эко
.docx
Чтобы биосфера не переставала существовать, и чтобы не прекращалось её развитие,
на Земле постоянно должен осуществляться круговорот биологически важных веществ.
Это значит, что после использования они должны переходить в форму,
пригодную для усвоения живыми организмами.
Этот переход биологически важных элементов от звена
к звену, который осуществляется в масштабах всей планеты
при определенных затратах энергии, источником которой
является Солнце, называется большим круговоротом или, по-другому, геологическим.
После появления живого вещества на основе геологического круговорота
образовался круговорот органического вещества, который называется биологическим,
или малым, круговоротом.
По мере развития живой материи из геологического круговорота изымалось
все больше элементов, которые включались в биологический круговорот,
являющийся основой жизни.
Большой круговорот наиболее четко проявляется в циркуляции воздушных масс и воды.
В основе малого круговорота веществ лежат процессы
синтеза и разрушения органических соединений.
В отличие от геологического, биологический круговорот
характеризуется малым количеством энергии.
А в результате производственной деятельности возник новый процесс обмена веществ и энергии
между природой и обществом - это антропогенный обмен веществ (энергии).
Антропогенный круговорот отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью.
Антропогенный обмен изменяет общепланетарный круговорот веществ.
Участие человека в изменении природных биогеохимических циклов сводится к двум
приведённым на слайде.
Примеры некоторых веществ, обнаруженных в окружающей среде
и являющихся результатом исключительно человеческой деятельности:
пестициды, ДДТ, который разрушается в почве под влиянием бактерий
и полихлорированные дифенилы (ПХД), которые широко применяются в промышленности
и плохо разрушаются в окружающей среде.
Химической промышленностью синтезировано несколько
миллионов различных химикатов (в основном органических),
которых никогда раньше не было на Земле.
Влияние этих химикатов на окружающую среду сложно
предсказать, поскольку обычно не существует подобных
им природных соединений, чье поведение уже изучено.
Новое вещество может оказаться безвредным, но недостаток
знаний может привести к непредвиденным последствиям.
В круговороте отдельных элементов различают две части: резервный фонд и обменный фонд.
Резервный фонд состоит из большой массы медленно движущихся веществ.
Обменный фонд меньше резервного, но более активный, быстро обменивается
между организмами и окружающей средой.
Замкнутые пути движения химических элементов в природном круговороте
называются биогеохимическими циклами.
Биогеохимические циклы делятся на два типа: круговороты газообразных веществ
с резервным фондом в атмосфере и гидросфере
и осадочные циклы с резервным фондом в земной коре.
Главные биогеохимические циклы, которые обеспечивают
жизнь на планете, кроме круговорота воды, являются
циркуляции углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов.
Круговороты газообразных веществ, в которых участвуют,
например, углекислый газ, азот, кислород
благодаря наличию крупных атмосферных или океанических фондов
достаточно быстро компенсируют возникающие нарушения.
Например, избыток диоксида углерода, обусловленный
интенсивным окислением или горением обычно быстро
рассеивается с воздушными потоками.
Кроме того, излишки диоксида углерода компенсируются
усиленным фотосинтезом и превращением их в гидрокарбонаты в морях.
Круговороты газообразных веществ с большим резервным фондом
можно считать в глобальном масштабе хорошо сбалансированным;
однако способность к саморегуляции даже при таком резервном фонде,
как атмосфера и океан, конечно, не беспредельна.
Осадочные циклы, в которых участвуют такие элементы, как
фосфор или железо, легче нарушаются в результате
местных изменений, потому что в этих случаях основная
масса вещества сосредоточена в относительно малоактивном
и малоподвижном резервном фонде.
Циркуляция таких элементов осуществляется путем эрозии, осадкообразования и горообразования.
Изменения в природных круговоротах в результате добавления
или удаления присутствующих в них химических веществ
можно проиллюстрировать на примере углерода (С) и серы (S).
Круговорот этих элементов имел место в течение всей истории Земли (4,5 млрд лет).
Кроме воздействия биологического фактора, на круговороты
углерода и серы влияли изменения физических свойств,
таких как температура, которая существенно варьировала в ходе истории Земли.
Изменения в циклах углерода и серы могут влиять на климат.
Антропогенное влияние на природные циклы усиливает
или ускоряет то, что в любом случае делает природа.
Человек так ускоряет движение многих веществ, что круговороты теряют цикличность.
В результате этого в одних местах возникает недостаток,
а в других –избыток того или иного вещества.
Рассмотрим примеры биогеохимических круговоротов веществ
с газообразным и осадочным фондами.
Углерод является одним из самых часто упоминаемых
химических элементов при рассмотрении геологических,
биологических, а в последние годы и технических проблем.
Самым важным компонентом природного цикла углерода
является газообразный диоксид углерода.
Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде диоксида углерода относительно
невелики в сравнении с его запасами в океанах и земной коре.
Циркуляция углерода в биосфере основана на поступлении
диоксида углерода в атмосферу и его потреблении.
Поступление углекислого газа в атмосферу в результате:
дыхания всех организмов или минерализации органических веществ,
а также выделения из осадочных пород и выделения из мантии Земли,
также при сжигании топлива.
Потребление углекислого газа происходит главным образом:
в процессе фотосинтеза; в реакциях его с карбонатами в океане,
при выветривании горных пород.
Фотосинтез включает сложный комплекс различных по природе реакций.
Фотосинтез – это процесс синтеза органических соединений,
идущий за счет световой энергии.
Поступление СО2 из почвы в атмосферу колеблется очень сильно
в зависимости от особенностей почвы и климатических условий.
До наступления индустриальной эры потоки углерода между
атмосферой, материками и океанами были сбалансированы.
Влияние человека на круговорот углерода проявилось в том,
что с развитием индустрии и сельского хозяйства поступление
СО2 в атмосферу стало расти за счет антропогенных источников.
Главная причина увеличения содержания СО2 в атмосфере
- это сжигание горючих ископаемых, однако, свой вклад вносят и транспорт, и уничтожение лесов.
Сельское хозяйство также приводит к потере углерода в почве.
Круговорот кислорода тесно взаимосвязан с круговоротом углерода
поскольку оба элемента входят в состав углекислого газа
и являются важнейшими компонентами всех органических соединений,
таких как углеводов, жиров и белков.
Земля является единственной планетой нашей солнечной системы,
в атмосфере которой содержится значительное количество свободного кислорода.
Кислород появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов.
Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон.
По мере накопления озона произошло образование
озонного слоя в верхних слоях атмосферы.
Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли
от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.
Не только весь атмосферный кислород, но и значительная часть
«ископаемого» кислорода осадочных пород имеет фотосинтетическое происхождение.
Количество свободного кислорода, образующегося
под действием ультрафиолетовых лучей за счет небиологического
фотолиза паров воды в верхних слоях атмосферы, составляет
лишь тысячные доли процента от поставляемого фотосинтезом.
Растительный мир биосферы ежегодно выделяет в процессе фотосинтеза
около 430—470 млрд. тонн кислорода.
Полный круговорот воды, являющейся источником кислорода,
выделяемого при фотосинтезе, осуществляется в биосфере примерно за 2 млн. лет.
За время существования фотосинтезирующих организмов
вся вода нашей планеты, весь её кислород и водород
прошли уже много циклов фотосинтетических превращений
и обратных процессов — окисления органических веществ свободным кислородом.
Появление автотрофных организмов, осуществляющих
процесс фотосинтеза, явилось шагом вперед на пути развития
жизни и эволюции всей биосферы.
Лишь при наличии молекулярного кислорода в окружающей среде
могли возникнуть и получить дальнейшее развитие
сложные многоклеточные организмы, получающие необходимую им энергию
окислением, в процессе дыхания.
В настоящее время наличие свободного кислорода в атмосфере
и Мировом океане является обязательным
условием существования жизни на планете.
Кислород входит практически во все биологические соединения.
Он участвует в огромных количествах биохимических
реакций окисления органических веществ, обеспечивающих
энергией все процессы жизнедеятельности организмов.
Кислород обеспечивает дыхание животных, растений
и микроорганизмов в атмосфере, почве, воде, участвует в
химических реакциях окисления, происходящих в горных породах, почвах, илах.
В связи с тем, что кислород входит в состав очень многих
широко распространенных на Земле неорганических
соединений таких как вода, углекислота, его круговорот достаточно сложен.
Основные ветви этого круговорота — образование свободного кислорода
при фотосинтезе и его поглощение в процессе дыхания живых организмов.
На протяжении всего своего существования биосфера
оказывала огромное влияние на процессы, происходящие
как в атмосфере, так и в литосфере.
Большую роль в этом воздействии сыграл свободный кислород,
выделяющийся в процессе фотосинтеза.
Образование озонового экрана, окисление окиси углерода,
появлявшейся в результате вулканической деятельности, —
везде участвует молекулярный кислород фотосинтеза.
В настоящее время наибольшее влияние на круговорот кислорода
в биосфере оказывает деятельность человека.
Огромное количество кислорода расходуют автомобили, самолеты, теплоходы.
Расширение площадей, занимаемых зеленой растительностью,
повышение её фотосинтетической деятельности и продуктивности
— основные условия сохранения постоянного газового состава атмосферы.
Воздух по объему почти на 80% состоит из молекулярного азота N2.
Поступление азота в атмосферу происходит: 1) в процессе денитрификации,
т.е. биохимического восстановления оксидов азота до молекулярного газа N2;
2) с вулканическими газами и 3) с дымом, выхлопными газами.
Поглощение азота из воздуха происходит: 1) в процессе азотфиксации
благодаря деятельности бактерий и водорослей,
2) в результате естественных физических процессов фиксации азота в атмосфере
(электрические разряды при грозе и др.) и 3) в процессе промышленного синтеза NH3.
Минеральные соединения азота потребляются растениями при фотосинтезе.
Животные, поедая растения, используют азот для построения белков,
превращая его в органические формы.
Азот – важнейший элемент питания, необходимый для
нормального развития растений.
Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот.
Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза
обмена веществ, образования новых клеток.
В формировании почвенного покрова и плодородия экосистем.
Также азот накапливается преимущественно в живых организмах и почвах.
В почвах азот связан с живым органическим веществом или гумусом.
Влияние человека на круговорот азота достаточно велико.
Сельское хозяйство и промышленность дают почти на 60% больше
фиксированного азота, чем естественные наземные экосистемы.
Большая доля азота теряется: выносится с водой, с урожаем
и в процессе денитрификации.
Избыток нитратов в пище и воде может быть опасен для людей.
Поступление азота в атмосферу (денитрификация)
и отток из атмосферы (азотфиксация) в целом уравновешены,
но фиксация слегка преобладает вследствие деятельности человека.
Круговорот воды, включающий переход её из жидкого в
газообразное и твердое состояния и обратно,
- один из главных компонентов абиотической циркуляции веществ.
В круговороте воды суммарное испарение компенсируется выпадением осадков.
Особенность круговорота в том, что из океана испаряется
воды больше, чем возвращается с осадками.
На суше, наоборот, осадков выпадает больше.
В связи с этим, значительная часть осадков, используемых
экосистемами суши, состоит из воды, испаряющейся из моря.
Излишки воды с суши стекают в озера и реки, а оттуда снова в океан.
Поверхностный сток частично пополняет резервуары грунтовых вод
и сам пополняется от них.
С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным,
так как к физическому явлению превращения воды в пар
добавился процесс биологического испарения,
связанный с жизнедеятельностью растений и животных - транспирация.
Соотношение количества воды, выделившейся в результате
транспирации и испарения, меняется в зависимости от местных условий.
Растительность играет значительную роль в испарении воды,
влияя тем самым на климат регионов.
Она является также водоохранным и водорегулирующим фактором:
смягчает паводки, удерживая влагу в почвах и препятствуя их иссушению и эрозии.
Круговорот воды можно представить в виде двух энергетических путей.
Верхний путь (испарение) приводится в движение солнечной энергией,
нижний (выпадение осадков) - отдает энергию озёрам, рекам, заболоченным землям
и другим экосистемам.
Деятельность человека оказывает огромное влияние
на глобальный круговорот воды, что может изменять погоду и климат.
В результате покрытия земной поверхности непроницаемыми
для воды материалами, строительства оросительных систем, уничтожения лесов
сток воды в океан увеличивается и пополнение фонда грунтовых вод сокращается.
Одним из важных для биосферы элементов является фосфор.
Циркуляция его легко нарушается, так как основная масса
вещества сосредоточена в малоактивном и малоподвижном
резервном фонде, захороненном в земной коре.
В отличие от азота и углекислого газа, резервным фондом
его является не атмосфера, а горные породы и отложения,
образовавшиеся в прошлые геологические эпохи,
т.е. в биокруговороте его практически полностью отсутствуют
газообразные соединения, тогда как обязательными
элементами биокруговорота углерода, азота, серы являются газообразные соединения.
Фосфор - один из наиболее важных биогенных элементов.
Он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, ферментов, костной ткани.
Фосфор активно участвует в процессах обмена веществ
и синтеза белка, активно влияет на рост растений.
В земной коре значительная часть соединений фосфора представлена разновидностями апатита.
Поступление фосфора в круговорот происходит в основном:
1) в процессе эрозии фосфатных пород и 2) вследствие минерализации
продуктов жизнедеятельности и органических остатков растений и животных.
Образующиеся фосфаты поступают в наземные и водные экосистемы,
где вновь могут потребляться растениями.
Механизмы возвращения фосфора в круговорот в природе
недостаточно эффективны и не возмещают его потерь.
Основные потери фосфора из круговорота происходят
при сбросе промышленных, городских и сельскохозяйственных сточных вод в водоемы.
Сохранение цикличности круговорота фосфора очень важно,
потому что из всех биогенных веществ, необходимых организмам в больших количествах,
фосфор - один из наименее доступных элементов на поверхности Земли.
Фосфор и теперь часто лимитирует первичную продукцию экосистем,
а в будущем его лимитирующее значение может резко возрасти,
что грозит снижением пищевых ресурсов планеты.
Однако в настоящее время явно обозначился и сформировался
и такой новый процесс антропогенного происхождения – «фосфатизация».
Например, могут соединения фосфора накапливаются
в местах складирования органических отходов, свалках,
полях орошения, и это приводит к эвтрофикации водоемов избытком фосфатов.
Биоценоз (от греч. bios – жизнь, koinos – общий) – это исторически
сложившаяся организованная группа популяций растений,
животных и микроорганизмов, живущих совместно в одних
и тех же условиях среды, возникшая на основе биогенного круговорота.
Понятие «биоценоз» было предложено в 1877 году
немецким ученым зоологом К.Мебиусом.
Условно биоценоз можно разделить на отдельные компоненты:
фитоценоз – растительность; зооценоз – животный мир;
микробоценоз – микроорганизмы.
Ни в одном местообитании не может быть динамической системы,
которая состояла бы только из растений или только из животных.
Никакой биоценоз не может развиваться сам по себе,
вне и независимо от среды.
В природе складываются определенные комплексы
состоящие из отдельных частей, которые поддерживаются
и функционируют как единое целое на основе взаимной приспособленности.
Параллельно с термином «биоценоз» иногда используется
термин «сообщество».
Сообщество - это любая совокупность популяций разных видов,
взаимодействующих между собой и существующих совместно.
В биоценозе, как в системе, можно выделить видовую,
пространственную и экологическую структуры.
Видовая структура характеризует разнообразие видов
и соотношение их численности или массы.
Видовое разнообразие биоценоза оценивается двумя показателями:
видовое богатство и видовая насыщенность.
Видовое богатство - это общее число видов,
обитающих в данном биотопе.
Видовое богатство возрастает с севера на юг, а также
с увеличением площади биотопа и эволюционного времени.
Чем выше видовое богатство, тем более устойчивым является биоценоз.
Видовая насыщенность - это количество видов на единице
площади или в единице объема биотопа.
При характеристике видовой структуры для каждого отдельного вида
можно определить следующие показатели:
1) богатство вида - это численность особей данного вида на единице площади территории;
2) частота встречаемости - это характеристика распределения вида в пределах биоценоза.
3) степень доминирования - это доля особей данного вида в общей численности особей биоценоза.
В каждом биоценозе можно выделить виды доминанты
– или виды, преобладающие по численности;
и виды эдификаторы – виды средообразователи,
или виды, создающие условия для жизни других видов.
Например, в таком биоценозе как сосновый лес, среди доминантов можно назвать сосну.
В степных биоценозах эдификатором служит ковыль.
Виды, живущие в биоценозе за счет доминантов,
получили название предоминантов.
К примеру, в дубовом лесу таковыми являются кормящиеся
на дубе насекомые, сойки, мышевидные грызуны.
Пространственная структура – это распределение организмов
в биоценозе в зависимости от их биологических особенностей.
В связи с этим различают вертикальную и горизонтальную зональность,
а также консорции.
Вертикальная зональность биоценоза обусловлена
наличием в нем растений разной высоты.
Благодаря этому в биоценозе наблюдается вертикальное
расслоение на структурные части, занимающие разное
положение по отношению к уровню почвы.
Это явление называется ярусностью, а структурные части биоценоза - ярусами.
Вертикальное распределение организмов в биоценозе
оказывает влияние на горизонтальную структуру.
Расчлененность биоценоза в горизонтальном направлении - мозаичность
- обусловлена неоднородностью микрорельефа, почвы и микроклимата.
При горизонтальном членении биоценоза можно говорить о его мозаичности.
Растения, распределяясь неравномерно, создают то большие,
то меньшие скопления, придающие растительному покрову мозаичный характер.
Экологическая структура – это состав биоценоза
из экологических групп организмов, выполняющих
в сообществе в каждой экологической нише определенные функции.
Например, экологическую структуру биоценоза отражает
соотношение групп организмов объединенных сходным типом питания.
В лесах преобладают сапрофаги, в степях и полупустынях – фитофаги,
в глубинах Мирового океана – хищники и детритоеды.
Любой биоценоз динамичен, несмотря на достаточную стабильность его структуры.
В нём постоянно происходят изменения состояния и жизнедеятельности особей,
их взаимоотношений.
Все изменения могут быть отнесены к двум типам: циклические (периодические) и непериодические.
Циклические изменения в биоценозе отражают суточную,
сезонную и многолетнюю периодичность изменения внешних условий.
Эта периодичность обусловлена циклами в природе, которые
связаны с космическими явлениями.
Суточные изменения связаны с изменением силы экологических
факторов среды (температура, влажность, освещенность)
при смене дня и ночи.
Суточные изменения заключаются в изменении активности организмов:
одни активны днем, а пассивны ночью, другие - наоборот.
Сезонные изменения связаны с изменением силы экологических
факторов при смене сезонов.
Сезонные изменения не только заключаются в изменении активности
организмов, но и в их количественных соотношениях.
Некоторые виды практически полностью исключаются
из жизни биоценоза в определенные периоды (спячка, диапауза, миграции и т.д.).
Многолетние изменения обусловлены периодичностью
локальных изменений климата, которые связаны с изменением
общей циркуляции атмосферы, обусловленной в свою очередь
усилением или ослаблением солнечной активности.
Так, периодически засушливый год сменяется мокрым, теплый - холодным и т.д.
Это приводит к довольно значительным изменениям
как качественных, так и количественных характеристик биоценоза.
Непериодические изменения - это изменения, не имеющие
закономерного повторения во времени.
По характеру они подразделяются на два вида: случайные и поступательные.
Случайные изменения вызываются резким изменением силы
экологических факторов вследствие природных катаклизмов
(наводнение, ураган, землетрясение).
Поступательные изменения происходят в одном направлении,
потому что вызываются однонаправленным изменением силы экологических факторов
либо в сторону усиления, либо в сторону ослабления.
В конечном итоге они приводят к смене одного биоценоза другим
с новым набором видов.
Закономерный исторический процесс последовательной
смены одного биоценоза другим в результате направленного
изменения абиотического окружения называется сукцессией.
Выделяют два основных типа сукцессий: автотрофные и гетеротрофные
Автотрофные сукцессии - это сукцессии, начинающиеся
с состояния, когда продукция больше трат на дыхание.
Они протекают с участием как автотрофов, так и гетеротрофов;
Гетеротрофные сукцессии - это сукцессии, начинающиеся
с состояния, когда продукция меньше трат на дыхание.
Они протекают с участием только гетеротрофов и имеют
место только в условиях, когда есть запас или поступление органического вещества
Автотрофные сукцессии в зависимости от места,
на котором они начинаются, подразделяются на первичные и вторичные.
Первичные сукцессии начинаются на месте, лишенном жизни
(скалы, песчаные дюны, вулканическая лава).
Они включает несколько этапов:
1) возникновение места, лишенного жизни;
2) миграция на него разных организмов или их рассели тельных зачатков;
3) приживание организмов;
4) конкуренция их между собой и вытеснение отдельных видов;
5) преобразование организмами местообитания, постепенная стабилизация условий и отношений.
Вторичные сукцессии - это сукцессии, которые начинаются
на месте разрушенного биоценоза.
В зависимости от причин, которые вызывают сукцессии,
они подразделяются на два типа: 1) эндогенные, или автогенные;
2) экзогенные, или аллогенные.
Эндогенные, или автогенные, сукцессии вызываются внутренними причинами.
По характеру протекания подразделяются на автогенетические и сингенетические.
Автогенетические сукцессии имеют место тогда,
когда виды в результате своей жизнедеятельности изменяют
условия среды вокруг себя так, что одни виды начинают
вытеснять другие и на смену одного биоценоза приходит другой.
Сингенетические сукцессии наблюдаются тогда, когда
новый вселившийся вид начинает очень быстро размножаться
и постепенно вытесняет местные виды.
Экзогенные, или аллогенные, сукцессии вызываются внешними причинами.
В зависимости от характера причины они подразделяются на следующие виды:
антропогенные - вызываются человеком;
зоогенные - вызываются животными вследствие перевыпаса или недовыпаса;
климатогенные - вызываются однонаправленным изменением климата;
эдафогенные - вызываются изменением свойств почвы;
геологические - вызываются тектоническими процессами
(опускание или поднимание поверхности земной коры).
В качестве примера рассмотрим вторичную антропогенную сукцессию,
протекающую на месте сгоревшего леса.
Первые один-два года на месте пожарища развивается густой травостой.
Первыми из деревьев сюда заселяются береза и осина.
Их семена легко переносятся ветром и, прорастая, дают поросль березы и осины.
Со временем кроны их смыкаются и для проростков создаются
неблагоприятные условия.
Под пологом березы и осины прорастают семена ели,
и через пару десятков лет формируется смешанный лес.
Ель, затеняя, постепенно вытесняет березу и осину,
и смешанный лес заменяется еловым, который может существовать бесконечно долго.
В ходе сукцессии наблюдаются закономерные изменения
структурных и функциональных характеристик биоценоза.
Их можно объединить в следующие группы:
I. Видовая и пространственная структура сообщества.
1. Изменяется видовой состав сообщества, наблюдаются
флористическая и фаунистическая эстафеты.
2. Видовое богатство в каждом ярусе возрастает быстро,
а затем скорость роста этого показателя снижается.
3. Возрастает направленность как компонент видовой структуры.
Изменение видового разнообразия в сообществе может иметь
различный характер: непрерывный рост или прохождение пика в промежуточных стадиях.
II. Функциональная структура.
1. Удлиняются пищевые цепи и усложняются пищевые сети.
2. Увеличиваются размеры организмов и (или) их расселительных стадий.
3. Усложняются и удлиняются жизненные циклы.
4. В значительной степени положительные типы взаимоотношений
превалируют над отрицательными.
Возможность возникновения сильных отрицательных взаимоотношений снижается.
III. Энергетика экосистемы.
1. Возрастает валовая продукция экосистемы за счет первичной продукции,
вторичная продукция изменяется мало.
2. Возрастает количество энергии, которая идет на
поддержание экосистемы, но с меньшей скоростью,
чем валовая продукция.
3. Чистая продукция сообщества в начале сукцессии быстро увеличивается,
а к концу сукцессии приближается
к нулю и изъятие ее из сообщества в этом случае становится
невозможным без нарушения всей экосистемы.
4. Возрастает биомасса и количество детрита.
5. Возрастает соотношение биомассы к продукции и
биомассы к тратам на дыхание, а соотношение продукции
к биомассе снижается.
IV. Круговороты биогенных элементов.
1. Круговороты элементов становятся более замкнутыми.
2. Увеличивается время оборота и запас важнейших элементов.
3. Возрастает коэффициент цикличности элементов.
4. Удерживается и сохраняется большее количество биогенных элементов.
Это главная стратегия развития экосистемы.
Любой биоценоз взаимодействует со своей средой обитания - биотопом,
в результате чего образуется более сложная
биологическая система – биогеоценоз.
Термин биогеоценоз был введен в 1942 году советским ученым В.Н.Сукачевым.
Биогеоценоз - это исторически сложившаяся совокупность
на известной протяженности земной поверхности однородных
природных явлений - атмосферы, горной породы, гидрологических условий,
растительного и животного мира, мира микроорганизмов и почвы,
основу которой составляет обмен веществом и энергией.
За исключением некоторых деталей, этот термин можно
считать тождественным термину «экосистема».
Термин «биогеоценоз» в большей степени отражает структурные особенности макросистемы.
А термин «экосистема» больше описывает функциональные особенности системы.
Принципиальным различием является то, что биогеоценоз всегда выделяется
в рамках конкретного фитоценоза, а его границы
можно отыскать на местности и нанести на карту,
чего в отношении экосистемы сделать нельзя, поскольку
«экосистема» - это устойчивая безразмерная система живых
и неживых организмов, в которой осуществляется
внешний и внутренний круговорот вещества и энергии.
В зависимости от условий существования биоценоза
все экосистемы, существующие на планете Земля, подразделяются
на три типа: наземные, пресноводные и морские.
Наземные экосистемы характеризуются целым рядом отличительных
особенностей среды обитания, которые можно свести к следующему:
1. В наземных экосистемах лимитирующим фактором
является влажность.
Она колеблется в довольно широких пределах и относится
к непериодическим факторам.
2. Температура также имеет значительные колебания
и приводит к видовому разнообразию, но она играет меньшую лимитирующую
роль, чем влажность, потому что изменяется периодически.
Все организмы в ходе эволюции уже приспособились к тому
уровню температуры, который существует в данных условиях.
Размах колебаний температуры может быть большим, но он
не выходит за пределы толерантности организмов.
3. Газовый состав атмосферы постоянен, поэтому конценрации
кислорода и углекислого газа не являются лимитирующим фактором.
4. Воздух как среда обитания не может выполнять функцию
опоры, потому что он очень разрежен.
5. Почва является не только опорой, но и практически
единственным источником биогенов.
6. Суша в значительной степени прерывиста, поэтому разобщенность организмов велика.
Совокупность наземных экосистем, которые существуют
в однородных ландшафтно-климатических условиях, называется биомом.
Выделяют десять типов биомов. Например, арктическая и альпийская тундры,
северные хвойные леса, листопадные леса умеренной зоны.
Также тропические степи и саванны.
Каждый из них обладает своим специфическим комплексом
экологических факторов и составом флоры и фауны.
Рассмотрим пустыни.
Это территория, где испарение превышает
количество осадков.
В таких условиях произрастает скудная, разреженная и
обычно низкорослая растительность.
Для пустыней характерно значительное различие
между дневной и ночной температурами.
Пустынные экосистемы занимают около 16% поверхности суши
и расположены практически во всех широтах Земли.
Тропические пустыни - это такие пустыни, как Южная Сахара.
Температура там круглый год высокая, а количество осадков минимальное.
Пустыни умеренных широт.
Например пустыня Мохаве в Южной Калифорнии.
Такие пустыни отличаются высокими дневными температурами летом и низкими — зимой.
Холодные пустыни.
Для них характерна очень низкая температура зимой
и средняя — летом.
Растения и животные всех пустынь приспособлены
улавливать и сохранять дефицитную влагу.
Медленный рост растений и малое видовое разнообразие
делают пустыни весьма уязвимыми.
Травянистые экосистемы.
Тропические травянистые экосистемы или саванны
характерны для районов с высокими средними температурами,
двумя продолжительными сухими сезонами
и обильными осадками в остальное время года.
Они образуют широкие полосы по обе стороны экватора.
Травянистые экосистемы умеренных широт
встречаются во внутренних районах материков,
главным образом Северной и Южной Америки, Европы и Азии.
Основные типы травянистых сообществ умеренного пояса:
высокотравные и низкотравные прерии США и Канады,
пампы Южной Америки, вельды Южной Африки
и степи от Центральной Европы до Сибири.
В этих экосистемах (биомах) почти постоянно дуют ветры,
способствуя испарению влаги.
Густая сеть корней травянистых растений обеспечивает
стабильность почвы до тех пор, пока не начинается её распашка.
Полярные травянистые экосистемы или арктические тундры.
Они расположены в районах, прилегающих к арктическим ледяным пустыням.
Большую часть года тундры находятся под воздействием
штормовых холодных ветров и покрыты снегом и льдом.
Зимы здесь очень холодные и темные.
Осадков немного, и выпадают они в основном в виде снега.
Люди проживают в суровых условиях тундры крайне редко,
однако обнаруженные в последнее время запасы
нефти и газа обусловливают интенсивное антропогенное
воздействие на окружающую природную среду тундры.
Медленное разложение органических веществ, малая мощность почвы
и низкие темпы прироста растительности
делают арктическую тундру одной из наиболее уязвимых
экологических систем земного шара.
Лесные экосистемы.
Влажные тропические леса.
Эти леса располагаются в ряде приэкваториальных районов.
Они характеризуются умеренно высокими среднегодовыми температурами,
которые мало изменяются в течение
суток и по сезонам, а также значительной влажностью
и почти ежедневно выпадающими осадками.
В таких биомах доминируют вечнозеленые деревья, сохраняющие
большую часть листьев или хвои круглый год, что обеспечивает
непрерывное круглогодичное протекание процессов фотосинтеза.
Листопадные леса умеренных широт.
Они произрастают в районах с невысокими средними температурами,
значительно меняющимися по сезонам.
Зимы здесь не очень суровы, летний период продолжителен,
осадки выпадают равномерно в течение всего года.
По сравнению с тропическими, леса умеренного пояса быстро
восстанавливаются после вырубки и, следовательно,
более устойчивы к антропогенным нарушениям.
Северные хвойные леса.
Эти леса, называемые также бореальными, или тайгой,
распространены в районах субарктического климата.
Зимы здесь продолжительны и засушливы, с коротким
световым днем и небольшими снегопадами.
Температурные условия меняются от прохладных
до исключительно холодных.
В тайге добывают значительную часть деловой древесины,
большое значение имеет промысел пушнины.
Водные экосистемы.
Тип и количество организмов в водных экосистемах определяются
соленостью, глубиной проникновения солнечных лучей, концентрацией
растворенного кислорода, доступностью биогенов и температурой.
Интенсивность потока солнечного света, необходимого для
фотосинтеза, зависит от глубины водоема, следовательно,
обилие растительных организмов также меняется с глубиной.
В отличие от наземных экосистем в водных экосистемах организмы,
нуждающиеся в кислороде, обитают преимущественно
вблизи поверхности воды.
Наибольшей продуктивностью отличаются прибрежные
водные экосистемы в связи с поступлением помимо потока
биогенов из донных отложений также дополнительного
потока, приходящего со стоком с суши.
В глубоководных районах продуктивность растительных
организмов ограничена недостатком биогенов, концентрирующихся на дне.
Морские экосистемы составляют большую часть биосферы.
Они занимают 70% поверхности Земли и имеют следующие особенности среды обитания.
1. Морские экосистемы имеют очень большие глубины,
но при этом абиогенных зон нет,
на самом глубоком дне существует жизнь.
2. В морях и океанах происходит постоянная циркуляция воды.
Разница температур на полюсах и экваторе порождает мощные ветры,
которые дуют на протяжении года в одном направлении.
В результате одновременного действия этих ветров и
вращения Земли вокруг своей оси образуются экваториальные
течения на восток и запад, и прибрежные течения на север и на юг.
Есть теплые течения - Гольфстрим, Североатлантическое и др.
и холодные - Калифорнийское.
Кроме поверхностных течений, есть и глубинные течения.
В результате этого перемешивание воды в море настолько эффективное,
что недостаток кислорода наблюдается очень редко
и он не является лимитирующим фактором.
3. Вода в морских экосистемах имеет очень высокую соленость (до 35%),
поэтому организмы имеют различные приспособления для борьбы с потерей воды.
4. В морских экосистемах постоянно наблюдаются приливы и отливы,
вызываемые притяжением Луны и Солнца.
5. Вода в морских экосистемах имеет более высокую плотность
по сравнению с пресноводными экосистемами и выполняет функцию опоры,
одновременно для донных организмов опорой служит субстрат.
6. В морской воде очень малая концентрация биогенов,
поэтому жизнь бедна и на единицу объема приходится
очень мало первичной продукции.
7. Морские экосистемы непрерывны,
все моря и океаны соединены между собой.
Океаны играют важную климатообразующую роль, перераспределяя солнечную энергию
за счет испарения воды и перемещения нагретой воды с океаническими течениями.
Они участвуют в других глобальных биогеохимических круговоротах в природе
и являются гигантскими «резервуарами» диоксида углерода.
В прибрежной зоне, занимающей менее 10% общей площади океана,
сосредоточено 90% биомассы океанических растений и животных;
здесь находится большинство районов промышленного рыболовства.
Прибрежную зону подразделяют на несколько местообитаний.
Эстуарии — это часть прибрежной зоны, где пресные воды рек,
ручьев и поверхностного стока смешиваются с солеными морскими водами.
Коралловые рифы распространены в прибрежных зонах океана
в тропических и субтропических широтах, где температура воды превышает 20 °С.
Они в основном состоят из нерастворимых соединений кальция,
выделяемых животными — кораллами, а также красными
и зелеными водорослями при фотосинтезе.
Экосистемы континентальных стоячих водоемов.
Континентальные стоячие (непроточные) водоемы включают в себя
экосистемы озер, водохранилищ, прудов, луж, а также болот.
Жизнь стоячих вод или лентической среды (от лат. lentus — спокойный)
зависит от площади поверхности и глубины водоема,
региональных климатических условий и химического состава воды.
Озера.
На дне озер различают две группы жизненных форм растений:
бентосную и фитопланктонную.
Болота.
Это участки суши, покрытые в определенные периоды времени
небольшим слоем воды и более или менее высыхающие в другое время.
Болота умеренных и высоких широт
— это своеобразные «ловушки» органического углерода, в которых происходит
его накопление и захоронение в виде не полностью разложившихся
остатков растительности, образующих торф.
Болота, расположенные вдоль русел рек и особенно в устьях,
во время паводков принимают избыточную воду, обогащенную илом и биогенами.
Важнейшей ролью болот является фильтрация воды
перед тем, как она попадает в озера, заливы.
Болота, обогащенные биогенами, представляют собой самые
продуктивные экосистемы.
Экосистемы проточных водоемов, а именно ручьев,
значительно отличаются от экосистем стоячих вод,
что вызвано постоянным обновлением воды и значительно
большими контактами с наземными экосистемами.
Скорость течения водотоков — определяющий фактор
в жизни биоценозов вследствие воздействия на организмы
физических и химических свойств воды.
Скорость течения также влияет на характер дна.
Температура проточных вод обычно одинакова
по всей их толщине и подвергается изменениям по мере продвижения
вод от истоков к устью.
Насыщенность кислородом проточных вод
даже при отсутствии зеленых растений бывает достаточной.
Постоянное движение создает лучшие условия для дыхания организмов,
однако органические вещества, поступающие в водотоки
с бытовыми или промышленными стоками,
вызывают уменьшение концентрации кислорода в воде из-за массового
размножения бактерий.
Пищевые цепи в проточных водах отличаются бедностью пищевой базы.
Многие животные проточных вод являются всеядными
и в зависимости от места или времени года поедают растения, животных или детрит.