Курсовая. Современное понимание экологии как науки об экосистеме и биосфере. Введение термина экология. Основные законы экологии. Понятие о биосфере
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Энергия в экосистемах. Концепция продуктивности. Трофические уровни. Трофическая структура. Экологические пирамиды.  30% солнечной энергии отражается 46% преобразуется в теплоту 0,8% расходуется на фотосинтез 23% расходуется на испарение воды и образование осадков 0,2% расходуется на энергию ветра, волн, течений. Все живые существа связаны между собой энергетическими отношениями, называемыми пищевыми связями или пищевыми цепями. Пищевая цепь - это механизм передачи органического вещества и накопленной в нём энергии от одного организма к другому/другим. Энергия передается от организма к организму , при этом создается пищевая или трофическая цепь. Автотрофы,продуценты гетеротрофы,консументы. Трофический уровень - место каждого звена в пищевой цепи. Пример: насекомые – лягушки – змеи – хищные птицы; трава – заяц – лиса; листья растений – саранча – ящерица – ястреб. 1 трофический уровень: продуценты (все остальные уровни - консументы) 2 трофический уровень: растительноядные консументы 3 трофический уровень: плотоядные консументы Е затрачивается на поддержание метаболических процессов (больше всего траты на дыхание), на образование тканей, запас питательных веществ. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Значительная часть Е рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме (например: активная мышечная работа). К следующему звену в цепи питания поступает только та энергия, которая заключена в массе предыдущего поедаемого звена. Потеря энергии при переходе на новый уровень составляет 90%. Цепи питания: Пастбищные (цепи выедания): продуценты консументы Детритные (цепи разложения): мертвое органическое вещество мелкие хищники Распространены в лесах, большая часть фитомассы разлагается под действием сапротрофов. Пример: опавшие листья – дождевой червь – дрозд – ястреб; опавшие листья – грибы – гнилостные бактерии. Продуктивность экосистемы – скорость, с которой продуценты усваивают солнечную энергию. В процессе хемосинтеза и фотосинтеза продуценты образуют органическое вещество, которое затем может быть использовано в качестве пищи. Уровни продуктивности: Первичная продукция (органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени) Вторичная продукция (прирост за единицу времени массы консументов) Первичная продукция: Валовая (общая масса валового органического вещества, создаваемая растениями в единицу времени) Чистая (та часть валовой продукции, которая не израсходовалась на дыхание; потребляется редуцентами и консументами) Все живые компоненты экосистемы составляют общую биомассу или живой вес сообщества или его отдельных частей или тех или иных групп организмов. В стабильных сообществах вся продукция тратится в трофических цепях и масса остается неизменной. В 1927г. британский зоолог Чарльз Элтон графически изобразил соотношение между трофическими уровнями в экосистеме в виде экологической пирамиды.  Экологическая пирамида по своей сути - это графическое изображение потерь энергии в цепях питания. Экологическую пирамиду изображают в виде прямоугольников, образующих треугольник. Прямоугольники одинаковы по высоте, но различны по длине. Прямоугольник - трофический уровень. Длина или площадь каждого прямоугольника пропорциональна числу организмов, их биомассе или эквивалентной ей энергии. Длина прямоугольника уменьшается от нижнего уровня к верхнему уменьшается продуктивность на последующих трофических уровнях. Основанием пирамиды служит прямоугольник, соответствующий уровню продуцентов, выше расположены уровни первичных, вторичных и т.д. консументов. Экологические пирамиды: Пирамида чисел (число организмов на каждом уровне) Пирамида биомассы (масса живого вещества – общий сухой вес, калорийность) Пирамида энергии (продукции) – универсальный характер, показывает изменение первичной энергии или продукции на последующих трофических уровнях.   Пояснения: Пирамида чисел - графическая модель распределения численности популяций в трофических цепях, количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшаясь. Пирамида биомассы. В наземных экосистемах действует правило пирамиды масс: сухая масса растений > масса травоядных > масса хищников. Пирамида энергии. Отражает количество энергии, проходящей через каждый трофический уровень за единицу времени. Эта пирамида характеризует скорость прохождения Е пищи по трофическим цепям, и отображают законы расходования Е в пищевых цепях. Классификация экосистем биоты. Пространственная и бытовая структуры экосистем. Пример классификации, основанный на функциональных признаках – деление по количеству и качеству поступающей энергии. Различают 4 фундаментальных типа экосистем, в которых используются 2 источника энергии (солнца и топливо). 1 тип. Природные, движимые солнцем, малосубсидируемые. 2 тип. Природные, движимые солнцем, субсидируемые другими естественными источниками. 3 тип. Природные, движимые солнцем, субсидируемые человеком. 4 тип. Индустриально-городские, движимые топливом. 1 тип. Открытые океаны, высокогорные леса. Получают энергию только от солнца, для них характерна низкая продуктивность и скудное количество энергии. Имеют огромное значение, стабилизируют и поддерживают условия на планете: здесь ежегодно очищаются огромные объемы воздуха, возвращается в оборот вода, формируются климатические условия, поддерживается температура, производится некоторое количество пищи без участия человека. 2 тип. Экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться. Эти системы получают естественные энергетические субсидии в виде энергии приливов, прибоев, течений, поступающих с площади водосбора с дождем и ветром, органических и минеральных веществ (дождевые леса, эстуарии - устья рек, прибрежные бухты, проливы). 3 тип. Наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от солнца, но и от человека в виде энергетических дотаций. Высокая продуктивность этих экосистем поддерживается мышечной энергией и энергией топлива. 4 тип. В индустриальных городах высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Особенности этих экосистем является огромная потребность плотно заселенных городских районов в энергии. Она на 2-3 порядка выше, чем в других типах экосистем. Примером классификации, основанной на структурных признаках можно считать деление систем по биомам. Биом - макросистема, совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности. (Основа классификации этого типа – заметные постоянные макроструктурные черты. В наземных экосистемах таким признаком является растительность, которая отражает особенности организмов, климатических, почвенных и других условий.) В зависимости от природных и климатических условий американский эколог Юджин Одум предложил следующую классификацию по биомам: Природные экосистемы: Наземные биомы тундра арктическая и Альпийская; бореальные хвойные леса или тайга; листопадный лес умеренной зоны; степь умеренной зоны; тропические степи и саванны; чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом); пустыня травянистая и кустарниковая; полувечнозелёный тропический лес (выраженные влажный и сухой сезоны); вечнозеленый тропический дождевой лес; 2.Пресноводные экосистемы или биомы лентические стоячие воды (озера, пруды); латические текучие воды (родники, реки); заболоченные угодья (болота, болотистые леса); 3.Морские экосистемы открытый океан; воды континентального шельфа (прибрежные воды); районы апвелинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством); эстуарии (прибрежные бухты, устья рек, проливы); естественные (природные) рифовые зоны в океане; Наземные биомы выделяют по естественным или исходным чертам растительности, а типы водных экосистем по гидрологическим особенностям. Тундра характеризуется суровыми условиями произрастания, вегетационым периодом в 2-3 месяца, сильными ветрами, малым количеством осадков, сильными ветрами, вечной мерзлотой, отсутствием деревьев, преобладанием мхов и лишайников, подушкообразная и стелющаяся форма растений. Продуктивность значительно ниже, чем у других экосистем. Лесотундра – на границе тундры и хвойных лесов, произрастают деревья, разнообразие птиц и мелких грызунов. Латическая экосистема, есть течение, которое является важным лимитирующим и контролирующим фактором, обмен между водой и сушей значительно более активен, чем в стоячих водоемах, распределение кислорода равномерное и постоянное, т.к. почти отсутствует стратификация, скорость течения влияет на распределение рыб, река – открытая экосистема, в которую поступает с прилегающих пространств огромное количество органического вещества, основа трофических цепей – детритное питание, прослеживается продольная зональность изменение видового состава рыб в разных частях реки. Районы апвелинга (когда с большой глубины поднимается вода, обогащенная биогенами) расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Богаты рыбой и птицей, живущей на островах, развитие планктона. Еще одна классификация: естественные (природные) и антропогенные (искусственные). Антропогенные – агроэкосистемы, морские фермы и огороды, огороды, города, промышленные предприятия, рыборазводные пруды. Табл. 1 Различия природных и антропогенных экосистем
Экосистемы формируются под влиянием природных факторов. Отличаются пространственной и видовой структурой. Пространственная структура обуславливается тем, что недра, почвы, водный бассейн и атмосфера имеют ярусное строение, что в свою очередь влияет на распределение живых организмов в пространстве. Многоярусные сообщества продуктивнее и устойчивее, чем одноярусные. С точки зрения пространственной структуры в природных экосистемах можно выделить 2 яруса: 1- верхний автотрофный ярус или «зелёный пояс» Земли, который включает растения и их части, содержащие хлорофилл. Здесь преобладают фиксация света, использование простых неорганических соединений и накопление солнечной энергии в сложных фотосинтезируемых веществах. 2 ярус – гетеротрофный или «коричневый» пояс Земли. Представлен почвами и донными осадками, в которых преобладают процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных. Наиболее четко ярусность выражена в растительных сообществах. В смешанном лесу можно выделить до 6 ярусов. Деревья первой величины (сосна, ель, береза, дуб, клён) Деревья второй величины (рябина, черёмуха) Подлесок из высоких кустарников (шиповник, боярышник) Подлесок из средних кустарников и крупных трав (багульник, голубика, Иван чай) Низкие кустарники и мелкие травы (клюква) Мхи и надпочвенные лишайники Растения каждого яруса устанавливают свой микроклимат, создают экологическую нишу, возникают группировки растений и животных тесно связанных между собой. Каждая экосистема имеет видовую структуру, то есть характеризуется видовым составом. В лесу состоящем из многих видов растений только 1 или 2 дают максимальный процент древесины. Такие виды, преобладающие по численности называются доминирующими, занимают господствующее положение в экосиситеме. Эдификаторы могут быть в каждой экосистеме, они определяют микроклимат всего сообщества (режим температуры, влажности, освещенности, специфика почвенно-грунтовых условий). Удаление эдификаторов грозит полным разрушением экосистемы (ель, сосна, ковыль, кедр). Малочисленные и редкие виды – второстепенные, но их наличие - залог устойчивого развития экосистемы. Видовая структура экосистем показывает разнообразие видов или биологическое разнообразие. Богатые видами экосистемы: тропические лес, коралловый риф, зрелые сообщества. Бедные видами экосистемы: тундра, степь, пустыня, антропогенные системы (сад, поле), молодые сообщества. Видовое разнообразие связано с разнообразием условий среды. Ни одна экосистема не бывает совсем стабильна, она испытывает изменения во времени, которые имеют последовательный характер. Сукцессия – последовательная во времени, необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории (биотопе) в результате влияния природных или антропогенных факторов. Сукцессия - это направленный и закономерный процесс саморазвития экосистем. (Восстановление леса на месте вырубки - береза—ель) Сукцессия: Первичная - процесс развития экосистем и смены на незаселённых ранее участках. (Постепенное обрастание голой скалы с последующим возникновением на ней леса; заселение песчаного берега озера) Вторичная - восстановление уже существовавшей на данной территории. Носит восстановительный характер. Автотрофная Гетеротрофная Скорость сукцессия различна. Скорость первичных сотни, десятки, десятки тысяч лет. На восстановление сельскохозяйственных угодий - от 35-250 тысяч лет. Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены её состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а такую экосистему климаксовой. В разных абиотических условиях формируются неодинаковые климаксовые экосистемы. Сухой и жаркий климат – пустыня; жаркий и влажный климат - тропический лес. Автотрофная сукцессия - широко распространённое в природе явление, которое начинается в незаселённой среде: формирование леса на брошенных землях или восстановление жизни после извержения вулкана и других природных катаклизмов. Изменения могут быть столь резкими, что ни один из компонентов экосистемы не сохраняется (природный катаклизм). Длительное преобладание автотрофных организмов. Продукции больше, чем трат на дыхание. Гетеротрофная сукцессия характеризуется преобладанием бактерий и встречается тогда, когда земля перенасыщена органическими веществами (например: очистные сооружения; в загрязняемой сточными водами с высоким содержанием органических веществ реке). Медленно и поступательно происходит. Продукции меньше чем трат на дыхание. Среда обитания. Основные экологические факторы. Закон Либиха. Закон Шелфорда. Понятие экологической ниши. Среда обитания- это природное окружение живого организма. Среды обитания: Биотическая среда — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. (Влияние растений и животных на других членов биогеоценоза) Например: разрушение почвы кабанами и кротами, уменьшение численности белок в неурожайные годы. Искусственные (антропогенные) Создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности. (Агроэкосистемы, морские фермы и огороды , космический корабль, экосистема биологических очистных сооружение сухопутные огороды.) Экологические факторы - это любые условия и элементы среды, которые оказывают прямое или косвенное влияние на живой организм или жизнедеятельность организмов. |