экология практика 1

Практика 1

ЭКОСИСТЕМЫ. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И СВОЙСТВА

Цель занятия: Изучить структуру и свойства экосистем во взаимосвязи с ее компонентами. Познакомиться с основными классификациями экосистем (биомная и др.). Найти различия между природными и антропогенными экосистемами. Пищевые цепи в различных биоценозах.

Понятие, структура и свойства экосистем

Термин «экосистема» был введен в научный обиход в 1935 г. английским экологом А. Тенсли. Экосистема – основная функциональная единица в экологии.

Экосистема – сообщество взаимосвязанных живых организмов разных видов (биоценоз) и окружающей их среды (неорганические компоненты, косная часть природы), объединенных между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

Экосистему можно предста-вить как совокупность орга-низмов и неорганических компонентов, в которой осуществляется круговорот веществ.

В отечественной литературе параллельно с термином "экосистема" широко исполь-зуется термин "биогеоценоз", предложенный академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г.

Биогеоценоз - совокупность биоценоза и биотопа (рис.1.1.).

Рис. 1.1. Структура биогеоценоза

(по В. Н. Сукачеву)

Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биотоп – определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды (климат, почва).

Любой биогеоценоз – это экосистема, но не каждая экосистема является биогеоценозом (экосистема озера, моря и т.п. не может быть биогеоценозом).

Биогеоценоз – это эволюционно сложившееся сообщество растений (фитоценоз) и животных (зооценоз), которые обитают на относительно ограниченном пространстве земной поверхности, имеющим свой микроклимат, почву и водный режим.

Трофическая (пищевая) структура экосистемы делится на два яруса:

- верхний автотрофный ярус, включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладает фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений;

- нижний гетеротрофный ярус почв и осадков, разлагающихся веществ, корней, в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений.

Биологическая структура включает в себя следующие основные компоненты:

• - неорганические вещества (СО₂, Н₂О, N₂, О_2, минеральные соли и др.), включающиеся в круговороты;

• - органические вещества (белки, углеводы, гумусовые вещества и др.);

• - воздушную, водную и субстратную среды, включающие климатическую составляющую и другие абиотические факторы;

Продуценты - в экосистеме организмы (в основном зеленые растения), использующие световую энергию для синтеза органических веществ из неорганических.

Консументы - в экосистеме - организмы, получающие энергию и биогены, питаясь другими организмами или продуктами их жизнедеятельности.

Редуценты - организмы, прежде всего грибы и бактерии, питание которых -гниение или иное разложение сложных соединений до более простых.

Продуценты и консументы частично выполняют функцию редуцентов, выделяя в окружающую среду минеральные вещества (продукты их метаболизма).

В экосистеме пищевые и энергетические связи идут в направлении:

продуценты → консументы → редуценты.

Классификация экосистем

В экологии выделяют следующие основные классификации экосистем: биомную, координационную (или ординационную), морфологическую, иерархическую, факториальную, функциональную.

В настоящее время наиболее широкое распространение получила биомная классификация экосистем. В основе биомной классификации лежат заметные постоянные макроструктурные черты (крупные системно-географические подразделения).

Биом – совокупность различных групп организмов и среды, в которой они обитают в определенной ландшафтно(природно)-географической зоне (напр. тундра, тайга, степь).

Биом - большая группа экосистем со сходным типом растительности, определяемым сходными климатическими условиями (например, тундра, тайга, тропические леса).

В основе биомной классификации для наземных экосистем лежит тип (естественной) растительности, для водных экосистем – ее гидрологические и физические особенности (табл. 1.1) [Ю. Одум, 1986].

1. Биомная классификация природных (естественных) экосистем

Наземные экосистемы:

Водные экосистемы:

1. Тундра: арктическая и альпийская 2. бореальные хвойные леса (тайга) 3. листопадный лес умеренной зоны (широколиственные леса) 4. степь умеренной зоны 5. чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом) 6. тропические злаковники (грасленд) и саванна 7. пустыня: травянистая и кустарниковая 8. полувечнозеленый сезонный (листопадный) тропический лес (районы с выраженным влажным и сухим сезонами) 9. вечнозеленый тропический дождевой лес

Пресноводные: 1. лентические (стоячие воды): озера и др. 2. лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др. 3. Заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга) Морские: 1. открытый океан (пелагическая экосистема) 2. воды континентального шельфа (прибрежные воды) 3. районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством) 4. эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, лиманы, соленые марши) 5. глубоководные рифтовые зоны

Координационная классификация экосистем представляет собой последовательное их расположение (ординацию) в виде какого-либо ряда или в системе координат в зависимости от важнейших экологических факторов (напр., эдафофитоценотические ряды В. Н. Сукачева показывают расположение типов лесных биоценозов в зависимости от основных экологических факторов).

Морфологическая классификация основана на внешних (морфологических или физиологических) признаках. Прежде всего, учитываются признаки биоты, затем условия окружающей среды. В биоте в первую очередь характеризуется растительность (видовое разнообразие, доминанты, эдификаторы).

Иерархическая классификация, или субординация, экосистем основана на расположении таксонов в порядке их соподчинения (аналогично биологической систематизации). Выделяют следующие уровни экосистемных таксонов:

- тип (по характеру поступления в экосистему необходимых биотических веществ, наприме:, транзитные, автономные);

- класс (по температурному и влажностному режимам - термогидрофильный, криогидрофильный и т. д.);

- семейство (по адаптивным особенностям биоты по морфологии, физиологии - луговые, тропические леса и т. д.);

- род (по пространственному распределению биоценоза - мозаичность, ярусность, синузии);

- вид (в зависимости от встречаемости второстепенных компонентов биоты).

Факториальная классификация разработана географами, климатологами, ландшафтоведами, почвоведами и основана на свойствах абиотических компонентов экосистем, т. е. характеризует в основном экотоп. Недостаток ее состоит в том, что ядро экосистемы (биоценоз) характеризуется поверхностно.

Функциональная классификация основана на «физиологии экосистемы» - круговороте веществ и потоке энергии с определением таких структурно-функциональных показателей, как общая биомасса, приток и отток веществ, степень использования первичной продукции гетеротрофами, соотношение массы годового опада и многолетней подстилки, а также других параметров, характеризующих функционирование экосистемы.

Существующие на Земле экосистемы разнообразны по размерам (табл. 1.2). Выделяют микроэкосистемы (напр., ствол гниющего дерева, подстилка лишайников на стволе дерева), мезоэкосистемы (лес, луг, степь, небольшой временный водоем и т. д.), макроэкосистемы (континент, океан, крупные болота) и глобальную (биосфера).

1.2. Классификация экосистем по размерам

Микроэкосистемы	Мезоэкосистемы	Макроэкосистемы
Ствол гниющего дерева, муравейник, аквариум, комнатный цветок в горшке	Луг, роща, озеро, поле, ферма, болото	Океан, континент, пустыня, степь, тундра, тайга

Природные и антропогенно преобразованные экосистемы

Агроэкосистемы (агроценозы, сельскохозяйственные экосистемы) – искусственные экосистемы, возникающие в процессе сельскохозяйственной деятельности человека (пашня, сенокосы, пастбища). Агроэкосистемы (сообщество растений и животных) создаются человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. На сегодняшний день они занимают около 36% суши (1,2 млрд га), с которых человечество получает до 90% пищевой энергии. Также как и в природных экосистемах в них имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (птицы, мыши, насекомые и т.д.) и редуценты (грибы, бактерии). В пищевой цепи агроэкосистем обязательным звеном является человек.

Отличия агроценозов от естественных биоценозов:

• небольшое видовое разнообразие (состоит из небольшого числа видов, имеющих высокую численность);

• получение дополнительной энергии от человека (орошение, техника, удобрения, пестициды, мелиорация и т.д.);

• преобладание искусственного отбора (человек отбирает растения и животных, вследствие чего механизмы естественного отбора ослабевают);

• неполный круговорот веществ (часть элементов питания, биогенов, выносится вместе с урожаем);

• короткие пищевые цепи;

• отсутствует саморегуляция (регуляцию осуществляет человек);

• продуктивность агроценозов выше, чем у естественных, но устойчивость ниже и др.