Биологическая продуктивность экосистем

Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии.

Биологическая продуктивность – это воспроизведение биомассы растений, микроорганизмов и животных, входящих в состав биогеоценоза.

Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза называется первичной продукцией экосистемы. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы и биомасса живых организмов, которые могут существовать в экосистеме. Делится на: валовую (общее количество созданного органического вещества) и чистую (оставшаяся после расходов на дыхание и корневые выделения).

Первичная продуктивность – скорость, с которой автотрофные организмы (продуценты) в процессе фотосинтеза связывают энергию и запасают ее в форме органического вещества.

Консументы образуют свою биомассу. Биомасса и скорость ее образования консументами - вторичная продукция, т.е. продукция гетеротрофных организмов.

Вторичная продуктивность - скорость образования продукции гетеротрофами.

Кроме первичной и вторичной продукции биоценозов, различают промежуточную (после потребления другими членами биогеоценоза возвращается в круговорот веществ этой же системы) и конечную (исключается из данного биогеоценоза, т.е. выводится за его пределы) продукцию.

Количественные соотношения первичной и вторичной продукции в экосистемах подчиняются правилу пирамиды.

Экологические пирамиды

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения используют экологические пирамиды.

Они выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Экологические пирамиды отражают характеристики любого биоценоза: их высота пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т.е. числу содержащихся в ней трофических уровней; их форма отражает эффективность превращения энергии при переходе с одного уровня на другой.

Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1. пирамида чисел (пирамида Элтона – 1927 г.) – отражает численность организмов на каждом трофическом уровне;

2. пирамида биомассы – отражает пищевые взаимоотношения в экосистеме, в ней учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня;

3. пирамида энергии – отображает связи между организмами на разных трофических уровнях.

В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергии (закон 10 %) – с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень не более 10 % энергии.

В наземных экосистемах действует правило пирамиды биомасс:суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

Пирамиды чисел и пирамиды биомасс не всегда имеют классический вид, только пирамиды накопленной энергии – всегда.

Основные законы и правила экологии

1. закон минимума Ю. Либиха: жизненные возможности организмов и экосистем определяются экологическими факторами, количество и качество которых близки к необходимому минимуму;

2. закон толерантности, или выносливости, В. Шелфорда: лимитирующим фактором процветания организмов (видов) может быть и максимум экологического воздействия. Диапазон между минимумом и максимумом экологического фактора определяет выносливость (толерантность) организмов к нему;

3. закон внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем в их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из них вызывает сопутствующие функционально- структурные количественные и качественные перемены, где происходят такие преобразования;

4. закон константности количества живого вещества биосферы В.И. Вернадского: для данного геологического периода количество живого вещества биосферы - постоянная величина;

5. закон пирамиды энергии Р. Линдемана, или правило 10 %: с одного трофического уровня на другой в среднем переходит 10 % энергии;

6. закон 1 %: изменение энергетики природной системы в среднем на 1 % выводит экосистему из состояния равновесия;

7. закон максимума биогенной энергии Вернадского- Бауэра: биосистемы, находясь в состоянии динамического равновесия с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивают воздействие на среду;

8. закон необратимости эволюции Л. Полло: любой организм, популяция, вид не могут вернуться к состоянию предков;

9. закон сукцессионного замедления: в зрелых стабильно- равновесных экосистемах процессы замедляются;

10. закон равнозначности всех условий жизни: все природные условия среды, необходимые для жизни, равнозначны;

11. закон последовательности прохождения фаз развития: каждая природная экосистема проходит определенные эвоолюционные фазы от простой к сложной;

12. закон физико- химического единства живого вещества В.И. Вернадского: на нашей планете все живое вещество в физико- химическом отношении едино;

13. закон необходимого разнообразия: экосистемы не могут сформироваться из абсолютно одинаковых элементов;

14. правило замещения экологических условий В.В. Алехина: в определенной степени любое условие среды может быть замещено другим;

15. принцип неполноты (неопределенности) информации: информация, необходимая для проведения различных мероприятий по преобразованию природы, недостаточна для априорного суждения о результатах в связи со сложностью и своеобразием экосистем и непредвиденностью некоторых цепных реакций;