Экологические системы

Министерство  транспорта Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Волжская государственная  академия водного транспорта

 

Кафедра экономики  и менеджмента

 

 

Реферат

По концепциям современного естествознания

на тему:

Экологические системы

 

 

 

Выполнил (а) студентка У-21 гр.

2 курса Э и У факультета

Проверила: Плотникова В.Н.

 

 

 

 

Нижний Новгород

2011 год

Содержание

 

Введение………………………………………………………………..

1. Предмет и задачи экологии. Фундаментальная и прикладная экология. Промышленная экология………………………………

2. Состав и структура экологической системы. Экологическая пирамида.

3. Биотический  круговорот веществ и энергия  в экологической ………

4. Стабильность и развитие экосистем………………………………………

Заключение………………………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Взаимодействие  человека с природой – одна из наиболее сложных и трудно разрешимых проблем  современности. Сегодня стало очевидным, что задачи сохранения окружающей среды  и экономического развития взаимосвязаны: разрушая и истощая природную среду невозможно обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Формирование  комплексной и гармоничной системы  природопользования – важная проблема, стоящая перед экономистами. Ее разрешение требует знания основ экологии, экономики и организации природопользования всеми специалистами экономического профиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Предмет и задачи экологии. Фундаментальная и

прикладная  экология. Промышленная экология

 

Впервые термин «экология» предложил в 1866 году немецкий ученый Эрнест Геккель. Как самостоятельная наука экология сформировалась к началу XX века.

В современном  понимании экология – это наука о взаимоотношениях, взаимосвязях между живыми организмами и средой их обитания.

Известный американский эколог Ю. Одум в 1963 году назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом. Подчеркивая системный подход при изучении закономерностей, происходящих в природе, и значение деятельности человека, Одум определил экологию как междисциплинарную область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи.

Основной предмет экологии – изучение совокупности живых организмов, взаимодействующих друг с другом и образующих с окружающей средой некое единство (экологическую систему), в пределах которой осуществляется процесс трансформации энергии и органического вещества.

Задачи экологии:

•исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с  антропогенными воздействиями на окружающую среду;

•оптимизация  взаимоотношений между человеком и окружающей природной средой;

• создание научной основы рациональной эксплуатации природных ресурсов;
• прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека;
• сохранение среды обитания человека.

В целом можно  выделить экологию фундаментальную и прикладную. Фундаментальная экология вскрывает общие закономерности функционирования экологических систем.

Прикладная  экология призвана помочь применить законы фундаментальной экологии в хозяйственной практике людей. Она изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов без деградации среды жизни. Это большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношениями между человеческим обществом и природой. Выделяют следующие виды прикладных экологии: промышленную, сельскохозяйственную, биоресурсную, транспортную, медицинскую и др.

Промышленная (инженерная) экология – наука о взаимосвязи, взаимодействии промышленных объектов с окружающей средой. Она занимается решением экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды промышленными отходами и нерациональным использованием природных ресурсов.

Промышленная  экология изучает, с одной стороны, воздействие хозяйственной деятельности человека на природу, с другой стороны – влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов, а также разрабатывает инженерные нормы и средства, отвечающие экологическим требованиям.

Главная задача промэкологии – разработка условий рационального взаимодействия производства с природой.

Объектом  исследования в промэкологии являются природно-промышленные системы, образовавшиеся и длительное время функционирующие в результате взаимодействия общественного производства с окружающей его средой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Состав  и структура экологической системы.  Экологическая пирамида

 

Экологическая система – основная функциональная единица экологии, включающая в себя живые организмы (биоценоз) и среду обитания (экотоп), причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни.

Экосистемы представляют собой основные природные единицы  на поверхности Земли. Это не только комплекс живых организмов, но и  все сочетания физических факторов. Всюду, где можно наблюдать отчетливое единство растений и животных, объединенных отдельным участком окружающей среды, говорят об экологической системе.

Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности  и происхождения. Поэтому оно применимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле), так и к сложным естественным комплексам организмов и среды их обитания (озеро, лес, океан).

В состав экосистемы входят неживые и живые компоненты.

Неживые (абиотические) компоненты:

1) неорганические вещества (N₂, C0₂, Н₂О и др.), включающиеся в природные круговороты;

2. органические соединения (углеводы, белки, аминокислоты, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части экосистем;
3. климатический режим (освещенность, температура, влажность и другие физические факторы).

Живые (биотические) компоненты экосистем:

1) продуценты – автотрофные (самостоятельно питающиеся) организмы, главным образом, зеленые растения, которые создают органические вещества из простых неорганических веществ. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т.е. являются производителями продукции,

2. макроконсументы (консументы 1, 2 и т.д. порядка) – гетеротрофные (питающиеся другими) организмы, главным образом, животные, которые поедают растения и другие организмы. В отличие от автотрофов продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и разрушители органических веществ,
3. микроконсументы (редуценты) – гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами.

Структура экосистемы. В зависимости от характера питания в экосистеме строится экологическая пирамида (пирамида питания), состоящая из нескольких трофических уровней:

1) (низший) занимают  автотрофные организмы;

2. гетеротрофные организмы 1 порядка, использующие в пищу биомассу растений;
3. гетеротрофы 2 порядка, питающиеся гетеротрофами 1 порядка, и т.д.

В наземных экосистемах  масса продуцентов больше, чем масса консументов, масса консументов 1-ого порядка больше, чем консументов 2-ого порядка и т.д. Это обусловлено тем, что пища используется не только на рост организмов, но и на удовлетворение энергетических затрат: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры. Поэтому графически модель экосистемы имеет вид пирамиды.

Рис. 1. Экологическая  пирамида

1. Продуценты (растения); 2. Консументы 1 порядка (травоядные);

3. Консументы 2 порядка (плотоядные, хищники); 4. Конечные консументы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Биотический  круговорот веществ и энергия  в экологической системе

 

Круговорот  веществ в экосистеме называется биотическим. Перенос вещества и энергии в нем осуществляется, в основном, посредством трофических (пищевых) цепей.

Трофической (пищевой) цепью называется перенос энергии пищи от ее источника – растений через ряд организмов путем поедания одних организмов другими. В основе этого процесса лежит следующая химическая формула:

C0₂ + H₂0 + Q C_nH_mO_k + 0₂.

Схема переноса веществ и энергии в природных  экосистемах представлена на рисунке 2

Экологическую систему можно представить в  виде диаграммы потока энергии (рис. 3). Отдельные трофические уровни в ней изображены как резервуары, размер которых соответствует количеству энергии заключенной в них биомассы, а поперечник соединяющих их каналов – величине потоков энергии.

Энергия в экологическую  систему попадает в виде потока солнечной  энергии L. Большая часть ее (L_u) рассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями (La), преобразуется фотосинтезом в энергию химических связей углеводов и других органических веществ (P_g). Часть образовавшегося вещества окисляется в процессе дыхания растений, освобождая энергию R, а также используется в других биохимических процессах растений и в конечном счете рассеивается в виде тепла (N_a). Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливает прирост биомассы растений Р_П|.

Рис. 3 Потоки энергии  в простой трофической цепи

Прирост биомассы растений рано или поздно используется: часть потребляется первичными консументами, остальное перерабатывается редуцентами. Консументы питаются, размножаются, растут и также дают продукцию Р «2, которая поступает на следующий трофический уровень вторичным консументам.

Таким образом, при переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной  энергии не воспринимается (N_u), часть отдается в виде тепла, экскрементов (N_a), а часть расходуется на дыхание (R). В среднем при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно в 10 раз (правило 10% Р. Линдемана). Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу доступной энергии. Поэтому число трофических уровней никогда не бывает слишком большим и чаще всего не превышает 4–5 уровней.

Поскольку в  обратный поток поступает ничтожное  количество изначально вовлеченной  энергии (не более 0,25 – 0,35%). говорить о  круговорот энергии нельзя. Существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Стабильность и развитие экосистем

 

В нормальном состоянии  любой экологической системе  присуще устойчивое состояние, называемое гомеостазом, характеризующееся динамическим (подвижным) равновесием между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии.

В тоже время  любая экосистема входит в иерархию систем и поэтому подвергается внешним  воздействиям, стремящимся вывести  ее из равновесия. Если это атияние  не слишком грубо, то нарушенные связи  заменяются другими и процесс передачи вещества и энергии продолжается. Такое явление называется экологическим дублированием.

Экологическое дублирование – процесс замены исчезнувшего по каким-либо причинам вида другим видом, который занимает его экологическую нишу. Так экосистемы сопротивляются воздействиям, нарушающим их стабильность.

Система тем  надежнее и стабильнее, чем большее видовое разнообразие она имеет. Это обеспечивает широкие возможности для экологического дублирования.

В тоже время  под влияние внешних и внутренних факторов в экологических системах происходят постоянные изменения. Некоторые  виды экосистем, испытывая негативные воздействия, снижают свою численность, а иногда вовсе исчезают. Другие виды могут от этого выиграть, и их численность возрастает. Происходит вытеснение одних видов другими.

Процессы последовательных изменений состояния экосистем  в пространстве или во времени, сопровождающиеся сменой состояний и свойств всех ее компонентов, называются сукцессиями. Сукцессии – это постепенные необратимые направленные изменения в экосистемах, протекающие в результате внешних и внутренних причин на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействий человека.