Шпаргалка по "Экологии"

Катастрофическая динамика  популяций  (рис.  1.3 г) может быть вызвана вмешательством человека или вследствие биоценоти

ческих нарушений, обусловленных  экономической деятельностью. Например, в Сахеле (Африка) неоправданно высокое содержание скота привело к гибели растительности  и превращению цветущего региона в пустыню. Этот процесс сопровождался гибелью растительных и  животных  популяций.  Вторым примером может служить Арал, где вызванные человеком изменения биотопа (резкое снижение поступающей в море воды) привели к гибели богатых прибрежных популяций и превращению плодородной земли в пустыню.

 

 

Рис. 1.3. Основные типы эволюции популяций

 

Вторая основная группа сообществ, называемая биоценозами, которая представляет собой одну из 2  частей  экосистем,  рассматривается ниже.

 

9.10. Экологические системы. Блоковая и видовая структура экосистем. Трофическая структура экосистем.

Существуют различные модели экосистем.

1. Блоковая модель экосистемы. Каждая экосистема состоит из 2 блоков: биоценоз и биотоп.

Биогеоценоз, по В. Н. Сукачеву , включает блоки и звенья. Это  понятие, как правило, применяют  к сухопутным системам. В биогеоценозах  обязательно наличие как основного  звена – растительного сообщества (луг, степь, болото). Существуют экосистемы без растительного звена. Например, те, которые формируются на базе разлагающихся органических остатков, трупов животных. В них достаточно лишь присутствие зооценоза и микробоценоза.

Каждый биогеоценоз –  экосистема, но не каждая экосистема – биогеоценозна.

Биогеоценозы и экосистемы различаются по временному фактору. Любой биогеоценоз потенциально бессмертен, так как все время  получает энергию от деятельности растительных фото– или хемосинтезирующих  организмов. А также экосистемы без растительного звена, заканчивая свое существование высвобождают в процессе разложения субстрата всю содержащуюся в нем энергию.

2. Видовая структура экосистем.  Под ней понимают количество  видов, которые образуют экосистему, и соотношение их численностей. Видовое разнообразие исчисляется сотнями и десятками сотен. Оно тем значительнее, чем богаче биотоп экосистемы. Самыми богатыми по видовому разнообразию являются экосистемы тропических лесов. Богатство видов зависит и от возраста экосистем. В сформировавшихся экосистемах обычно выделяется один или 2 – 3 вида явно преобладающих по численности особей. Виды, которые явно преобладают по численности особей, – доминантные (от лат. dom-inans – «господствующий»). Также в экосистемах выделяются виды – эдификаторы (от лат. aedifica-tor – «строитель»). Это те виды, которые являются образователями среды (ель в еловом лесу наряду с доминантностью имеет высокие эдификаторные свойства). Видовое разнообразие – важное свойство экосистем. Разнообразие обеспечивает дублирование ее устойчивости. Видовую структуру используют для оценки условий местопроизрастания по растениям-индикаторам (лесная зона – кислица, она указывает на условия увлажнения). По растениям-эдификаторам или доминантам и растениям-индикаторам называют экосистемы.

3. Трофическая структура экосистем.  Цепи питания. Каждая экосистема  включает в себя несколько  трофических (пищевых) уровней.  Первый – растения. Второй –  животные. Последний – микроорганизмы  и грибы.

 

Общий перечень элементов экосистемы включает:

1. Неорганические вещества ( , , , и т.д.), содержащиеся в виде газов, жидкости и ингредиентов субстрата.

2. Органические соединения (белки,  углеводы,  липиды, гумус и т.д.), содержащиеся в живых организмах и отчасти в субстрате.

3. Субстрат - среда или основа,  в которой постоянно обитают и развиваются организмы (верхний слой литосферы, гидросферы и ее донные отложения, отчасти атмосфера).

4. Автотрофы или продуценты, т.е. организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся создателями органических веществ из неорганических.

5. Гетеротрофы или консументы,  т.е. потребители органического вещества.

6. Редуценты,  чаще всего являющиеся микроконсументами, разлагающими мертвое органическое вещество и превращаюшие его в неорганическое, которое способны усваивать продуценты.

12.Экологическая  ниша.

Экологическая ниша, место, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в сообществе (биоценозе). Взаимодействие данного вида (популяции) с партнёрами по сообществу, в которое он входит в качестве сочлена, определяет его место в круговороте веществ, обусловленном пищевыми и конкурентными связями в биоценозе.

 

13. Превращения  энергии в экосистемах. Классификация  экосистем. Цепи питания. Экологические пирамиды.

 

Основным источником энергии  для  экосистем является энергия Солнца.  Именно она создает тепло на поверхности планета, кинетическую энергию потоков воздуха  и  потенциальную энергию гидросферы.  Потребность человека в энергии около 40 ккал/кг в день.

Для оценки эффективности поглощения солнечной энергии используется понятие продуктивности.  Различаются:  1) первичная продуктивность, т.е.  общая скорость  фотосинтеза;  2)  чистая первичная продуктивность или чистая ассимиляция - скорость фотосинтеза за вычетом потерь энергии на дыхание; 3) чистая продуктивность сообществ  -  чистая ассимиляция за вычетом потерь на дыхание и у гетеротрофов и 4) вторичная продуктивность  или энергия, накопленная у консументов.

Превращения энергии в экосистемах идут по пищевым (трофическим) цепям. У продуцентов она идет на рост биомассы, создание запасов и дыхание.  Начало пищевых цепей - растение, его живая ткань (прямое поедание), семена (зерноядные), проводящая ткань (активное извлечение микоризой),  мертвая ткань (диспергированная органика),  эксудаты (растворенная органика) и, наконец, цветки (нектар). Общая схема превращения энергии растениями включает поедание их растительноядными для живой ткани и потребителями диспергированной органики - детрита для мертвой ткани. Потребители детрита и растительноядные становятся пищей хищников. Каждый переход энергии уменьшает ее примерно на один порядок.

При анализе пищевых цепей  необходимо  учитывать  возможность концентрации  токсических соединений при движении по цепи. Так,  содержание радиоактивного фосфора в яйцах гусей в  1 млн. раз выше,  чем в воде;  при содержании ДДТ в воде 0,00005 части на миллион частей воды его концентрация при переходе  от простейших к рыбам и птицам увеличивается в 0,5 млн. раз.

По мере превращения энергии  в  пищевых  цепях  происходит повышение ее  качества:  количество  ассимилированной  энергии растения при переходе ее к хищникам уменьшается  в тысячи  раз, а качестве повышается тоже в тысячи раз (в цепи растение-уголь -электроэнергия количество и качество меняются в 8 раз).

Экологическая или  пищевая  пирамида - это трофическая по численности, биомассе и энергии живых организмов в экосистеме. Иначе, это диаграмма,  в которой количество особей,  биомасса или энергия изображены в виде горизонтальных  прямоугольников, поставленных друг  на друга.  Основанием служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни (консументы) образуют этажи и вершину  пирамиды.

Экологическая пирамида по численности  мало  информативна, так как  численность особей  в популяциях  может варьировать в 10¹⁷ раз; более информативны пирамиды по биомассе  (их варьирование не выше 10⁵ ) и энергии (всего в 5 раз).  Примерами пищевой пирамиды могут быть биомассы кедровых  орехов, питающихся орехами белок и питавшихся белками горностаев.

Увеличение размеров экосистем  повышает обычно величину ее отдачи, но в то же время снижает долю чистой  продукции  из-за роста стоимости  самоподдержания системы.  Уравновешивание  скорости поступления и расхода  энергии  приводит  к  прекращению роста биомассы, объем которой в этот момент характеризует максимальную поддерживающую емкость среды.  Оптимальная  емкость, при которой  скорость  образования  биомассы будет наибольшей, ниже максимальной емкости примерно в 2 раза.

 

Энергетическая классификация  экосистем  различает 4 типа:  1) природные несубсидированные экосистемы, получающие энергию только от Солнца (открытые океаны,  глубокие озера,  высокогорные леса); 2) природные экосистемы, субсидируемые Солнцем и другими естественными  источниками (дождевые леса, приливные зоны и т.д.); 3) природные зоны, субсидируемые человеком и Солнцем (агрозкосистемы, аква-культура); 4)  зоны,  получавшие энергию от других экосистем в виде питания и топлива (города или  урбанизированные  территории).

Наибольший интерес из субсидируемых  экосистем представляют урбанизированные территории и агроэкосистемы.

Интенсивные агроэкосистемы  в  настоящее  время  занимает около 60%  всей пашни планеты.  Для них характерно  применение дополнительного потока   энергии   (кроме  солнечной),  резкое уменьшение разнообразия живых организмов и  доминирование  искусственного отбора.  В доиндустриальных агроэкосистемах требовалось меньше затрат, но они были менее эффективны при большей продуктивности на количество вложенного человеческого труда.

Помимо энергетической классификации  экосистемы  классифицируются и по Фауне,  т.е. по виду продуцентов: на суше - пустыни, луга (прерии,  степи,  саванны,  пампасы и тундра), леса (сухие и  влажные тропические леса,  хвойные и лиственные леса умеренного климата).  В водных экосистемах выделяются речные и озерные, экосистемы затопляемых устьев рек или эстуариев, экосистемы прибрежных  вод и океанических глубин.

 

15.Эволюция  экосистем. Сукцессии, климакс экосистем.

 

Экосистемы являются динамическими образованиями  с  выраженными  суточными, сезонными и  многолетними  ритмами.  Первый  из них обусловлен циркадианной (околосуточной) периодикой  физиологических  процессов в живых организмах, адаптировавшихся к смене дня и ночи соответствующими изменениями образа жизни и активности. Сезонный ритм вызван изменениями погоды в зависимости от времен года, а многолетние ритмы - периодическими  изменениями климата (длительными засухами, периодами повышенной влажности и т.д.).

Наиболее динамической частью экосистемы  является  биоценоз. Он может полностью изменить свой видовой состав, т.е. может произойти полная замена одного биоценоза на другой.  Такую смену биоценозов называют сукцессией. Так, после вырубки может полностью измениться видовой состав леса, соответственно будут меняться консументы и редуценты.  Сукцессии называют первичными, если биоценоз создается на местах, лишенных растительности (например, на вновь образуемых островах). Если биоценоз создается после вырубки,  пожара, рекультивации, то сукцессия называется вторичной.  Необходимое условие сукцессии - это появление незанятых участков,  на которые мигрируют живые организмы из других биотонов. Они приживаются, конкурируют с другими видами и преобразуют среду обитания.  Результатом такой динамики становится формирование  устойчивой  стадии  биоценоза или его климакса, в которой сложившиеся экосистемы могут  существовать сотни и тысячи лет.

С увеличением  масштабов хозяйственной  деятельности человека все чаще наблюдаются сукцессии антропогенных систем  (агрокомплексов). На  протяжении  тысячелетий функционируют такие комплексы на берегах Нила, в Юго-Восточной Азии и т.д. Человек и в лесных системах после поваров или вырубки лесов стремится создать на освободившихся участках посадки из более ценных для хозяйства видов деревьев,  что соответственно требует больших затрат и трудоемких процессов лесовосстановления.

Для устойчивого  развития экосистемы (или для поддержания состояния  климакса) необходима сбалансированность потоков  вещества и энергии, процессов ассимиляции и диссимиляции в живых организмах и определенное  постоянство  условий  среды.  Любая экосистема обеспечивает  состояние подвижно-стабильного равновесия (гомеостаза) за счет многочисленных обратных связей, видового разнообразия  биоценоза  и других механизмов (например, массового эффекта при чрезмерной плотности живых  организмов). Естественные экосистемы  в этом отношении более приспособлены, чем антропогенные.  Усиленная ассимиляция вещества  и  энергии ведет к появлению запасов биогенного вещества, откладывающегося в виде залежей каменного угля,  нефти и газа.  В наше время ежегодно в природе накапливается более 200 млн.т торфа.  Меньшая приспособленность антропогенных экосистем к меняющимся условиям среды объясняется,  прежде всего, применением монокультур, которые легко поражаются вредителями и массовыми  заболеваниями.

 

16. Биосфера, структура  и границы биосферы.

 

Биосфера является особой живой  оболочкой нашей планеты.

Создателем учения о биосфере стал Владимир Иванович Вернадский (1863-1945),  один из последних великих ученых-энциклопедистов.  Он предсказал овладение человеком ядерной энергией,  освоение космоса  и  создал учение о  биосфере  (1926 г.). Основная мысль  В.И. Вернадского заключалась в том, что жизнь является важнейшей движущей силой эволюции Земли. Он отмечал, что  на  земной поверхности нет химической силы,  более постоянно действующей,  а поэтому и  более  могущественной  по своим конечным  последствиям,  чем  живые организмы,  взятые в целом. Образование биосферы явилось продуктом длительных превращений вещества и энергии в ходе геологического развития Земли.

 

Рис. 2.1. Схема строения биосферы

 

17.Компоненты  биосферы. Свойства и функции  живого вещества в биосфере.

 

В.И. Вернадский различал 4 основных компонента  биосферы. Первым из них является живое вещество, т.е. совокупность живых организмов. Они обеспечивают непрерывный круговорот неорганической материи, определяя, в конечном счете, состав и характеристики газообразной,  жидкой и твердой поверхностной оболочки Земли (соответственно,  атмосферы,  гидросферы  и  литосферы). Особенно наглядна роль живого вещества в преобразовании атмосферы. В  табл. 2.1  приведены составы и температуры атмосферы Земли и ближайших планет,  свидетельствующие об  определяюшей роли жизни в эволюции земной атмосферы.

 

Таблица 2.1. Состав и температура атмосферы Земли и близких по массе планет Солнечной системы

 

Показатели	Наименование планет
	Марс	Венера	Земля без жизни	Земля с жизнью
Содержание СО2, %	95	98	98	0,032
Содержание N2, %	2,7	1,9	1,9	79
Содержание O2, %	0,13	следы	следы	21
Температура у поверхности планеты, °С	- 53	+ 470	+ 290	+ 13

 

 

Второй компонент биосферы назван В.И. Вернадским биогенным веществом. Оно представлено горючими ископаемыми и осадочными породами,  образование которых  связано  с  жизнедеятельностью живых организмов (известняк,  мел и т.д.). Третьим компонентом является косное вещество, т.е. магматические, не биогеннные осадочные  и метаморфические породы.  Четвертый компонент - биокосное вещество - сочетает в себе свойства живого  и косного вещества.