ФГОУ ВПО
«Камчатский государственный
бюджетный технический университет»
Факультет заочного обучения
Кафедра экологии и природопользования
Контрольная работа по дисциплине
«Общая экология»
Вариант 8
Экосистемы
Выполнила:
Проверила:
Студент группы 12ЭПб
к.б.н., доцент
Симбирева С.Ю.
Л.В. Ромейко
Петропавловск-Камчатский
2013
Содержание
Введение3
1. Правило трофических
пирамид4
1.1 Трофические уровни
1.2 Виды трофических
цепей
- Виды экологических пирамид
2. Продуктивность
разных экосистем8
2.1 Первичная и вторичная продукции
2.2 Распределение
первичной продукции
3. Взаимосвязи разных
компонентов наземных экосистем10
3.1 Климатическая зональность
3.2 Виды наземных биом
Заключение16
Литература17
Введение
Живые организмы и
их абиотическое окружение неразделимо
связаны друг с другом и находятся в постоянном
взаимодействии. Любая биосистема, включающая
все совместно функционирующие организмы
(биотическое сообщество) на данном участке
и взаимодействующая с физической средой
таким образом, что поток энергии создает
четко определенные биотические структуры
и круговорот веществ между живой и неживой
частями, представляет собой экосистему.
Экосистема − основная функциональная
единица в экологии, поскольку в нее входят
и организмы, и неживая среда – компоненты,
взаимно влияющие на свойства друг друга
и необходимые для поддержания жизни в
той ее форме, которая существует на Земле. Основными свойствами
экосистем являются способность осуществлять
круговорот веществ, противостоять внешним
воздействиям, производить биологическую
продукцию.
Цель данной контрольной работы
− дать представление о биологической
продуктивности экосистем. Рассмотреть
следующие вопросы:
1. Значение трофических цепей
и уровней.
2. Формирование правила трофической
пирамиды.
3. Для чего существует правило
трофической пирамиды.
4. Определение биологической
продуктивности экосистем.
5. Задача биологической продуктивности
экосистем.
6. Различия первичной и вторичной
продуктивности экосистем.
7. Влияние климатических условий
на наземные экосистемы.
8. Основные типы наземные экосистемы
и их характеристика.
9. Термин − биом.
10. Распределение наземных экосистем
1. Правило
трофических пирамид
1.1 Трофические
уровни
Энергия передается от организма
к организму, создающих пищевую или трофическую
(греч. trophe-пища) цепь от автотрофов, продуцентов
(создателей) к гетеротрофам, консументам
(пожирателям) и так 4—6 раз с одного трофического
уровня на другой.
Трофический уровень — это
место каждого звена в пищевой цепи. Первый
трофический уровень — это продуценты,
все остальные — консументы. Второй трофический
уровень — это растительноядные консументы;
третий — плотоядные консументы, питающиеся
растительноядными формами; четвертый
— консументы, потребляющие других плотоядных,
и т.д. Следовательно, можно и консументов
разделить по уровням: консументы первого,
второго, третьего и т.д. порядков.
Четко распределяются по уровням
лишь консументы, специализирующиеся
на определенном виде пищи. Однако есть
виды, которые питаются мясом и растительной
пищей (человек, медведь и др.), которые
могут включаться в пищевые цепи на любом
уровне.
Пища, поглощаемая консументом,
усваивается не полностью — от 12 до 20%
у некоторых растительноядных, до 75% и
более у плотоядных. Энергетические затраты
связаны прежде всего с поддержанием метаболических
процессов, которые называют траты на
дыхание, оцениваемая общим количеством
СО2, выделенного организмом. Значительно
меньшая часть идет на образование тканей
и некоторого запаса питательных веществ,
т.е. на рост. Остальная часть пищи выделяется
в виде экскрементов. Кроме того, значительная
часть энергии рассеивается в виде тепла
при химических реакциях в организме и
особенно при активной мышечной работе.
В конечном итоге вся энергия, использованная
на метаболизм, превращается в тепловую
и рассеивается в окружающей среде.
Таким образом, большая часть
энергии при переходе с одного трофического
уровня на другой, более высокий, теряется.
Приблизительно потери составляют около
90%. На каждый следующий уровень передается
не более 10% энергии от предыдущего уровня.
Так, если калорийность продуцента 1000
Дж, то при попадании в тело фитофага остается
100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот
хищник будет съеден другим, то на его
долю останется лишь 1 Дж, т.е. 0,1 % от калорийности
растительной пищи.
Однако такая строгая картина
перехода энергии с уровня на уровень
не совсем реальна, поскольку трофические
цепи экосистем сложно переплетаются,
образуя трофические сети. Но конечный
итог: рассеивание и потеря энергии, которая,
чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.
1.2 Виды трофических
цепей
Нельзя забывать еще и мертвую
органику, которой питается значительная
часть гетеротрофов. Среди них есть и сапрофаги
и сапрофиты (грибы), использующие энергию,
заключенную в детрите. Поэтому различают
два вида трофических цепей:
1) Пастбищные (цепи выедания) -
начинаются с продуцентов; для таких цепей
при переходе с одного трофического уровня
на другой характерно увеличение размеров
особей при одновременном уменьшении
плотности популяций, скорости размножения
и продуктивности по биомассе (трава —
полевки — лисица);
2) Детритные (цепи разложения) -
начинаются с остатков отмерших растений,
трупов и экскрементов животных, включают
только редуцентов (опавшие листья — плесневые
грибы — бактерии).
Практически любой член какой-либо
пищевой цепи одновременно является звеном
и в другой: он потребляет, и его потребляют
несколько видов других организмов. Поэтому
пищевые цепи образуют пищевые сети.
1.3 Экологические
пирамиды
Трофическую структуру можно
изобразить графически, в виде так называемых
экологических пирамид. Основанием пирамиды
служит уровень продуцентов, а последующие
уровни питания образуют этажи и вершину
пирамиды. Известны три основных типа
экологических пирамид:
1) Пирамида чисел, отражающая
численность организмов на каждом уровне;
2) Пирамида биомассы, характеризующая
массу живого вещества — общий сухой вес,
калорийность и т.д.;
3) Пирамида продукции (энергии),
имеющая универсальный характер, показывающая
изменение первичной продукции (или энергии)
на последовательных трофических уровнях.
Обычные пирамиды чисел для пастбищных
цепей имеют очень широкое основание и
резкое сужение к конечным консументам.
При этом числа «ступеней» различаются
не менее чем на 1—3 порядка. Но это справедливо
только для травяных сообществ — луговых
или степных биоценозов. Картина резко
меняется, если рассматривать лесное сообщество
(на одном дереве могут кормиться тысячи
фитофагов) или если на одном трофическом
уровне оказываются такие разные фитофаги,
как тля и слон. Это искажение можно преодолеть
с помощью пирамиды биомасс.
В наземных экосистемах биомасса
растений всегда существенно больше биомассы
животных, а биомасса фитофагов всегда
больше биомассы зоофагов.
Иначе выглядят пирамиды биомасс
для водных, особенно морских экосистем:
биомасса животных обычно намного больше
биомассы растений. Эта «неправильность»
обусловлена тем, что пирамидами биомасс
не учитывается продолжительность существования
поколений особей на разных трофических
уровнях, скорость образования и поедания
биомассы. Главным продуцентом морских
экосистем является фитопланктон, имеющий
большой репродукционный потенциал и
быструю смену поколений. За то время,
пока хищные рыбы (а тем более моржи и киты)
накопят свою биомассу, сменится множество
поколений фитопланктона, суммарная биомасса
которых намного больше. Вот почему универсальным
способом выражения трофической структуры
экосистем являются пирамиды скоростей
образования живого вещества, иначе говоря,
— пирамиды энергий.
Более совершенным отражением
влияния трофических отношений на экосистему
является правило пирамиды продукции (энергии):
на каждом предыдущем трофическом уровне
количество биомассы, создаваемой за единицу
времени (или энергии), больше, чем на следующем.
Пирамида продукции отражает законы расходования
энергии на трофических цепях.
В конечном итоге все три правила
пирамид отражают энергетические отношения
в экосистеме, а пирамида продукции (энергии)
имеет универсальный характер.
В природе, в стабильных системах
биомасса изменяется незначительно, т.е.
природа стремится использовать полностью
валовую продукцию. Знание энергетики
экосистемы и количественные ее показатели
позволяют точно учесть возможность изъятия
из природной экосистемы того или иного
количества растительной и животной биомассы
без подрыва ее продуктивности.
Человек получает достаточно
много продукции от природных систем,
тем не менее, основным источником пищи
для него является сельское хозяйство.
Создав агроэкосистемы, человек стремится
получить как можно больше чистой продукции
растительности, но ему необходимо тратить
половину растительной массы на выкармливание
травоядных животных, птиц и т.д., значительная
часть продукции идет в промышленность
и теряется в отбросах, т.е. и здесь теряется
около 90% чистой продукции и только около
10 % непосредственно используется на потребление
человеком. В природных экосистемах энергетические
потоки также изменяются по своей интенсивности
и характеру, и этот процесс регулируется
действием экологических факторов, что
проявляется в динамике экосистемы в целом.
2. Продуктивность
разных экосистем
2.1 Первичная и вторичная
продукция
Скорость, с которой продуценты экосистемы
фиксируют солнечную энергию в химических
связях синтезируемого органического
вещества, определяет продуктивность
сообществ. Продукцию выражают количественно
в сырой или сухой массе растений либо
в энергетических единицах – эквивалентном
числе джоулей.
Валовая первичная продукция – количество
вещества, создаваемого растениями за
единицу времени при данной скорости фотосинтеза.
Часть этой продукции идет на поддержание
жизнедеятельности самих растений (траты
на дыхание). Эта часть может быть достаточно
большой. В тропических лесах и зрелых
лесах умеренного пояса она составляет
от 40 до 70 % валовой продукции. Планктонные
водоросли используют на метаболизм около
40 % фиксируемой энергии. Такого же порядка
траты на дыхание у большинства сельскохозяйственных
культур. Оставшаяся часть созданной органической
массы характеризует чистую первичную
продукцию, которая представляет собой
величину прироста растений. Чистая первичная
продукция – это энергетический резерв
для консументов и редуцентов. Перерабатываясь
в цепях питания, она идет на пополнение
массы гетеротрофных организмов. Прирост
за единицу времени массы консументов
– это вторичная продукция сообщества.
Вторичную продукцию вычисляют отдельно
для каждого трофического уровня, так
как прирост массы на каждом из них происходит
за счет энергии, поступающей с предыдущего.
Гетеротрофы, включаясь в трофические
цепи, живут в конечном счете за счет чистой
первичной продукции сообщества. В разных
экосистемах они расходуют ее с разной
полнотой. Если скорость изъятия первичной
продукции в цепях питания отстает от
темпов прироста растений, то это ведет
к постепенному увеличению общей биомассы
продуцентов. Под биомассой понимают суммарную
массу организмов данной группы или всего
сообщества в целом. Часто биомассу выражают
в эквивалентных энергетических единицах.
Недостаточная утилизация продуктов
опада в цепях разложения, имеет следствием
накопление в системе мертвого органического
вещества, что происходит, например, при
заторфовывании болот, зарастании мелководных
водоемов, создании больших запасов подстилки
в таежных лесах и т.п.
Биомасса сообщества
с уравновешенным круговоротом веществ
остается относительно постоянной, так
как практически вся первичная продукция
тратится в цепях питания и разложения.
Изучение законов продуктивности
экосистем, возможность количественного
учета потока энергии чрезвычайно важны
в практическом отношении, так как первичная
продукция агроценозов и эксплуатируемых
человеком природных сообществ — основной
источник запасов пищи для человечества.
Весьма важна и вторичная продукция, которую
получают за счет сельскохозяйственных
и промышленных животных: животные белки
содержат целый ряд незаменимых для человека
аминокислот, которых нет в растительной
пище. Точные расчеты потока энергии и
масштабов продуктивности экосистем позволяют
регулировать в них круговорот веществ
таким образом, чтобы обеспечить наибольший
выход необходимой для людей продукции.
Наконец, очень важно хорошо представлять
допустимые пределы изъятия растительной
и животной биомассы из природных систем.
В противном случае может быть подорвана
их продуктивность.
2.2 Распределение
первичной продукции
Мировое распределение
первичной биологической продукции весьма
неравномерно. Чистая продукция меняется
от 3000 г/м2/год до нуля в экстрааридных
пустынях, лишенных растений, или в условиях
Антарктиды с ее вечными льдами на поверхности
суши, а запас биомассы — соответственно
от 60 кг/м2 до нуля. Р. Уиттекер (1980) делит
по продуктивности все сообщества на четыре
класса.
1) Сообщества высшей
продуктивности, 3000—2000 г/м2/год. Сюда относятся
тропические леса, посевы риса и сахарного
тростника. Запас биомассы в этом классе
продуктивности весьма различен и превышает
50 кг/м2 в лесных сообществах и равен продуктивности
у однолетних сельскохозяйственных культур.
2) Сообщества высокой
продуктивности, 2000—1000 г/м2/год. В этот
класс включены листопадные леса умеренной
полосы, луга при применении удобрений,
посевы кукурузы. Максимальная биомасса
приближается к биомассе первого класса.
Минимальная биомасса соответственно
равна чистой биологической продукции
однолетних культур.
3) Сообщества умеренной
продуктивности, 1000—250 г/м2/год. К этому
классу относится основная масса возделываемых
сельскохозяйственных культур, кустарники,
степи. Биомасса степей меняется в пределах
0,2—5 кг/м2.
4) Сообщества низкой
продуктивности, ниже 250 г/м2/год — пустыни,
полупустыни, тундры.