Естественные экосистемы России
Отличия агроэкосистем от естественных биоценозов:
незначительное видовое разнообразие – агроэкосистемы состоят из небольшого числа видов, имеющих высокую численность;
короткие цепи питания;
неполный круговорот веществ – часть питательных элементов выносится с урожаем;
источником энергии является не только солнце, но и деятельность человека – пахота, уборка урожая, мелиорация, применение удобрений, организация тепличных хозяйств и пр.;
искусственный отбор – действие естественного отбора ослаблено, человек осуществляет селекцию;
отсутствие саморегуляции – регуляцию осуществляет человек.
Агроэкосистемы неустойчивы и способны существовать только при поддержке человека.
Урбоэкосистемы являются гетеротрофными: основные источники энергии для предприятий, жилых помещений, транспорта города и междугородних перевозок расположены за его пределами (месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции). Доля солнечной энергии, фиксируемой городскими растениями (в лесопарках, парках скверах, на газонах) и солнечными батареями, незначительна, причем главная функция растений в городе – очищать атмосферу от пыли и вредных газов.
Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами, но и особой группой животных-спутников человека (в ее составе птицы – воробьи, вороны, галки, голуби, грызуны – крысы, мыши, насекомые – тараканы, мухи моль и пр.), а также животными, разводимыми человеком (собаки, крошки, голуби, лошади и т. д.
Главная особенность урбоэкосистем: в них полностью нарушено экологическое равновесие, и все процессы регулирования потоков вещества и энергии осуществляет человек.
Урбоэкосистемы теснейшим образом связаны с агроэкосистемами потоками сырья, продукции, энергии, информации. В России в городах сегодня проживает около 70% населения.
Глобальные проблемы современности
Наметившиеся в последние десятилетия тенденции мирового развития:
ускоряющаяся индустриализация;
быстрый рост населения;
необеспеченность продуктами питания;
истощение невозобновляемых ресурсов;
ухудшение состояния окружающей среды.
сопровождались появлением новых проблем, многие из которых стали всемирными, или глобальными. Их общие черты:
они затрагивают интересы всего человечества, а не только отдельных стран, регионов, политических или экономических группировок;
они взаимосвязаны и не могут решения порознь или выборочно;
их нельзя не решать, так как в противном случае всему человечеству угрожает деградация и гибель;
они не могут быть решены только в одной стране или небольшой группе стран;
их решение не должно нарушать равновесие в биосфере.
Энергия в экосистемах
Продукция и продуктивность
Первичную продуктивность (ПП) экосистемы можно определить как скорость, с которой лучистая Е усваивается продуцентами
Валовую первичную продуктивность (ВПП) мы определяем как общую скорость фотосинтеза, включая ту органику, которая была израсходована на дыхание. Эта величина также называется валовый фотосинтез или общая ассимиляция.
Чистая первичная продуктивность (ЧПП) – скорость накопления биомассы (органического вещества) в растительных тканях за вычетом «затрат на дыхание» в изучаемый период. Эта величина также называется наблюдаемый фотосинтез или чистая ассимиляция.
Чистая продуктивность (ЧП) сообщества – скорость накопления биомассы, не потребленной гетеротрофами, т.е. чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами (ЧП=ЧПП – потребление гетеротрофами)
Вторичная продуктивность (ВтП) – скорость накопления энергии на уровне консументов
Экологическая эффективность
ЭФ-ть эксплуатации = заглатывание пищи/ продукция жертвы
Эф-ть ассимиляции = ассимиляция / заглатывание
Эф-ть чистой продукции = продукция (рост и размножение) / ассимиляция
эф-ть общей продукции = 2 х 3 = продукция/ заглатывание
Экологическая эф-ть = 1 х 2 х 3 = продукция консумента / продукция жертвы
Экологические пирамиды
Правило пирамид: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемое в единицу времени, больше, чем на последующем.
Типы пирамид:
Численности;
Биомассы;
Энергии
Б И О С Ф Е Р А
Основная масса живого вещества (свыше 90% биомассы) сконцентрирована в приповерхностном слое толщиной 50—100 м: это высота лесного покрова и глубина проникновения корней, населяемые наземными и почвенными животными и микроорганизмами, освещаемые солнцем и прогреваемые приповерхностные 1—20 м толщи воды, наиболее обжитые растениями и животными.
За время существования на Земле живые организмы создали и преобразовали биосферу, и благодаря им постоянно происходит круговорот воды, кислорода, углерода, азота и других веществ.
Область распространения живого вещества включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосфера, до высот около 7 км.), верхнюю часть литосферы (геобиосфера, до 6 км в толщу суши) и гидросферу (гидробиосфера).
Особенности биосферы (помимо присутствия живого вещества):
Наличие значительного количества жидкой воды.
Действие мощного потока солнечной энергии.
Наличие границ раздела фаз.
Строение и границы биосферы
Геобиосфера, состоит из террабиосферы (поверхность суши), которую разделяют на фитосферу – пространство от поверхности Земли до верхушек деревьев (0-150 м), педосферу – почвенный покров (до 2-3 м) и литобиосферу (до 2-3, максимум до 6 км). Ниже геобиосферы расположены гипобиосфера, куда жизнь проникает случайно и может временно существовать, но не размножаться, и метабиосфера (до 10-15 км вглубь) – слой преобразованных жизнью (биогенных) пород, в котором живые организмы отсутствуют.
Гидробиосфера включает мариносферу (моря и океаны) и аквабиосферу (континентальные, главным образом пресные воды).
Аэробиосфера состоит из тропобиосферы – слоя от вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков(5-6 км) и стратобиосферы (от 5-6 км до 6-7 км). Выше аэробиосферы расположена парабиосфера (до высот 60-80 км), куда жизнь проникает случайно и не часто.
Типы веществ биосферы (по Вернадскому):
Живое вещество – живые организмы, населяющие нашу планету.
Косное вещество – неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов.
Биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов.
Биокосное вещество – неживые тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов.
Радиоактивное вещество - вещества, содержащие радиоактивные элементов (238U, 235U, 233U, 232Th, 226Ra, 222Rn, 220Rn, 40K, 87Rb, 90Sr, 7Be, 10Be, 48Ca, 14C и т.д., всего известно более 1800 радиоактивных изотопов элементов).
Рассеянные атомы – редкие элементы, не обладающие способностью к концентрированию в земной коре (Rb, Sc, Ga, In, Tl, Hf, Ge, Se, Te, Re, Cd, Br, I и др.).
Вещество космического происхождения, поступившее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).
Распределение жизни в биосфере
Масса живого вещества составляет лишь 0.01% от массы всей биосферы.
Важнейшим свойством живого вещества является способность в воспроизводству и распространению по планете.
Живое вещество распространено в биосфере неравномерно. Наибольшая концентрация жизни наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность мирового океана), гидросферы и литосферы (дно океана) и особенно на границе трех оболочек – атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны).
В настоящее время по видовому составу на Земле животные (более 2 млн. видов) преобладают над растениями (0.5 млн. видов). В то же время, запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 превышает биомассу океана. на суше в целом биомасса и количество видов организмов увеличивается от полюсов к экватору.
Свойства живого вещества
Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство, которая связана как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела и образуемых ими сообществ.
Движение не только пассивное, но и активное.
Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ).
Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям, позволяющая не только осваивать все среды жизни, но и самые различные по физико-химическим параметрам условия.
Феноменально высокая скорость протекания химических реакций.
Высокая скорость обновления живого вещества: для суши – 14 лет, для океана – 33 дня.
Эти и другие свойства живого вещества обуславливаются концентрацией в нем больших запасов энергии.
Функции живого вещества
Энергетическая (биохимическая) функция – связывание и запасание солнечной энергии и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Она выполняется прежде всего растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию. Фотосинтез происходит при участии пигментов (у растений хлорофиллов). В его основе лежат окислительно-восстановительные реакции, в которых электроны переносятся от доноров (Н2О, Н2S и др.) к акцептору (СО2) с образованием восстановленных соединений (углеводов) и выделением О2 (если донор Н2О) или серы (если донор Н2S). Фотосинтез – один из самых распространенных на Земле процессов. Он обеспечивает круговорот в природе кислорода. углерода и др. элементов. В результате ежегодно связывается в виде органического вещества около 8х1010 т углерода и образуется до 1011 т целлюлозы. Фотосинтез высших растений (главным образом деревьев и водорослей) – единственный источник атмосферного кислорода. Возникновение на Земле механизма окисления воды с образованием кислорода (около 2.8 млрд. лет тому назад) – важнейшее событие в эволюции, сделавшее свет Солнца главным источником свободной энергии биосферы, а воду – водорода для синтеза вещества живых организмов.
В результате фотосинтеза образовалась атмосфера современного состава и кислород стал доступен для окисления пищи. Человек использует в пищу, в качестве корма для животных, а также в виде топлива и строительных материалов около 7% органических продуктов фотосинтеза. Потребление ископаемого топлива (тоже продукта фотосинтеза в конце ХХ в. было примерно равно приросту биомассы. Общее запасание энергии солнечного излучения в виде продуктов фотосинтеза составляет около 1.6х1021 кДж в год, что примерно в 10 раз превышает современное мировое потребление энергии. Для фотосинтеза используется видимая область солнечного излучения (от 400 до 700 нм). Утилизация солнечной энергии, достигающей земной поверхности, составляет не более 0.1% всей физиологически активной радиации.
Газовая функция - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. с этой функцией связаны 2 переломных момента в истории биосферы: первый относится ко времени, когда содержание кислорода достигло примерно 1% от современного уровня (1.2 млрд. лет тому назад) и появились первые аэробные организмы, второй – когда она достигла уровня 10% от современного и создались условия для синтеза озона и образования в верхних слоях атмосферы озонового слоя.
Концентрационная функция – «захват» живыми организмами из окружающей среды и накопление (концентрирование) в них атомов биогенных химических элементов (C,H,O,N, P, S, Fe, Mg, Ca, Na, K, Mo, Mn, Cu, Zn и др.). Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. В ходе биохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили через живое вещество бесчисленное число раз. Так, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 200-300 лет, а вся вода биосферы – за 2 млн. лет. Благодаря концентрационной функции в некоторых организмах содержание химических элементов может быть на несколько порядков выше, чем в окружающей среде. Результат – образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.д.
Окислительно-восстановительная функция – окисление и восстановление различных веществ в результате жизнедеятельности живых организмов, что способствует интенсивной миграции элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N, W и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.
Деструктивная функция – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Основную роль при этом играют редуценты (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.
Транспортная функция – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов, который может осуществляться на огромные расстояния, например при миграции и кочевках животных. С этой функцией связана и концентрационная роль сообществ организмов.
Средообразующая функция – преобразование физико-химических параметров среды. Это – интегральная функция, представляющая собой результат совместного действия других функций и имеющая разные масштабы проявления. Ее результатом является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.
Рассеивающая функция – рассеивание веществ в окружающей среде (противоположна концентрационной), проявляющаяся при трофической и транспортной деятельности организмов.
Информационная функция – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям.
Свойства биосферы
Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью компонентов и достигается в результате круговорота вещества и энергии. Изменение одного компонента неизбежно приводит к изменению других и биосферы в целом. На понимании целостности биосферы. На понимании целостности биосферы основывается теория и практика рационального природопользования.
Аксиома Вернадского:
Биосфера представляет собой целостную экологическую систему, в которой живое вещество взаимодействует с элементами литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы.
Аксиома Сочавы:
Биосфера представляет собой систему, организованную в виде множества подсистем различной размерности.
Системообразующая роль элементов неравнозначна.
Централизованность. Центральным звеном биосферы выступает все живое вещество. Настоящее время характеризуется усилением влияния на состояние биосферы антропогенных факторов. Взаимоотношения между обществом и природой характеризуется рядом определенных закономерностей:
Человеческая деятельность сглаживает межзональные и межрегиональные различия в живом покрове Земли и усиливает местные различия.
Человеческая деятельность подвергает все элементы биосферы стихийному и частичному окультуриванию.
Человечество изменяет биосферу таким образом, что она становится непригодной для его существования.
Человечество может сохранить возможность благоприятного существования только в условиях построенной на экологических принципах бощепланетарной системы природопользования.
Устойчивость и саморегуляция – способность биосферы возвращаться со временем в исходное состояние после воздействий, степень которых не превышает некого критического уровня.
Ритмичность развития – повторяемость во времени тех или иных явлений (суточные, годовые, вековые и сверхвековые ритмы).
Круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера – открытая система и ее существование невозможно без поступления энергии извне.
Горизонтальная зональность и высотная поясность. Первая – закономерное изменение природной среды от экватора к полюсам, связанное с различным количеством поступающей на разные широты энергии (географические пояса наиболее крупные зональные подразделения, внутри которых по соотношению получаемой энергии и влаги выделяют природные зоны). Вторая – закономерная смена природной среды с увеличение высоты над уровнем моря.
Большое биологическое разнообразие живых организмов, обусловленное разными средами жизни, разнообразием природных зон (различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и др. признакам) и др. В настоящее время описано более 2 млн. видов живых организмов, однако их реальное число в несколько раз больше. Современный видовой состав это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за время ее существования. Каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10-30 млн. лет), и считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95% видов.
Типы круговорота веществ в природе
Круговорот веществ – многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере,в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли, происходящий при непрерывном поступлении внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли.
Геологический круговорот – круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные (протекают под влиянием внешней энергии Солнца и включают выветривание горных пород и перенос продуктов разрушения с одних участков на другие) и эндогенные (протекают под влиянием внутренней энергии Земли, выделяющейся при радиоактивных распадах, тектонических сдвигов земной коры, вулканической деятельности).
Биологический (биогеохимический) круговорот – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. Он обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: продуцентов (зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу), консументов, потребляющих органическое вещество, и редуцентов.
Механизмы устойчивости биосферы
Строение живой материи отличается от строения мертвой не только чрезвычайно сложной структурой, но и способностью отбирать из окружающей среды полезную энергию в количестве, необходимом для самосохранения и развития. Это достигается созданием таких элементов материи, которые способны:
черпать свободную энергию из окружающего пространства в процессе их зарождения, развития и жизни;
стремительно размножаться в питательной среде, вычерпывая ее свободную энергию для парирования роста энтропии;
образовывать новые элементы живой материи, используя питательную среду для дополнительного парирования роста энтропии;
в питательной среде сохранять информацию о структуре живых элементов, их наследственности и т.п. за счет использования свободной энергии из окружающей среды.
Движущие силы, которые поддерживают биосферу в устойчивом состоянии:
Динамика популяций.
Популяция – группа особей одного вида, занимающая определенное пространство. Устойчивость биосферы основана на постоянной экспансии живого вещества, борьбе за существование и вытекающем из нее естественном отборе, охватывающем не только популяции, сообщества и т.т., но всю живую материю Земли. Ниже показаны некоторые разные виды динамики популяций.
оптимальную для данных условий численность;
б – быстрый рост популяции сменяется быстрой гибелью из-за исчерпания ресурсов;
в – быстрое восстановление а – высокая рождаемость быстро обеспечивает численности после спадов. вызванных неблагоприятными факторами;
г – после спада существование становиться устойчивым.
Жизненные стратегии – особые приспособления, обеспечивающие популяциям возможность обитать совместно с другими организмами и занимать соответствующую экологическую нишу в соответствующем биогеоценозе. Одна из классификаций жизненных стратегий делит живые организмы (и животные, и растения, и бактерии, и грибы) на три типа:
Виоленты – сильные конкуренты, способные захватывать место и удерживать его за собой благодаря энергии жизнедеятельности и полноте использования среды.
Патиенты –виды способные довольствоваться незначительным количеством ресурсов и быть устойчивыми к суровым условиям среды.
Эксплеренты – слабые конкуренты, но способные быстро размножаться, когда нет более сильных конкурентов и ли они попадают в благоприятную среду.
В чистом виде эти стратегии проявляются довольно редко. В большинстве случаев организмы имеют стратегии переходного типа. Организмы разных типов стратегий обычно обитают в одной экосистеме, дополняя друг друга, что обеспечивает восстановление экологического равновесия.
Реализация экологических ниш. Экологическая ниша – место вида в природе, включающее не только его положение в пространстве, но и его функциональную роль в сообществе, например место в пищевой (трофической) цепи. Ее границы для каждой видовой популяции определяются условиями среды.
Сукцессии сообществ – динамические изменения, означающие гибель одних и становление других живых организмов. Особенно большое распространение в настоящее время получили сукцессии, возникающие в результате хозяйственной деятельности человека. Человек, воздействуя на природу и отторгая все более возрастающую часть вещества и энергии для своих нужд, нарушает биотические круговороты, что неминуемо сказывается на состоянии окружающей среды (как правило, она становиться неблагоприятной для жизни). Отрицательных последствий человеческой деятельности можно избежать, если руководствоваться принципом биологической эквивалентности:
Возникающие в результате антропогенного воздействия динамические равновесия должны быть эквивалентны средообразующим функциям естественных экосистем.
Основные заключения
Биосфера служит не просто источником ресурсов для человечества и приемником его отходов. Она – фундамент жизни, в которой сама биота обеспечивает стабильность окружающей среды.
Биосфера обладает предельной хозяйственной емкостью. Существует верхний порог этой емкости, превышение которого нарушает устойчивость биоты и окружающей среды. Этот порог меняется в зависимости от продуктивности биоты. Его превышение приводит в к размыканию биотического круговорота веществ и искажению геобиохимических балансов в экосистемах.
Нарешения окружающей среды ведут к трансформации экологических ниш и гибели многих видов организмов.
Главной задачей человечества является сохранение и восстановление естественных сообществ организмов в таких масштабах, чтобы можно было вернуться в пределы хозяйственной емкости биосферы в целом.
Пределом роста человечества служит хозяйственная емкость биосферы, верхним порогом которой является перевод в антропогенный канал более 1% чистой продукции биоты.
Уровни организации живой материи (функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого)
молекулярный (проявляется, напр., в обмене веществ);
клеточный (клетка – структурная единица живого);
тканевый (ткань – совокупность структурно сходных клеток и связанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенной функции);
органный (орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию);
организменный (организм – реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками);
популяционно-видовой;
биоценотический;
билсферный
Экосистема (биогеоценоз) –комплекс, в котором между живым веществом (биотическими компонентами) и определяющими условия его функционирования окружающими неживыми (абиотическими) компонентами происходит взаимодействие – обмен веществом, энергией, информацией. Экосистема – понятие безразмерное, биогеоценоз – конкретная территориальная единица.
Экологические факторы - элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы, и на которые живое реагирует приспособительными реакциями.
Для жизни и процветания каждого организма требуется определенный набор факторов (условий).
Абиотическими (неживые) факторы – это неживые компоненты экосистем, к которым относятся климатические (свет, тепло. влажность и пр.), эдафические (плодородие, минерализация и пр.) и др. условия обитания.
Биотические факторы связаны с воздействием живых организмов друг на друга.
Антропогенные факторы – результат деятельности человека, приводящей либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания
Появление человека и становление и развитие человеческого общества привело к качественно новым взаимоотношениям живого вещества с природой, которые в последние десятилетия привели к возникновению техносферы, воздействие которой на природу, сравнимо с действием геологических факторов.
Важнейшие законы взаимодействия общества и природы
Современные глобальные проблемы и их экологические аспекты
рост народонаселения;
увеличение социального неравенства и рост бедности;
опасность вооруженных конфликтов и терроризм;
нехватка продовольствия;
нехватка энергии;
истощение сырьевых запасов;
загрязнение среды обитания;
изменения климата.
Основные результаты наблюдений и исследований экологических систем, важные для понимания их способностей к самоподдерживанию и авторегуляции:
Закон больших чисел: Совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер.
Закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и обществе: Любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических возможностей окружающей среды; изолированное саморазвитие невозможно.
Закон цепных реакций: Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новой иерархии.
Закон оптимальности: Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.
Закон толерантности: Процветание организма ограничено зонами максимума и минимума определенных экологических факторов, между которыми располагается зона экологического оптимума. Каждый вид характеризуется своей толерантностью – способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных.
Закон постоянства количества живого вещества биосферы: Количество живого вещества биосферы для данной геологической эпохи постоянно.
Закон максимального давления жизни: Организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число.
Закон минимума: Биотический потенциал (жизнеспособность, продуктивность) организма лимитируется тем из факторов среды, который находится в минимуме.
Экология – целостная система знаний о воспроизводстве жизни на нашей планете, включающая разделы (науки):
Общая экология.
Биосферная экология.
Лесная экология.
Экология тундр.
Экология морей.
Сельскохозяйственная экология.
Промышленная экология.
Городская экология.
Медицинская экология.
Математическая экология.
Химическая экология.
Экономическая экология.
Юридическая экология.
Социальная экология.
Экологические системы образуются в результате определенных отношений живых организмов между собой в абиотических условиях среды обитания.
Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.
Биотоп – определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).
Биогеоценоз – совокупность биоценоза и биотопа. Его структура
Экосистема – совокупность живых организмов и условий среды, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ.
Экосистема» и «биогеоценоз» - понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз – это экосистема в границах фитоценоза (- совокупность растений, обитающих на однородном участке земной поверхности, с только им свойственными взаимоотношениями как между собой, так и с условиями местообитания. Каждый биогеоценоз – экосистема, но не каждая экосистема – биогеоценоз. Биосфера – экосистема высшего порядка.
Структурная организация экосистемы
с трофической точки зрения:
Верхний автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий растения, содержащие хлорофилл, в котором происходит фиксация энергии света и образование сложных органических соединений из простых неорганических веществ.
Нижний гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс», в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений.
с биологической точки зрения:
Неорганические вещества, включающиеся в круговороты.
Органические вещества, связывающие биотическую и абиотическую части.
Воздушная, водная и субстратная среда, определяющая абиотические факторы.
Продуценты – автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фото- или хемосинтез.
Консументы – гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов. бывают первого порядка (фитофаги, сапрофаги), второго порядка (зоофаги, некрофаги) и т.д.
Редуценты – гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ.
Пищевые цепи и сети.
В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ, затем потребляются гетеротрофами, а выделенные в процессе жизнедеятельности и после гибели живых организмов органические вещества в процессе минерализации превращаются в неорганические. которые вновь включаются в круговорот.
Цепь питания – последовательность организмов, по которой передается энергия. заключенная в пище, от ее первоначального источника. Каждое звено цепи питания образует трофический уровень ( первый – продуценты, далее – консументы первого, второго и т.д. порядка, всего – 4-5, редко больше уровней, причем последний – редуценты)
.
Поток энергии в экосистеме – однонапрвленная передача заключенной в пище энергии от автотрофов к гетеротрофам.
Экологические пирамиды
В экосистемах с одного трофического уровня на другой передается только около 10% запасенной энергии. В результате пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид чисел - а, биомасс - б, энергии (продукции) - в:
Биологическая продукция (продуктивность) экосистемы – прирост биомасс (суммы масс организмов определенной группы или сообщества в целом) за единицу времени.
Первичная продукция – биомасса, созданная за единицу времени продуцентами. Она делится на валовую (общая биомасса, созданная растениями в результате фотосинтеза) чистую (используется консументами и редуцентами или накапливается в системе).
Вторичная продукция – биомасса, созданная за единицу времени консументами.
Циклические изменения в экосистеме
периодические изменения в биоценозе, при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию:
Суточные циклы связаны с изменениями освещенности, температуры, влажности и др. экологических факторов втечении суток и наиболее ярко выражены в условиях континентального климата.
Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее выражена в высоких широтах. Проявляется в количественном соотношении видов, изменении их состояния и активности. выключении некоторых видов на определенный период из жизни сообщества (миграция, зимняя спячка, оцепенения и пр.).
Многолетняя изменчивость связана с флуктуациями климата или с др. внешними факторами (степень разлива рек), либо внутренними причинами (повторения массового размножения, особенностями жизненных циклов и пр.).
Сукцессии
последовательные смены биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. В зависимости от причин выделяют:
природные сукцессии, происходящие под действием естественных причин;
антропогенные сукцессии, обусловленные деятельностью человека.
Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают под действием внутренних причин. например, изменения среды в результате жизнедеятельности сообщества. Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызываются внешними причинами, например, изменением климата.
Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, зыбучих песках. в новых водоемах и т.д.). Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки. пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).
В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока.
Классификация экосистем
Естественные (природные) экосистемы формируются под влиянием природных факторов. К ним относятся:
наземные экосистемы (тундра, бореальные хвойные леса, широколиственные леса, степи, чаппараль, тропические злаковники и саванна, пустыни, тропические леса);
пресноводные экосистемы (лентические – стоячие воды, лотические – текущие воды, заболоченные угодья);
морские экосистемы (открытый океан, воды континентального шельфа, районы апвеллинга – плодородные районы с продуктивным рыболовством, эстуарии – прибрежные бухты, проливы устья рек, лиманы, глубоководные рифтовые зоны)
Антропогенные (искусственные, социоприродные) экосистемы создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности. Выделяют сельскохозяйственные (агроэкосистемы), городские и промышленные экосистемы.
Естественные экосистемы
Живые организмы, населяющие экосистемы Земли многообразны, и для упорядочения такого многообразия используется систематика, занимающаяся описанием, обозначением и классификацией (распределением всего множества живых организмов по определенной системе иерархически соподчиненных групп – таксонов, т.е. групп, связанных той или иной степенью родства и в то же время достаточно обособленную для присвоения категории того или иного ранга) существующих и вымерших организмов по таксонам.
В современной классификации существует следующая иерархия таксонов:
Неклеточные формы. Царство Вирусы.