Содержание
Введение
1. Биогеоценоз (экосистема) как открытая система
2. Качество природной среды и состояние природных ресурсов мурманской области
Заключение
Список литературы
Введение
Изменения биосферы в результате человеческой деятельности стремительны. Произошел крупный качественный скачок во всех сферах жизнедеятельности людей в производстве, на транспорте, в сфере услуг, военном деле и пр. Человек осваивает территории, некогда недоступные в климатическом и географическом отношении: полярные зоны, высокогорные области.
Развитие человеческого общества во все века было связано с использованием разнообразных ресурсов. Природная среда является местом обитания человека и источником всех благ, необходимых для его жизни и производственной деятельности. Степень использования ресурсов определяется социально-экономическими потребностями общества.
Причем достижения науки и техники создали иллюзию как бы обособленности человека от природы, и даже господства над ней. Однако дело обстоит иначе. Для удовлетворения своих потребностей современный человек нуждается в значительно большем количестве ресурсов, чем раньше. И перед человечеством встают серьезные и сложные проблемы охраны природы.
Несомненно, наиболее сильное и наиболее заметное влияние на состояние окружающей среды оказывают, в первую очередь, промышленность и сельское хозяйство. При этом можно выделить отрасли промышленности, которые оказывают отрицательное воздействие либо на атмосферу (энергетика, нефтепереработка, цветная металлургия), либо на земельные ресурсы (все добывающие отрасли, промышленность стройматериалов), либо загрязняющие внутренние и внешние воды государств (нефтедобыча, целлюлозно-бумажная промышленность и пр.). Отдельные отрасли отрицательно воздействуют на природную среду по всем направлениям, вызывая загрязнение вод, воздуха, почв. Поэтому просто необходимо в современном обществе уделять большое внимание экологической составляющей при размещении, строительстве и дальнейшем развитии любого производства.
Фактически же природные условия и ресурсы являются необходимыми условиям для развития и промышленного и сельскохозяйственного производства. Однако только человеческое общество решает, как и в какой степени, эти ресурсы будут использоваться и что останется после нас грядущим поколениям.
Поставим в данной работе следующие задачи:
– рассмотрим биогеоценоз (экосистему) как открытую систему;
– рассмотрим качество природной среды и состояние природных ресурсов Мурманской области.
1. Биогеоценоз (экосистема) как открытая система
Существует много разных определений термина экосистема, но по сути одно и то же. Согласно Ю. Одуму живые организмы и их неживое окружение, неразделимо связанные друг с другом, постоянно взаимодействующие и совместно функционирующие на данном участке таким образом, что поток энергии создает четко определенные биологические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляют собой экологическую систему – экосистему.[1]
Экосистемой, однако, не является любая часть жизни, взаимодействующая с окружающей средой. Экосистема представляет собой систему сообществ живых организмов и среды их обитания, которые функционируют совместно. Это значит, что круговорот вещества и потоки энергии происходят во взаимной связи всех компонентов живой (биотической) и неживой (абиотической) составляющей системы.
Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли, хотя представления об экосистеме сформировались гораздо раньше. Они были связаны с учением о единстве организма и среды, понятиями биоценоза и геобиоценоза как целостными функциональными образованиями. Эти понятия встречаются в трудах немецкого математика К. Мебиуса (1877), русских ученых – основателя научного почвоведения В.В. Докучаева и создателя учения о лесе Г.Ф. Морозова (1846–1903), позднее эколога В.Н. Сукачева (1944).
К началу ХХ века биологи стали развивать идею о том, что в различных природных сообществах действуют одни и те же закономерности функционирования, независимо от того, какая среда рассматривается: пресноводная, морская или наземная. Ученые пытались использовать для анализа этих закономерностей так называемый холистический подход, т.е. исходили из принципа целостности природных образований.
Позже появилось новое направление, которое можно назвать экологией экосистем. Оно развивалось в связи с разработкой общей теории систем и применением системного анализа. Основоположниками этого нового направления считаются Дж.Е. Хатчинсон, Р. Маргалеф, К. Уатт, В. Пэттен, Г. Одум. Именно такой системный подход обеспечил «прорыв» в экологических исследованиях. Он до сих пор остается основой для анализа экосистем и разработки прогнозов их эволюции.[2]
Обратимся к смыслу понятия «система». Понятие системы – одно из самых общих. Систему можно определить как совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой. То есть любой объект, реальный или мыслимый, целостные свойства которого могут быть представлены как результат взаимодействия образующих его частей, можно считать системой.
Части системы называют элементами системы. Элементы системы могут быть физическими, химическими, биологическими или смешанными.
Структуру системы определяет способ взаимодействия элементов, и, что очень важно, это взаимодействие приводит к возникновению новых свойств системы, ее новых целостных характеристик.
Отличительной чертой любой системы является наличие у нее входа и выхода, причем определенное изменение входной величины влечет за собой некоторое изменение и выходной величины.
Зависимость выходной величины от входной определяется законом поведения системы. В идеальном случае этот закон может быть выражен математическим уравнением, имеющим аналитическое решение. В такое уравнение входит некоторое число постоянных параметров, характеризующих определенные свойства экосистемы.
Любая экосистема является открытой системой, т.е. она должна получать и отдавать энергию. Пределы изменений на входе и выходе сильно варьируют и зависят от многих переменных, например, от размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей), интенсивности обмена (чем он интенсивнее, тем больше приток и отток), сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем больше нарушено равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления), стадии и степени развития системы (молодые системы отличаются от зрелых). Так, например, для обширной, поросшей лесом горной местности перепад между средой на входе и средой на выходе значительно меньше, чем для небольшого ручья.
Внешне разнородные признаки и свойства сообществ, присущие экосистемам разных типов, можно объединить в весьма однородные функции и связи между элементами.
Процессы, протекающие в экосистемах, являются общими для весьма различных организмов – от бактерий до млекопитающих.
Все особи сообщества, будучи связаны с окружающей средой функциональной связью, извлекают из нее вещества и обогащают среду продуктами жизнедеятельности.
Близким или даже аналогичным понятию экосистемы является понятие биоценоз. Соответственно наука, изучающая этот предмет, называется биоценологией.
Термин биоценоз происходит от греческих слов bios– жизнь и koinos
– общий. Впервые он был использован немецким зоологом К. Мебиусом в книге «Устрицы и устричное хозяйство» (1877). Биоценоз – это только живое население, тогда как в экосистему помимо биотической компоненты входит и абиотическая, т.е. неживая. Четкую границу между биоценозом и экосистемой проводят В.Д. Федоров и Т.Г. Гильманов (1980). Согласно их определению, биоценоз – это «совокупность всех популяций биологических видов, принимающих существенное (постоянное или периодическое) участие в функционировании данной экосистемы». Они рассматривают биоценоз как часть экосистемы.[3]
Иногда вместо термина биоценоз употребляют термин сообщество организмов.
Говоря о биоценозе, обычно подчеркивают, что функционирование его осуществляется в определенных условиях среды и ограничивается определенным пространством, которое называют биотопом. Совокупность биоценоза и биотопа называют биогеоценозом.
Согласно определению В.Н. Сукачева (1964), биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. Такое определение, по существу, идентично определению термина «экосистема».[4]
Одно из свойств системы – иерархическая соподчиненность элементов. Так, элементарной единицей в экологии считают организм (особь), совокупность особей образует элементарную подсистему – популяцию, а совокупность популяций, выполняющих функциональную сходную роль в экосистеме, образует следующую подсистему – ассоциацию, или сообщество, совокупность сообществ – биоценоз. Организмы биоценоза в комплексе со средой обитания представляют собой экосистему.
Закономерные сочетания экосистем в пределах определенной территории или акватории, характерной в том или ином отношении (например, геоморфологическом – на суше или гидрологическом – в водной среде), образуют систему более высокого уровня, чем экосистема, – ландшафт.
Деление на ступени – иерархия – во многих случаях является искусственным. Каждый уровень интегрирован, т.е. взаимодействует с другими, и между ними нет резких границ.
Важно, что при переходе на каждый новый уровень у появившихся элементов возникают новые свойства, которые не являются простой суммой свойств предыдущих уровней (принцип эмерджентности).
В соответствии с названными подсистемами различают экологию популяций, экологию сообществ, экологию биоценозов. Отсюда следует, что для понимания целостных свойств экосистем важно изучение связей между образующими ее элементами, которые определяют функционирование экосистемы как единого целого.
Для описания систем используются качественные и количественные критерии и параметры. Структуру экосистемы можно описать, используя различные критерии. Самым простым критерием, с помощью которого можно выделить две главные компоненты экосистемы, является критерий жизни. Используя этот критерий, в экосистеме выделяют две компоненты: живую (биотическую) и неживую (абиотическую). Эти понятия сопоставимы с представлениями о биоценозе как живой и биотопе как неживой частями экосистемы.
Необходимо подчеркнуть, что объектом экологии является именно экосистема, а не сообщество организмов.
Обе компоненты тесно связаны и взаимодействуют друг с другом. Абиотические компоненты лимитируют и регулируют жизнедеятельность и само существование живых организмов. Они находятся как вне, так и внутри живых организмов и образуют постоянный поток между биотической и абиотической компонентами.
Однако такой подход дает, по существу, мало информации, поэтому используют другие критерии, связанные с пространственной характеристикой, а также функционированием экосистем.
В зависимости от выполняемых функций в отношении питания все популяции разделяют на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. Каждый биоценоз в экосистеме включает представителей всех трех трофических групп, хота эти группы состоят из различных популяций организмов и имеют различный видовой состав. Все организмы, выполняющие в экосистеме (биоценозе) одинаковые трофические функции, составляют определенный трофический уровень.
Первый трофический уровень образуют автотрофные организмы (автотрофы). Они создают уровень первичной продукции и являются первичными продуцентами. Именно они утилизируют внешнюю энергию солнца, создают массу органического вещества (биомассу), являются основой существования жизни вообще и биоценоза в частности. К числу первичных продуцентов относятся растения, фотоавтотрофные бактерии, а также некоторые хемосинтезирующие бактерии.
Живые организмы рождаются, растут и развиваются. В ходе этих процессов меняется их биомасса. Под биомассой (обычно обозначается буквой В) понимают массу тела этих организмов. Биомассу выражают в единицах энергии или массы на единицу площади (например, джоули на 1 м или тонны на 1 га).
В сообществах основная доля биомассы обычно приходится на растения – первичные продуценты (автотрофы).
Количество создаваемой автотрофами биомассы называется первичной продукцией (Р). Общее количество биомассы называют при этом валовой продукцией, а прирост биомассы – чистой продукцией. Часть энергии идет на поддержание жизни, дыхание самих растений и теряется для сообщества в виде потерь на дыхание; они составляют 40–70% от валовой продукции. Разница между валовой продукцией и дыханием как раз и составляет чистую продукцию. Таким образом, чистая продукция является скоростью наращивания биомассы, доступной для потребления гетеротрофами.
Скорость образования первичной продукции, т.е. количество биомассы, образующейся в единицу времени, называют биологической продуктивностью (биопродуктивностью) экосистемы. Иногда скорость образования биомассы называют первичной продукцией, но это не совсем правильно, и мы будем придерживаться предыдущей трактовки.
Продуктивность выражают в единицах энергии или вещества, отнесенных к площади за 1 сутки.
В отличие от растений бактерии, грибы и животные не способны строить свое тело из простых химических веществ: им для этого необходимы более сложные органические вещества, богатые энергией. Они получают энергию, питаясь растениями или другими организмами, которые тоже питаются растениями и по характеру питания являются гетеротрофами. Таким образом, они строят свое тело за счет автотрофных организмов, а также организмов, питающихся автотрофами. Их относят к вторичным продуцентам.
Количество биомассы, создаваемой вторичными продуцентами, называют вторичной продукцией. Эту группу организмов объединяют во второй трофический уровень, который представлен консументами. Консументы иногда называют также трансформаторами, гетеротрофами или фаготрофами. Гетеротрофы в основном представлены животными, бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения органических веществ, разложения мертвых тканей. Образующиеся в результате жизнедеятельности гетеротрофов простые неорганические соединения усваиваются автотрофами.
Консументы выделяют различные биологически активные вещества, стимулирующие или угнетающие другие организмы. В этой группе выделяют несколько порядков: консументы первого порядка, второго порядка и т.д.
Третья группа организмов, обеспечивающая в экосистеме функционирование биоценоза, – редуценты. Это группа организмов, разлагающих отходы жизнедеятельности и отмершие организмы до минеральных веществ. Однако минерализация органических веществ осуществляется не только редуцентами (бактериями, простейшими грибами), но и консументами – растениями и животными в процессе метаболизма. Наряду с минеральными солями они выделяют в окружающую среду диоксид углерода и воду, которые являются конечными продуктами метаболизма.
Вклад каждой группы в функционирование экосистемы неравноценен. Например, для полного круговорота веществ в водоеме видовой состав продуцентов и редуцентов не имеет большого значения; для промысловых организмов (их питания, роста и размножения) видовой состав продуцентов может иметь решающее значение. Для человека, использующего водные промысловые организмы, большое значение имеют некоторые консументы.
Организмы разных групп (и таксонов) по-разному реагируют на антропогенное загрязнение среды обитания, т.е. обладают разной чувствительностью к антропогенному воздействию. Редуценты вынуждены перерабатывать не только естественные продукты жизнедеятельности автотрофов и консументов, но и химические вещества, попадающие в экосистему вследствие антропогенных воздействий.
Обычно по мере увеличения количества органического вещества в среде одновременно увеличивается и число организмов, которые его минерализуют, причем этот процесс всегда идет с опозданием. Однако эта закономерность прослеживается не всегда. Если химические вещества обладают токсическими свойствами, редуценты могут не справиться с очисткой от загрязнения, нарушаются процессы самоочищения, что отрицательно сказывается на устойчивости экосистемы и приводит к ее преобразованию.
В зонах загрязнения происходит упрощение трофической структуры, разнообразия типов питания в сообществах, снижается видовое разнообразие. По мере упрощения структуры и увеличения роли эврибионтных видов возрастает биомасса сообществ. Выявлены четкие связи между показателями структуры (индекс разнообразия) и функции водных сообществ: первичной продукцией, биомассой, суммарными тратами на обмен и т.д. Таким образом, соотношение организмов в группах и стабильность экосистем существенно зависят от деятельности человека.
Видовой состав групп продуцентов, консументов и редуцентов может быть различным, что зависит не только от типа экосистемы (например, наземной или водной), географического положения, но и от взаимоотношений организмов.
В экологии известны различные типы взаимоотношений, из которых обычно рассматривают четыре – конкуренция, хищничество, паразитизм и мутуализм. В реальной жизни эти отношения часто имеют смешанный характер. Примером может быть способность многих видов к образованию скоплений.
Скопление – это сосредоточение множества особей в наиболее подходящем для них месте и в самое подходящее время года. К скоплениям приводят миграции животных, синхронность жизненных циклов. Каждая особь тяготеет к «подходящему» местообитанию, в результате в таких местообитаниях скапливается вся популяция. Образование скоплений дает определенные выгоды отдельной особи, может повышать эффективность поисков пищи. Когда птицы в летящей стае выстраиваются надлежащим образом (в «шеренги», «клинья», «уступы» и т.д.), то их крылья благодаря аэродинамическим эффектам увеличивают подъемную силу. То же, по всей вероятности, происходит и со стаей рыб. Вместе с тем действует и механизм отбора, направленный против образования скоплений – как в пространстве, так и во времени. Первостепенный фактор такого отбора – это исчерпание ресурсов и конкуренция.
Конкуренция – это взаимодействие, которое сводится к тому, что один организм потребляет ресурс, который был бы доступен для другого организма и мог им потребляться. Одно живое существо лишает части ресурса другое, которое вследствие этого медленнее растет, оставляет меньшее потомство и имеет больше шансов погибнуть. Лишать друг друга ресурсов могут особи как одного, так и разных видов. Конкуренцию часто рассматривают как взаимодействие, приносящее обоюдный вред.
Напротив, такой тип взаимодействия как мутуализм приносит обоюдную пользу. Особи, которые вступают в подобного рода отношения, растут, размножаются и выживают с большим успехом в присутствии друг друга. Например, взаимодействие типа «чистильщик–клиент» используют некоторые виды рыб (известно 45 видов таких рыб), деревья, муравьи и т.д. К такому типу взаимодействия относится микориза – симбиоз между микроорганизмами (грибами) и древесными растениями, который приводит к ускорению круговорота минеральных элементов.
Мутуализмом считают сельскохозяйственную деятельность человека:
разведение домашних животных и выращивание растений. Планетарная биомасса в значительной мере образована мутуалистами.
Взаимоотношения между видами разных трофических уровней образуют систему трофических цепей (цепей питания).
Между членами трофической цепи складываются сложные отношения, и именно они обеспечивают устойчивость биоценоза, существование и жизнедеятельность популяций и видов.
Совокупность трофических цепей формирует трофическую структуру экосистемы (биоценоза).
Трофические цепи, представленные продуцентами и консументами, рассматривают как особую структурную единицу экосистемы – ее пастбищные цепи (пастбищную составляющую).
Процессы деструкции и минерализации органических веществ образуют так называемые цепи разложения (детритные цепи).
Чем больше видовое разнообразие биоценоза, тем полнее используются ресурсы на каждом трофическом уровне. Часто говорят о полноте биогенного круговорота веществ, связанного с биоразнообразием.
Учитывая тот факт, что большинство животных использует в пищу значительный набор объектов, следует ожидать появления, наряду с вертикальными, горизонтальных пищевых связей, которые также повышают устойчивость биоценозов и экосистемы в целом. Горизонтальные и вертикальные связи образуют пищевые сети. Таким образом, в природе формируются дублирующие механизмы.
Структура различных экосистем, например, наземных и водных, в принципе сходна, хотя видовой состав и количественные характеристики трофических компонентов существенно отличаются.
Популяции, входящие в состав биоценоза, вступают в сложные взаимоотношения, которые не исчерпываются трофическими связями. Пространственная структура биоценоза обусловливает образование топических связей. При этом всякое размещение организмов в пространстве неизбежно приводит к противоречиям: полезности группового существования и издержкам совместной жизни
Каждый вид занимает определенное положение в составе экосистемы и выполняет определенные функции, обеспечивающие стабильность его позиций и стабильность биоценоза и экосистемы в целом. Это положение называют экологической нишей. От количества экологических ниш зависит структура всего биоценоза. Чем разнообразнее абиотические условия среды, тем больше видов осваивают данный биотоп.
2. Качество природной среды и состояние природных ресурсов Мурманской области
Мурманская область входит в Северный экономический район.
Большое значение имеет Мурманский незамерзающий порт, где создан крупный траловый флот, ведущий круглогодичный лов рыбы Он оснащен крупными морозильными рыболовными и средними рефрижераторными траулерами. В настоящее время ставится вопрос о преобразовании порта в свободную экономическую зону.
В условиях становления рыночных отношений и структурной перестройки практически все отрасли промышленности Северного района испытывают острый кризис, выход из которого обеспечат освоение уникальных природных богатств и, несомненно, привлечение иностранных инвестиций.
Перспективы развития Северного района, прежде всего, связаны с освоением уникальных природных ресурсов, созданием крупного нефте- и газодобывающего района на континентальном шельфе Баренцева моря. Для добычи нефти и газа будут построены платформы морской добычи с привлечением инвестиций зарубежных стран, в частности Норвегии. Будет использован и передовой опыт компаний, добывающих нефть и газ в Северном море, в частности, опыт в сооружении платформ. По дну моря будут проложены трубопроводы к побережью.
Перспективы развития Северного района связаны также с освоением месторождений алмазов.
По-прежнему район будет занимать одно из самых важных мест в развитии рыболовства и рыбоперерабатывающей промышленности.
В настоящее время, как и в других районах России, экономика Северного района переживает кризис, спад производства, что вызвано разрывом хозяйственных связей, резким повышением цен на энергоносители, все возрастающими транспортными тарифами, износом производственного оборудования, потерей крупных государственных заказов на продукцию оборонного комплекса.
В условиях становления и развития рыночных отношений важнейшей задачей являются структурная перестройка, конверсия оборонных предприятий, переориентация их на выпуск продукции для отраслей рыночной специализации региона и для населения.
Важнейшей задачей в освоении новых уникальных ресурсов являются бережное отношение к северной ранимой природе, недопущение разрушения экосистемы, разработка и выполнение специальных программных экологических мероприятий по охране природных ресурсов и рационального природопользования.
Не менее важные задачи – реформирование форм собственности во всех сферах экономики района, развитие предпринимательства, создание конкурентной рыночной среды, привлечение инвестиций в развитие перспективных отраслей, всемерное развитие производственной и социальной инфраструктуры.
Несмотря на разрушительный кризис, Европейский Север сохраняет заметное место в экономике страны, в производстве разнообразной продукции лесной промышленности, черных и цветных металлов, продукции горно-химической промышленности и рыболовстве. На его долю, например, приходятся 2/5 производства в России никеля и кобальта, 1/5 – стали, 1/4 – деловой древесины, 1/5 – улова рыбы. Север является единственным поставщиком качественного сырья для суперфосфатной промышленности Европейской части. Велико значение его Морского транспорта во внешнеэкономических связях и освоении богатств Севера и Северо-востока России.[5]
Важнейшими особенностями хозяйственного развития Северного района, помимо наличия значительного ресурсного потенциала, являются обширность территории и растянутость коммуникаций; экстремальность условий хозяйственной деятельности; слабая заселенность; низкий уровень развития инфраструктурных отраслей; высокие производственные и транспортные затраты. Возник ряд экологических проблем (Ладога, Кольский полуостров и др.). Среди этих и других факторов, оказывающих свое прямое воздействие на развитие и размещение производительных сил района, выделяются природно-ресурсные.
Природные ресурсы его отличаются многообразием и уникальностью (топливо, минералы, лес, морепродукты и др.). В отдельных случаях наблюдается территориальная комбинация ископаемого сырья и топлива, гидроэнергии (Кольский полуостров, Тиман), позволяющая проектировать и формировать территориально-производственные комплексы. Многие ресурсы уже вовлечены в хозяйственный оборот.
Специальная комиссия, которая изучала причины загрязнения воздуха в городе Мурманске, добивалась предотвращения сбросов неочищенных вод в Кольский залив, заботилась об охране пресных водоемов и зеленых насаждений, была создана еще в 1973 году.
На современном этапе можно констатировать, что экономические затруднения Мурманской области, развал главнейших предприятий, таких как рыбный порт, рыбокомбинат, привел к значительному улучшению экологической обстановки в городе. Это, прежде всего, заметно по акватории Кольского залива, которая стала значительно чище: уменьшилась концентрация нефтепродуктов. Действует завод по переработке использованной пластмассы. Продолжают строиться объездные дороги, позволяющие сократить проезд грузового автотранспорта через город, что позволит снизить шумовой фон и способствует понижению загрязнения воздуха.
В октябре в краеведческом музее состоялась выставка «Промышленная экология». Пять ведущих предприятий области – «Кольская ГМК», «Оленегорский ГОК», «Ковдорский ГОК», ОАО «Апатит» и Мурманская ТЭЦ – делились проектами, направленными на охрану окружающей среды. На выставке также были представлены материалы Института проблем промышленной экологии Севера.
Заключение
Экосистема – это основная функциональная единица в экологии. В контексте глобальной экологии можно говорить об экосистеме Земли, т.е. о глобальной экосистеме.
В рамках глобальной экологии описание состояния системы и параметров, характеризующих ее свойства, представляет собой очень сложную задачу. Чтобы определить порог устойчивости, границы допустимых воздействий и необратимых изменений, требуется анализ множества параметров и их связей, междисциплинарных знаний и инструментов для такого анализа. Трудность задачи обусловлена уже тем, что ее должен решить сам человек, т.е. элемент этой системы, инициатор и участник ее эволюции.
Как показывает история, в частности, история религии как мировоззрения, такие оценки на каждом этапе развитая человечества существенно изменялась в зависимости от степени понимания законов природы и общества. Оценки состояния современных экосистем, как никогда раньше, кажутся судьбоносными для нашей цивилизации.
Список литературы
1. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. М., 1999.
2. Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Глобальная экология. М., ПРИОР, 2000
3. Региональная экономика. Под ред. Степанова Н.В. – М., 2001.
4. Реймерс Н.Ф. Экология. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М., 1994.
5. Федоров В.Д., Гильманов Т.Г. Экология. М.: Изд-во МГУ, 1980.
[1] Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Глобальная экология. М., ПРИОР, 2000 – с. 23
[2] Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. М., 1999 – с. 5
[3] Реймерс Н.Ф. Экология. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М., 1994 – с. 59
[4] Федоров В.Д., Гильманов Т.Г. Экология. М.: Изд-во МГУ, 1980 – с. 47
[5] Региональная экономика. Под ред. Степанова Н.В. — М., 2001 – с. 79
www.ronl.ru
Экосистема — это совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака: 1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов; 2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие; 3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов. Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня и т.д. Более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем. Важным следствием иерархической организации экосистем является то, что по мере объединения компонентов в более крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства. Наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями, называют эмерджентностью. Основу экосистем составляют живое вещество, характеризующееся биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов. Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения — продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическую структуру экосистем. Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания. Множество отдельных компонентов среды, влияющих на организмы, называется экологическими факторами. По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Абиотические факторы — это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Биотические факторы — это все формы воздействия живых организмов друг на друга. Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком. Антропогенные факторы — это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и др. |
Правомерно вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических и абиотических компонентов, а также факторы среды (такие как солнечная радиация, влажность и температура, атмосферное давление, антропогенные факторы и др.).
Биоту, входящую в состав биогеоценоза, или элементарной экосистемы, принято называть биоценозом (от греч. bios «жизнь», koinos «сообщество»), а пространство, им занятое, — биотопом. Совокупности природных факторов, в свою очередь, определяют и лимитируют развитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и природными факторами составляют экологические условия жизнеобитания.
Основой формирования и функционирования биогеоценозов, а следовательно, и экосистем являются продуценты — растения и микроорганизмы, способные производить из неорганического вещества органическое, используя энергию света или химические реакции.
Продуценты, использующие для продуцирования органического вещества солнечную энергию, называются автотрофами (от греч. avtos «сам», trof «питаться»), а использующие химическую энергию — хемотрофами.
В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеротрофов (от греч. geteros — «разный»). Они используют для формирования своих органов готовое органическое вещество других организмов и продукты их жизнедеятельности.
Гетеротрофностью обладают консументы (от лат. копsymo — «потреблять») — потребители живого органического вещества, к которым относятся фитофаги и зоофаги.
Фитофаги — травоядные (от греч. fitos — «растение», fagos — «пожиратель») или растительноядные.
Зоофаги — хищники, поедающие фитофагов и более мелких хищников.
Симбиотрофы (от греч. simbios — «сожительство») — микроорганизмы и грибы, живущие на корнях растений и вокруг них и получающие часть продуктов фотосинтеза в виде выделяемых корнями органических веществ.
Паразиты — консументы, начиная от вирусов и бактерий (микропаразитов) и заканчивая крупными растениями-паразитами или насекомыми. Паразиты — организмы, обитающие внутри или на поверхности животных или растений, которые питаются за счет организма хозяина, но не съедают его до гибели, а пользуются длительное время.
В естественных экосистемах обеспечивается состояние динамического постоянства баланса: растенияфитофагиохищникипаразиты. Тем не менее колебания численности могут быть значительны.
Сапрофаги — животные, поедающие трупы и экскременты.
www.ronl.ru
Экологическая система(экосистема) – пространственноопределенная совокупностьживых организмов и среды их обитания,объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.
Термин “Экосистема” был введен в экологию английскимботаником А.Тенсли.
Различают водные и наземные экосистемы. При этом в однойприродной зоне встречается множество сходных экосистем – или слитых воднородные комплексы или разделенных другими экосистемами.
В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп,или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими,почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество,или биоценоз – совокупность всех живых организмов,населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членовсообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений,животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представленмногими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (иличасть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматриватьотдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз (биотоп+биоценоз). Биогеоценоз — элементарная наземная экосистема, главная формасуществования природных экосистем. Этот термин ввел В.Н.Сукачев.
Каждая экосистема имеет определенную функциональную структуру.
В каждую экосистему входят группы организмов разных видов,различимые по способу питания:
автотрофы (“самопитающиеся”)
гетеротрофы (“питающиеся другими”).
Консументы –потребители органического вещества живыхорганизмов.
Дитритофаги, илисапрофаги, -организмы,питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных.
Редуценты – бактерии и низшиегрибы – завершаютдеструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ееполной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокисиуглерода, воды и минеральных элементов.
Все названные группы организмов в любой экосистеме тесновзаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии.
Их совместное функционирование не только поддерживаетструктуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние наабиотические компоненты биотопа, обусловливая самоочищение экосистемы,ее среды.
В подавляющем большинстве экосистем осуществляетсяфундаментальный обратимый химический процесс.
Принципиальное различие между потоками вещества и энергии вэкосистеме заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическоевещество, могут многократно участвовать в круговороте веществ, тогда как потокэнергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется толькооднократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапетрансформации энергии значительная ее часть неизбежно теряется, рассеивается ввиде теплоты.
Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза,можно построить пищевые цепи и пищевые сети питания различныхорганизмов. Различают несколько типов пищевых систем:
Пастбищные пищевые цепи (цепи эксплуататоров)
Цепи паразитов
Детритные цепи
Благодаря определенной последовательности пищевых отношенийразличаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии вэкосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Так, первыйтрофический уровень во всех экосистемах образуют продуценты – растения,второй – первичные консументы — фитофаги, третий – вторичныеконсументы — зоофаги и т.д. Совокупность трофических уровней различныхэкосистем моделируется с помощью трофических пирамид численностей, биомасс иэнергий.
Экосистему можно представить в виде диаграммы потокаэнергии. Она существенно зависит от типа экосистемы, исходной биомассыпродуцентов и числа трофических уровней. Для реальных систем характерноветвление потоков энергии.
Вход системы – поток солнечной энергии. Большая ее частьрассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями,преобразуется фотосинтезом в энергию химических связей углеводов и другихорганических веществ. Это валовая первичная продукция (ВПП,брутто-продукция) экосистемы. Часть ее веществ окисляется в процесседыхания растений и освобождает энергию. Эта энергия используется в другихбиохимических процессах в растении и в конечном счете также рассеивается в видетепла. Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливаетприрост биомассы растений – чистую первичную продукцию (ЧПП,нетто-продукцию) экосистемы. Отношение чистой продукции к валовой, т.е.коэффициент эффективности фотосинтеза, зависит от типа растительности.
Суммарная биомасса стабильной экосистемы относительнопостоянна. При переходе от одного трофического уровня к другому часть доступнойэнергии не воспринимается, а часть расходуется на дыхание. В среднем припереходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшаетсяприблизительно в 10 раз (“правило 10%”). Чем длиннее пищевая цепь, тем меньшеостается к ее концу доступной энергии. Поэтому число трофических уровнейникогда не бывает слишком большим. Диаграммы потоков энергии существеннозависят от типа экосистемы, исходной биомассы продуцентов и числа трофических уровней.
В природныхэкосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Онивызываются разными причинами.
Кратковременные – погодными условиями и биотическимивоздействиями, сезонные – большим годовым ходом температуры. От года к году –различными случайными сочетаниями абиотических и биотических факторов. Однаковсе эти колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят заграницы устойчивости экосистемы. Такое состояние экосистемы носит название климаксного.
Климаксные сообщества характеризуются устойчивым динамическимравновесием между биотическими потенциалами входящих в сообщество популяций исопротивлением среды.
Геомеостаз экосистемы – постоянство важнейшихэкологических параметров.
Стремясь поддержать постоянство экосистемы, тем не менее,способны к изменениям, к развитию, к переходу от более простых к более сложнымформам. Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта подвлиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определеннымпоследовательным изменениям состояния биогеоценозов местности – сукцессиям. (Различаютпервичную и вторичную сукцессии).
Первичная сукцессия — постепенное заселение организмамипоявившейся девственной суши, оголенной материнской породы.
Вторичные сукцессии имеют характер постепенного восстановлениясвойственного данной местности сообщества после нанесенных повреждений.Сукцессии происходят путем замещения одних видов другими.
Развитие экосистем не сводится к сукцессиям. В отсутствиенарушений среды незначительные, но стойкие отклонения от единицы приводят кизменению соотношения между автотрофами и гетеротрофами, постепенно увеличиваютбиологическое разнообразие и относительное значение детритных цепей вкруговороте веществ, так что вся продукция используется полностью. Человекуудается снимать высокие урожаи биомассы только на начальных фазах сукцессий илиразвития искусственных экосистем с преобладанием монокультуры, когданетто-продукция велика.
“Правило 10%” (правило пирамиды энергий Р.Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамидыпереходит на другой, более высокий ее уровень (по “лестнице” продуцент –консументы), в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень энергии.
“Правило 1%”: для биосферы в целом доля возможного потребления чистой первичнойпродукции (на уровне консументов высших порядков) не превышает 1%.
Список литературы:
1.Акимова Т.А., Хаскин В.В.Экология: Учебник для вузов. –
М.:ЮНИТИ, 1998г.- 455 с.
2.Методические указания кпрактическим занятиям и самостоятельной работе.
3.Одум Ю. Экология -М.:Мир, 1986.
www.ronl.ru
