План.
1. Введение. Экосистема и экосистемный метод в экологии.
2. Общая структура экосистем.
3. Биотический компонент экосистем.
3.1. Солнце как источник энергии.
4. Пищевые цепи и трофические уровни.
4.1. Первичные продуценты.
4.2. Первичные консументы.
4.3. Консументы второго и третьего порядка.
4.4. Редуценты и детритофаги.
5. Пищевые сети.
6. Экологические пирамиды.
6.1. Пирамиды численности.
6.2. Пирамиды биомассы.
7. Абиотический компонент экосистемы.
7.1. Эдафические факторы.
7.2. Климатические факторы.
7.2.1. Свет.
7.2.2. Температура.
7.2.3. Влажность и соленость.
8. Вывод.
9. Список используемой литературы.
1. Введение. Экосистема и экосистемный метод в экологии.
Впервые определение экосистемы как совокупности живых организмов с их местообитанием было дано Тэнсли в 1935 году. При экосистемном подходе к изучению экологии в центре внимания ученых оказываются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентом экосферы. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов. Вместе с тем в экосистемном подходе находит приложение концепция гомеостаза (саморегуляции), из которой становится понятным, что нарушение регуляторных механизмов, например в результате загрязнения среды, может привести к биологическому дисбалансу. Экосистемный подход важен также при разработке в будущем научно обоснованной практики ведения сельского хозяйства.
2. Общая структура экосистем.
Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых соответственно биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента называется сообществом. Исследование экосистем включает, в частности, выяснение и описание тесных взаимосвязей, существующих между сообществом и абиотическим компонентом.
Биотический компонент полезно подразделить на автотрофные и гетеротрофные организмы. Таким образом, все живые организмы попадут в одну из двух групп. Автотрофы синтезируют необходимые им органические вещества из простых неорганических и делают, за исключением хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике органического вещества и (за исключением некоторых бактерий) используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище. Гетеротрофы в своем существовании зависят от автотрофов, и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем.
Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает 1) почву или воду и 2) климат. Почва и вода содержат смесь неорганических и органических веществ. Свойства почвы зависят от материнской породы, на которой она лежит, и из которой частично образуется. В понятие климата входят такие параметры, как освещенность температура и влажность, в большой степени определяющий видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености.
3. Биотический компонент экосистем
Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ . Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами.
Движущей силой этих круговоротов служит, в конечном счете, энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического, компонента, такие, как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.
Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, таких, как механическая, химическая, тепловая и электрическая энергия. Переход одной формы в другую называется преобразованием энергии.
Таким образом, все живые организмы – это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистемы.
Фактически живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы – они используют свет и химическую энергию.
Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистем.
3.1. Солнце как источник энергии
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Солнце – это звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, примерно 10,5 * 106 кДж/м2 в год, захватывается Землей. Около 40 % этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15 % поглощаются атмосферой (в частности, озоновым слоем в ее верхних частях) и превращаются в тепловую энергию или расходуются на испарение воды. Оставшиеся 45 % поглощаются растениями и земной поверхностью. В среднем это составляет 5 * 106 кДж/м2 в год, хотя реальное количество энергии для данной местности зависит от географической широты. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем. И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы.
4. Пищевые цепи и трофические уровни
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
4.1. Первичные продуценты
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли – часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
4.2. Первичные консументы
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих – это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) – питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
К первичным консументам относятся также паразиты растений (грибы, растения и животные).
4.3. Консументы второго и третьего порядка
Вторичные консументы питаются травоядными; таким образом, это уже плотоядные животные, так же как и третичные консументы, поедающие консументов второго порядка. Консументы второго и третьего порядка могут быть хищниками и охотиться, схватывать и убивать свою жертву, могут питаться падалью или быть паразитами. В последнем случае они по величине меньше своих хозяев. Пищевые цепи паразитов необычны по ряду параметров. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные оказываются крупнее на каждом следующем трофическом уровне:
Растительный материал ( например, нектар) → муха → паук →
→ землеройка → сова
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица
В типичных пищевых цепях, включающих паразитов, последние становятся меньше по размерам на каждом следующем уровне.
4.4. Редуценты и детритофаги (детритные пищевые цепи)
Существуют два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. Выше были приведены примеры пастбищных цепей, в которых первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй – пастбищные животные и третий – хищники. Тела погибших растений и животных еще содержат энергию и «строительный материал», так же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются микроорганизмами, а именно грибами и бактериями, живущими как сапрофиты на органических остатках. Такие организмы называются редуцентами. Они выделяют пищеварительные ферменты на мертвые тела или отходы жизнедеятельности и поглощают продукты их переваривания. Скорость разложения может быть различной. Органические вещества мочи, фекалий и трупов животных потребляются за несколько недель, тогда как упавшие деревья и ветви могут разлагаться многие годы. Очень существенную роль в разложении древесины (и других растительных остатков) играют грибы, которые выделяют фермент целлюлазу, размягчающий древесину, и это дает возможность мелким животным проникать внутрь и поглощать размягченный материал.
Кусочки частично разложившегося материала называют детритом, и многие мелкие животные (детритофаги) питаются им, ускоряя процесс разложения. Поскольку в этом процессе участвуют как истинные редуценты (грибы и бактерии), так и детритофаги (животные), и тех и других иногда называют редуцентами, хотя в действительности этот термин относится только к сапрофитным организмам.
Детритофагами могут в свою очередь питаться более крупные организмы, и тогда создается пищевая цепь другого типа – цепь, цепь, начинающаяся с детрита:
Детрит → детритофаг → хищник
К детритофагам лесных и прибрежных сообществ относятся дождевой червь, мокрица, личинка падальной мухи (лес), полихета, багрянка, голотурия (прибрежная зона).
Приведем две типичные детритные пищевые цепи наших лесов:
Листовая подстилка → Дождевой червь → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник
Мертвое животное → Личинки падальных мух → Травяная лягушка → Обыкновенный уж
Некоторые типичные детритофаги — это дождевые черви, мокрицы, двупарноногие и более мелкие (<0,5 мм) животные, такие, как клещи, ногохвостки, нематоды и черви-энхитреиды.
5. Пищевые сети
В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, т. к. животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных пищевых цепей. Это в особенности относится к хищникам верхних трофических уровней. Некоторые животные питаются как другими животными, так и растениями; их называют всеядными (таков, в частности, и человек). В действительности пищевые цепи переплетаются таким образом, что образуется пищевая (трофическая) сеть. В схеме пищевой сети могут быть показаны только некоторые из многих возможных связей, и она обычно включает лишь одного или двух хищников каждого из верхних трофических уровней. Такие схемы иллюстрируют пищевые связи между организмами в экосистеме и служат основой для количественного изучения экологических пирамид и продуктивности экосистем.
6. Экологические пирамиды.
6.1. Пирамиды численности.
Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для графического представления этих взаимоотношений удобнее использовать не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды. При этом сначала подсчитывают число различных организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням. После таких подсчетов становится очевидным, что численность животных прогрессивно уменьшается при переходе от второго трофического уровня к последующим. Численность растений первого трофического уровня тоже нередко превосходит численность животных, составляющих второй уровень. Это можно отобразить в виде пирамиды численности.
Для удобства количество организмов на данном трофическом уровне может быть представлено в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном объеме, если это водная экосистема). На рисунке показана пирамида численности, отображающая реальную ситуацию в природе. Хищники, расположенные на высшем трофическом уровне, называются конечными хищниками.
Четвертый трофический уровень Третичные консументы
Третий трофический уровень Вторичные консументы
Второй трофический уровень Первичные консументы
Первый трофический Первичные продуценты
уровень
6.2. Пирамиды биомассы.
Неудобств, связанных с использованием пирамид численности, можно избежать путем построения пирамид биомассы, в которых учитывается суммарная масса организмов (биомассы) каждого трофического уровня. Определение биомассы включает не только учет численности, но и взвешивание отдельных особей, так что это более трудоемкий процесс, требующий больше времени и специального оборудования. Таким образом, прямоугольники в пирамидах биомассы отображают массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади или объема.
При отборе образцов — иными словами, в данный момент времени- всегда определяется так называемая биомасса на корню, или урожай на корню. Важно понимать, что эта величина не содержит никакой информации о скорости образования биомассы (продуктивности) или ее потребления; иначе могут возникнуть ошибки по двум причинам:
1. Если скорость потребления биомассы (потеря вследствие поедания) примерно соответствует скорости ее образования, то урожай на корню не обязательно свидетельствует о продуктивности, т.е. о количестве энергии и вещества, переходящих с одного трофического уровня на другой за данный период времени, например за год. Например, на плодородном, интенсивно используемом пастбище урожай трав на корню может быть ниже, а продуктивность выше, чем на менее плодородном, но мало используемом для выпаса.
2. Продуцентом небольших размеров, таким, как водоросли, свойственна высокая скорость возобновления, т.е. высокая скорость роста и размножения, уравновешенная интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и естественной гибелью. Таким образом, хотя биомасса на корню может быть малой по сравнению с крупными продуцентами (например, деревьями), продуктивность может быть не меньшей, так как деревья накапливают биомассу в течение длительного времени. Иными словами, фитопланктон с такой же продуктивностью, как у дерева, будет иметь намного меньшую биомассу, хотя он мог бы поддержать жизнь такой же массы животных. Вообще популяции крупных и долговечных растений и животных обладают меньшей скоростью обновления по сравнению с мелкими и короткоживущими и аккумулируют вещество и энергию в течение более длительного времени. Зоопланктон обладает большей биомассой, чем фитопланктон, которым он питается. Это характерно для планктонных сообществ озер и морей в определенное время года; биомасса фитопланктона превышает биомассу зоопланктона во время весеннего «цветения», но в другие периоды возможно обратное соотношение. Подобных кажущихся аномалий можно избежать, применяя пирамиды энергии.
7. Абиотический компонент экосистемы
Абиотический, т.е. неживой, компонент экосистемы подразделяется на эдафические (почвенные), климатические, топографические и другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений и огня.
7.1. Эдафические факторы.
Наука о почвах называется почвоведением. Уже в ранних работах подчеркивалось значение почвы как источника питательных веществ для растений. Хотя мы включили почву в раздел об абиотических факторах, правильнее считать ее важнейшим связующим звеном между биотическими и абиотическими компонентами наземных экосистем. Почвой называют слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры. В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50-60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15-20%) и вода (25-35%).
Минеральный скелет почвы – это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты, образующие вещество почвенного скелета различны – от валунов и камней до песчаных крупинок и мельчайших частиц глины. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий грунт (частицы менее 2 мм) и более крупные фрагменты. Частицы меньше 1 мкм в диаметре называют коллоидными. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту.
Органическое вещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частей (например, опавших листьев), экскретов и фекалий. Мертвый органический материал используется в пищу совместно детритофагами, которые его поедают и таким образом способствуют его разрушению, и редуцентами (грибами и бактериями), завершающими процесс разложения. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения – аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, — получило название гумуса. Цвет гумуса варьирует от темно-бурого до черного. В химическом плане это очень сложная смесь изменчивого состава, образованная органическими молекулами различных типов; в основном гумус состоит из фенольных соединений, карбоновых кислот и сложных эфиров жирных кислот. Гумус, подобно глине, находится в коллоидном состоянии; отдельные частицы его прочно прилипают к глине и образуют глино-гумусовый комплекс. Также как и глина, гумус обладает большой поверхностью частиц и высокой катионообменной способностью. Эта способность особенно важна для почв с низким содержанием глины. Анионы в гумусе – это карбоксильные и фенольные группы. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, гумус улучшает структуру почвы и ее аэрацию, а также повышает способность удерживать воду и питательные вещества.
7.2. Климатические факторы.
7.2.1. Свет
Свет необходим для жизни, так как это источник энергии для фотосинтеза, однако есть и другие аспекты его воздействия на живые организмы. Интенсивность света, его качество (длина волны, или цвет) и продолжительность освещения (фотопериод) могут оказывать различное влияние.
Необходимость света для растений существенно влияет на структуру сообществ. Распространение водных растений ограничено поверхностными слоями воды. В наземных экосистемах в процессе конкуренции за свет у растений выработались определенные стратегии, например быстрый рост в высоту, использование других растений в качестве опоры, увеличение поверхности листьев.
7.2.2. Температура
Главным источником тепла является солнечное излучение; им могут быть также геотермальные источники, но они играют важную роль только в немногих местообитаниях.
Температура, так же как интенсивность света, в большой мере зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции склона. Однако часто встречаются и узколокальные различия в температуре; это в особенности касается микроместообитаний, обладающих собственным микроклиматом. Растительность тоже оказывает некоторое влияние на температуру. Например, иная температура бывает под пологом леса или в меньшей степени внутри отдельных групп растений, а также под листьями отдельного растения.
7.2.3. Влажность и соленость.
Вода необходима для жизни и может быть важным лимитирующим фактором в наземных экосистемах. Вода поступает из атмосферы в виде осадков: дождя, снега, дождя со снегом, града или росы. В природе происходит непрерывный круговорот воды – гидрологический цикл, от которого зависит распределение ее на поверхности суши. Наземные растения поглощают воду главным образом из почвы. Быстрый дренаж, небольшое количество осадков из почвы, сильное испарение или сочетание всех этих факторов могут приводить к иссушению почв, а при изобилии, напротив, возможно их постоянное переувлажнение. Таким образом, количество воды в почве зависит от водоудерживающей способности самой почвы и от баланса между количеством выпадающих осадков и совместным результатом испарения и транспирации. Испарение происходит как с поверхности влажной растительности, так и с поверхности почвы.
8. Вывод. Рациональное использование экосистем.
«Получение урожая» означает изъятие из экосистемы тех организмов или их частей, которые используются в пищу (или для иных целей). При этом желательно, чтобы экосистема производила пригодную для пищи продукцию наиболее эффективно. Это может быть достигнуто путем повышения урожайности культуры, уменьшения заболеваемости и помех со стороны других организмов или использования культуры, более приспособленной к условиям данной экосистемы.
Изучая продуктивность экосистем, мы имеем дело с потоком энергии, проходящих через ту или иную экосистему. Энергия поступает в биотический компонент экосистемы первичных продуцентов. Скорость накопления энергии первичными продуцентами в форме органического вещества, которое может быть использовано в пищу, называется первичной продукцией. Это важный параметр, так как им определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) животных организмов, которые могут существовать в экосистеме.
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
Экологические системы
Впервые представления об экологических системах сформулированы в 30-е гг. А. Тенсли (1935) . В нашей стране близкое понятие о биогеоценозах сформулировал в 1944 г. В. Н. Сукачев (1880—1967). В наше время под экологическими системами понимают совокупность живых и неживых элементов на определенной территории. Экологические системы состоят из живых организмов (биоценозов) и среды обитания — косной (атмосфера) и бикосной (почва, водоем и т. д.). Они иногда отделены одна от другой, но часто между ними имеются переходы. Примерами экологических систем являются озеро, лесной массив и т. д. От экосистем следует отличать биомы, под которыми, как показано выше, понимают значительные сообщества организмов, приуроченные к определенным географическим районам с их климатическими и почвенными зонами.
Экологические системы являются элементарными единицами биосферы. В то же время они являются элементарными единицами биогеохимической активности, протекающей в биосфере. Любая экологическая система имеет энергетический ввод, через который в нее поступает энергия солнечного света. Световая энергия, поступающая в экосистему через ввод, поддерживает порядок в этой системе, предупреждая повышение энтропии (рис. 213).
Рассмотрим экологическую систему на примере озера (рис. 214). Как и любая экологическая система, озеро состоит из абиотической и биотической частей.
Абиотическая (неживая) часть экосистемы представлена воздухом, почвой, водой, растворенными в воде кислородом, двуокисью углерода, неорганическими солями (фосфаты и хлориды натрия, калия и кальция) и органическими соединениями. Абиотической частью является также температура, свет, ветер и гравитация, которые оказывают влияние на живую часть.
Биотическая (живая) часть озера представлена организмами-производителями (продуцентами), организмами-потребителями (коксумен-тами) и организмами-разрушителями (редуцентами). Организмами-производителями являются автотрофы — прибрежная растительность, водные многоклеточные и одноклеточные плавучие растения (фитопланктон), живущие до глубин, куда еще проникает свет. За счет энергии, поступающей через ввод, организмы-производители в процессе фотосинтеза синтезируют органическое вещество из воды и углекислого газа. Основным показателем мощности экосистемы является ее продуктивность, под которой понимают массу органического вещества в телах организмов-продуцентов. Продуктивность экосистемы зависит от количества света, воды, богатства почвы или воды органическими и минеральными соединениями.
Организмами-потребителями (коксументами) органического вещества служат гетеротрофы, среди которых различают потребителей первого и второго порядка. Первичными потребителями служат травоядные животные, вторичными — плотоядные, которые питаются первичными потребителями. Организмы-разрушители — это бактерии и грибы, которые разлагают «мертвую» протоплазму (органические соединения) клеток погибших организмов-производителей и организмов-потребителей вплоть до низкомолекулярных органических и неорганических соединений. Органические соединения затем используются самими организмами-разрушителями, тогда как неорганические — зелеными растениями. Итак, в экологической системе в процессе ее функционирования происходит круговорот веществ и энергии.
Мы рассмотрели в качестве экологической системы природную систему (озеро), не уделяя внимания участия в ней человека. Однако большинство экологических систем функционирует с участием человека. В связи с этим различают экологию отдельных индивидуумов и сообществ людей.
Экология отдельных индивидуумов заключается в том, что каждый индивидуум должен «подогнать» свою внутреннюю физиологию к меняющимся условиям среды обитания. Индивидуум получает энергию с пищей и расходует ее для обеспечения своих физических и интеллектуальных усилий, метаболических процессов, протекающих в организме, роста и т. д. Благодаря нейрогуморальной регуляции в организме индивидуума поддерживается постоянная температура тела, оптимальные концентрации воды, кислорода, двуокиси углерода, NaCI, углеводов, белков и других важных соединений. Проникновению в организм индивидуума патогенных факторов препятствует кожа, антитела, фагоциты и другие факторы защиты. Органы чувств, нервная система и локомоторные органы позволяют индивидууму обезопасить пищу, найти друзей, избегать врагов, создавать ситуацию, наиболее благоприятную для выживания. Каждый индивидуум способен адаптироваться к измененным климатическим условиям. Все это приводит к тому, что между внутренней физиологией индивидуума и условиями окружающей среды устанавливается динамический эквилибриум .
Однако люди объединены в сообщества. В состав этих сообществ входят также окружающие их растения и животные, которые являются источником пищи и других необходимых материалов для людей. Следовательно, с учетом абиотических факторов экологическую систему, в которой функционирует человек, составляют сообщества людей и среда их обитания. Экологические системы, в которых человек занимает важное место, чрезвычайно разнообразны по размерам, содержанию и организации, что чрезвычайно затрудняет классификацию этих систем. Тем не менее, они являются экологическими системами, в которых центрами являются деревни, города и другие населенные пункты.
Все элементы экологических систем составляют едисоставляют единую совокупность, и это оп ределяется тем, что они объединены между собой так называемыми цепями питания, под которыми понимают передачу от организмовпотребителей заключенной в пище энергии первоначального источника (Солнца) через организмы-потребители (в ряде цепей питания конечным звеном является человек) к организмам-разрушителям.
Важнейшей особенностью цепей питания является то, что их количество в каждой экосистеме ограничено, поскольку в каждом звене каждой цепи питания происходит потеря энергии при ее передаче. В результате этого продукция вещества понижается на каждом звене цепи. Например, 10 000 кг водорослей достаточно для накопления вещества в количестве 1000 кг водных членистоногих, а 10 кг рыбы — для накопления 1 кг вещества человека. Таким образом, пищевая цепь представляется в виде пирамиды, состоящей из нескольких трофических уровней (рис. 215). У основания расположены фотосинтезирующие бактерии, которые являются пищей для следующего уровня, а эти организмы являются пищей для последующего уровня и т. д.
Экосистема — совокупность совместно обитающих организмов и неживых компонентов среды обитания, при взаимодействии которых совершается полный биотический круговорот с участием продуцентов, консументов, редуцентов.
В зависимости от размера различают несколько типов экосистем:
Экосистема, как и биогеоценоз, состоит из двух блоков:
ЭКОСИСТЕМА = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП
Отличительные черты экосистемы и биогеоценоза:
Экосистемы могут быть высокоустойчивыми, сохраняющими свои характерные особенности на протяжении длительного времени, и кратковременными. Все реальные экосистемы, входящие в состав биосферы, являются открытыми, т.е. они обмениваются веществом и энергией.
Основные характеристики экосистемы:
Основные свойства экосистемы:
Классификация природных экосистем: (Ю. Одум)
В основе этой классификации лежат следующие признаки: для наземных экосистем — тип растительности, для пресноводных и морских — соленость воды и характер течений.
Справочная информация: Биом — крупная региональная или субконтинентальная экосистема, характеризующая определенным типом растительности или другими особенностями ландшафта. Апвеллинг — подъем океанических холодных глубинных вод, богатых биогенными веществами. Шельф континентальный — прибрежное морское мелководье, ограниченное береговой линией и глубоким перегибом вглубь морского дна. Наиболее продуктивная часть акватории мирового океана. Средняя глубина 180-200 метров. Гилея — зона экваториальных лесов; влажный тропический лес.
www.ronl.ru
СОДЕРЖАНИЕ
1.ВВЕДЕНИЕ.. 3
2.СТРУКТУРА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ... 4
3.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БАЗОВЫХ НОРМАТИВОВ ПЛАТЫ ЗА ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ... 7
4.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.13
Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.
Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества.
Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос - учение).
По этой причине экологию иногда связывают только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Последнее в основе правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Это составные части единого функционального целого, что и подчеркивается приведенным выше определением экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды.
Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть в связи с тем, что это основополагающее положение часто не доучитывается: экологию сводят только к влиянию среды на организмы. Ошибочность таких положений очевидна, поскольку, как будет показано ниже, именно организмы сформировали современную среду. Им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий на среду, которые происходили и происходят по различным причинам .
В настоящее время термин «экология» существенно трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека в связи с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду.
Сказанное позволяет дополнить определение «экологии» и назвать задачи, которые она призвана решать в настоящее время. Современную экологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека, со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане - это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел (или приобретает) глобальные масштабы - в пределах всей планеты Земля.
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему. Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Термин «экосистема» впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли (1871—1955).
Само же представление об экосистеме возникло значительно раньше. Упоминание об единстве организмов и среды можно найти в самых древних письменных памятниках истории. Однако только в конце XIX в.стали появляться высказывания такого рода, при этом практически одновременно в американской, европейской и русской литературе (К. Мебиус, 1877; С. Форбс, 1877; В. Докучаев, 1886 и др.).
В настоящее время широкое распространение получило следующее определение экосистемы. Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Следует подчеркнуть, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему. А. Тенсли (1935) предложил следующее соотношение:
Экосистема = Биотоп + Биоценоз
В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоэ», предложенный в 1940 г. В. Н. Сукачевым. По его определению, биогеоценоз — «это совокупность на известном 1 протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии». Существует мнение, будто содержание «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается прежде всего ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.
Любую экосистему можно разделить на совокупность организмов и совокупность неживых (абиотических) факторов окружающей природной среды. Совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотоп экосистемы. Пути взаимодействия разных категорий организмов — это ее биотическая структура.С точки зрения трофической структуры (от греч. trophe — питание), экосистему можно разделить на два яруса:
1. Верхний — автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус, или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии счета, использование простых неорганических соединений.
2. Нижний—гетеро-трофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений (рис. 1).
Рис. 1. Общая структура наземной (лугопастбищной) и
водной (озерной или морской) экосистем (по Ю. Одуму, 1986):
I — автотрофы: А — трава; В — фитопланктон. II — растительные животные: А — насекомые и млекопитающие лугопастбищного сообщества; В — зоопланктон в толще воды. III — детритоядные: А — почвенные беспозвоночные на суше; В — донные беспозвоночные в воде. IV — хищники: А — птицы и другие животные на суше; В — рыбы в воде. V — сапротрофы: разлагающие бактерии и грибы
Российская национальная экосистема занимает особое место в планетарной экосистеме прежде всего в силу своего географического положения. Во всем мире природопользование сопряжено с оборотом значительных финансовых средств. Напомним, что рациональное природопользование связано с системой жизнеобеспечения общества и в значительной мере с процессами его жизнедеятельности. В первую очередь это относится к водным объектам и атмосфере. Поскольку большая часть природных ресурсов (горючие ископаемые, минеральное сырье, рудные ресурсы) не возобновляема, управление их потреблением требует использования долгосрочного планирования и поиска альтернативных видов ресурсов искусственного происхождения. Ранее отмечалось, что несоразмерное потребление природных ресурсов растет. Экономическая глобализация превращает эту тенденцию в постоянно действующий фактор, а технологии разработки и применения альтернативных видов природных ресурсов не в состоянии обеспечить их сбалансированное потребление. Поэтому в экологической деятельности вопросы природо Управление природопользованием и охраной окружающей среды базируется на использовании программно-целевых методов распоряжения финансовыми ресурсами, основанных на применении экономико-математического моделирования. В экономике природопользования принято считать, что оптимальный вариант природоохранных мероприятий соответствует минимальной сумме инвестиционных и эксплуатационных расходов, приведенных к годовым затратам с помощью коэффициента дисконтирования. При этом ресурсно-природные платежи подразделяются в зависимости от вида ресурсов и устанавливаются соответствующими федеральными законами Российской Федерации. Рассмотрим основные виды платежей за использование природных ресурсов.
Платежи за землепользование . Плата за пользование землей составляет более 20% всех ресурсно-природных платежей. В настоящее время она осуществляется в форме земельного налога или арендной платы. Земельный налог - это стабильный платеж за единицу земельной площади в год независимо от результатов хозяйственной деятельности собственника земли (землевладельца или землепользователя). Земельный налог исчисляется в соответствии с используемой площадью земельного участка по действующим утвержденным ставкам земельного налога. В зависимости от вида землепользования в России установлены налоги на земли:
• сельскохозяйственного назначения;
• городов и поселков;
mirznanii.com
