земли, населенной живыми организмами. В.И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: «На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами. В составе биосферы различают: - живое вещество, образованное совокупностью организмов; - биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.); - косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты); - биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и отграничена слоем озона, который задерживает губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы.
Энергетическая функция выполняется, прежде всего, растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Собственных источников энергии она не имеет и может потреблять энергию только от внешних источников. Главным источником для биосферы является Солнце.
Минерализация органических веществ, разложение отмершей органики до простых неорганических соединений, химическое разложение горных пород, вовлечение образовавшихся минералов в биотический круговорот определяет деструктивную (разрушительную) функцию живого вещества. Данную функцию в основном выполняют грибы, бактерии.
Концентрационная (накопительная) функция - избирательное накопление определенных веществ, рассеянных в природе - водорода, углерода, азота, кислорода, кальция, магния, натрия, калия, фосфора и многих других, включая тяжелые металлы, в живых существах. Раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных — все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.
Можно сказать, что средообразующая функция - совместный результат всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота (в ходе фотосинтеза растения выполняют газовую функцию: поглощают углекислый газ и выделяют кислород); деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.
Круговорот воды.
Круговорот углерода.
Круговорот кислорода.
Круговорот азота..
Круговорот фосфора..
Круговорот серы.
14 15.
Биосфера не является статичным, неизменным объектом; с течением времени она эволюционирует. Важным фактором этой эволюции являются сами живые организмы. С момента своего возникновения они расширяли границы биосферы, изменяли её состав. В результате их деятельности за миллиарды лет появились горные породы и полезные ископаемые органического происхождения, полностью преобразована атмосфера Земли (в то числе образован озоновый экран, защищающий всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей), постоянно менялся рельеф местности.
Значительные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Бурное развитие промышленности, науки и техники за несколько столетий – геологически ничтожный отрезок времени – способствовало значительному ускорению миграции атомов. Человек создал тысячи новых пород и сортов, истребил многие виды диких животных и растений, извлёк из земной коры миллиарды тонн полезных ископаемых; в результате его деятельности образовались новые озёра – водохранилища – и искусственные реки – каналы, на огромных площадях природные экосистемы сменились искусственными. Деятельность человечества, ничтожного по своей биомассе, оказывает влияние на состав земных океанов и атмосферы. Сейчас уже можно сказать, что человек, овладев громадной энергией, сам является мощнейшим фактором эволюции биосферы. Владимир Вернадский предполагал, что человечество должно создать новую оболочку Земли – ноосферу (греч. noos - «разум»), рассматриваемую в качестве некого мыслящего пласта над биосферой.
