Все живые организмы обитают на Земле не изолированно друг от друга, а образуя сообщества. В них все взаимосвязано между собой, как живые организмы, так и Такое образование в природе носит название экосистемы, которая живет по своим определенным законам и обладает конкретными признаками и качествами, с которыми мы попытаемся познакомиться.
Есть такая наука, как экология, которая занимается изучением Но данные отношения могут осуществляться только в рамках определенной экосистемы и происходить не спонтанно и хаотично, а согласно некоторым законам.
Виды экосистем бывают разные, но все они представляют собой совокупность живых организмов, которые взаимодействуют между собой и с окружающей средой путем обмена веществами, энергией и информацией. Именно поэтому, экосистема остается стабильной и устойчивой на протяжении длительного периода времени.
Несмотря на большое разнообразие экосистем, все они являются открытыми, без этого их существование было бы невозможно. Виды экосистем разные, и классификация может быть различной. Если иметь в виду происхождение, то экосистемы бывают:
2. Искусственные экосистемы. Созданы руками человека, и существовать могут только при его участии. Они также подразделяются на:
Другая классификация выделяет следующие виды природных экосистем:
1. Наземные:
2. Пресноводные экосистемы:
3. Морские экосистемы:
Независимо от классификации можно видеть разнообразие видов экосистемы, которое характеризуется своим набором жизненных форм и численным составом.
Понятие экосистема можно отнести как к природным образованиям, так и к искусственно созданным человеком. Если говорить про естественные, то для них характерны следующие признаки:
Весь окружающий мир представлен различными экосистемами, в основе которых лежит живое вещество с определенной структурой.
Даже если экосистемы отличаются между собой видовым разнообразием, обилием живых организмов, их жизненными формами, но биотическая структура в любой из них все равно одинакова.
Любые виды экосистем включают в себя одни и те же компоненты, без их наличия функционирование системы просто невозможно.
К первой группе организмов относятся все растения, которые способны к процессу фотосинтеза. Они продуцируют органические вещества. К этой же группе относятся и хемотрофы, которые образуют органические соединения. Но только для этого используют не солнечную энергию, а энергию химических соединений.
К консументам относятся все организмы, которым для построения своего тела необходимо поступление органических веществ извне. Сюда можно отнести всех растительноядных организмов, хищников и всеядных животных.
Редуценты, к которым можно отнести бактерии, грибы, превращают остатки растений и животных в неорганические соединения, пригодные для использования живыми организмами.
Самая большая биологическая система - это биосфера, она, в свою очередь состоит из отдельных компонентов. Можно составить такую цепочку: вид-популяция - экосистема. Самая маленькая единица, входящая в экосистемы, - это вид. В каждом биогеоценозе количество их может варьировать от нескольких десятков до сотен и тысяч.
Независимо от числа особей и отдельных видов в любой экосистеме происходит постоянный обмен веществом, энергией не только между собой, но и с окружающей средой.
Если говорить об обмене энергией, то здесь вполне можно применить законы физики. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не исчезает бесследно. Она только превращается из одного вида в другой. Согласно второму закону, в замкнутой системе энергия может только увеличиваться.
Если физические законы применить к экосистемам, то можно прийти к заключению, что поддерживают свою жизнедеятельность они благодаря наличию солнечной энергии, которую организмы способны не только улавливать, но и преобразовывать, использовать, а потом отдавать в окружающую среду.
Энергия передается от одного трофического уровня другому, во время передачи происходит превращение одного вида энергии в другой. Часть ее, конечно же, теряется в виде тепла.
Какие бы ни существовали виды природных экосистем, но такие законы действуют абсолютно в каждой.
Если рассмотреть любую экосистему, то в ней обязательно можно видеть, что различные категории, например продуценты, консументы и редуценты, всегда представлены целым набором видов. Природой предусмотрено, если вдруг что-то случится с одним из видов, то от этого экосистема не погибнет, его всегда с успехом может заменить другой. Этим и объясняется устойчивость природных экосистем.
Большое разнообразие видов в экосистеме, разнообразие обеспечивают устойчивость всех процессов, которые осуществляются внутри сообщества.
Кроме этого, в любой системе действуют свои законы, которым подчиняются все живые организмы. Исходя из этого, можно выделить несколько структур внутри биогеоценоза:
Любая структура в обязательном порядке присутствует в любой экосистеме, но она может существенно отличаться. Например, если сравнить биогеоценоз пустыни и тропического леса, разница видна невооруженным глазом.
Такие системы создаются руками человека. Несмотря на то что в них, как и в природных, в обязательном порядке присутствуют все компоненты биотической структуры, все же имеются существенные отличия. Среди них можно назвать следующие:
Можно сделать вывод, что искусственные экосистемы не принадлежат к устойчивым и саморегулирующимся системам. Если человек перестанет за ними ухаживать, они не выживут. Постепенно дикорастущие виды вытеснят культурные растения, и агроценоз будет разрушен.
Например, искусственная экосистема из трех видов организмов легко может быть создана в домашних условиях. Если поставить аквариум, налить в него воды, поместить несколько веточек элодеи и поселить две рыбки, вот вам искусственная система готова. Даже такая простая не сможет существовать без вмешательства человека.
Если говорить глобально, то все живые организмы распределены по экосистемам, поэтому их важность сложно недооценить.
Любую экосистему очень легко разрушить, тем более учитывая возможности человека.
С момента появления человека его влияние на природу увеличивалось с каждым годом. Развиваясь, человек возомнил себя царем природы, стал не задумываясь уничтожать растения и животных, разрушать природные экосистемы, тем самым стал рубить сук, на котором сидит сам.
Вмешиваясь в вековые экосистемы и нарушая законы существования организмов, человек привел к тому, что уже все экологи мира кричат в один голос, что наступил мировой Большинство ученых уверены, что природные катаклизмы, которые в последнее время стали происходить все чаще, являются ответом природы на бездумное вмешательство человека в ее законы. Пора остановиться и задуматься, что любые виды экосистем формировались веками, задолго до появления человека, и прекрасно существовали без него. А вот человечество сможет прожить без природы? Ответ напрашивается сам собой.
Экосистемы - это единые природные комплексы, которые образованы совокупностью живых организмов и среды их обитания. Изучением этих формирований занимается наука экология.
Термин «экосистема» появился в 1935 г. Использовать его предложил английский эколог А. Тенсли. Природный или природно-антропогенный комплекс, в котором как живые, так и косвенные составляющие находятся в тесной взаимосвязи посредством обмена веществ и распределения потока энергии - все это входит в понятие «экосистема». Виды экосистем при этом бывают различными. Эти основные функциональные единицы биосферы подразделяет на отдельные группы и изучает экологическая наука.
На нашей планете существуют различные экосистемы. Виды экосистем классифицируются определенным образом. Однако связать воедино все многообразие этих единиц биосферы невозможно. Именно поэтому существует несколько классификаций экологических систем. Например, разграничивают их по происхождению. Это:
Природные комплексы, существующие без участия человека, имеют свою внутреннюю классификацию. Существуют следующие виды естественных экосистем по энергетическому признаку:
Находящиеся в полной зависимости от солнечного излучения;
Получающие энергию не только от небесного светила, но и от других естественных источников.
Первый из этих двух видов экосистем является малопродуктивным. Тем не менее такие природные комплексы крайне важны для нашей планеты, поскольку существуют на огромных площадях и влияют на формирование климата, очищают большие объемы атмосферы и т.д.
Природные комплексы, получающие энергию от нескольких источников, являются наиболее продуктивными.
Различны и антропогенные экосистемы. Виды экосистем, входящих в эту группу, включают в себя:
Агроэкосистемы, появляющиеся как результат ведения человеком сельского хозяйства;
Техноэкосистемы, возникающие в результате развития промышленности;
Урбаноэкосистемы, являющиеся результатом создания поселений.
Все это виды антропогенных экосистем, созданных при непосредственном участии человека.
Типы и виды экосистем природного происхождения бывают различными. Причем экологи выделяют их исходя из климатических и природных условий их существования. Так, различают три группы и целый ряд разнообразных единиц биосферы.
Основные виды экосистем природного происхождения:
Наземная;
Пресноводная;
Морская.
Многообразие видов экосистем наземного типа включает в себя:
Арктическую и альпийскую тундру;
Хвойные бореальные леса;
Листопадные массивы умеренной зоны;
Саванны и тропические злаковники;
Чапарали, являющиеся районами с засушливым летом и дождливой зимой;
Пустыни (как кустарниковые, так и травянистые);
Полувечнозеленые тропические леса, расположенные в районах с ярко выраженными сухими и влажными сезонами;
Тропические вечнозеленые дождевые леса.
Кроме основных видов экосистем существуют и переходные. Это лесотундры, полупустыни и т. д.
По какому принципу размещаются на нашей планете различные природные экосистемы? Виды экосистем естественного происхождения находятся в той или иной зоне в зависимости от количества осадков и температуры воздуха. Известно, что климат в различных уголках земного шара имеет существенные различия. При этом неодинакова и годовая сумма выпадающих осадков. Она может находиться в пределах от 0 до 250 и более миллиметров. При этом осадки выпадают либо равномерно в течение всех сезонов, либо приходятся в основной доле на определенный влажный период. Разнится на нашей планете и среднегодовая температура. Она может иметь значения от отрицательных величин или достигать тридцати восьми градусов тепла. Различно и постоянство нагрева воздушных масс. Оно может как не иметь существенных отличий в течение года, как, например, у экватора, так и постоянно меняться.
Разнообразие видов природных экосистем наземной группы приводит к тому, что каждая из них обладает своими отличительными особенностями. Так, в тундрах, которые находятся к северу от тайги, наблюдается очень холодный климат. Для этой местности характерны отрицательная среднегодовая температура и смена полярного дня и ночи. Лето в этих краях длится всего несколько недель. При этом земля успевает оттаять на небольшую метровую глубину. Осадки в тундре выпадают менее чем на 200-300 миллиметров в течение года. Из-за таких климатических условий эти земли бедны растительностью, представленной медленно растущими лишайниками, мхом, а также карликовыми или стелющимися кустарниками брусники и черники. Временами можно встретить
Не отличается богатством и животный мир. Он представлен северными оленями, мелкими роющими млекопитающими, а также такими хищниками, как горностай, песец и ласка. Мир птиц представлен полярной совой, пуночкой и ржанкой. Насекомые в тундре в большинстве своем - виды двукрылых. Тундровая экосистема весьма ранима из-за плохой способности к восстановлению.
Большим разнообразием отличается тайга, расположенная в северных районах Америки и Евразии. Для этой экосистемы характерна холодная и долгая зима и многочисленные осадки в виде снега. Растительный мир представлен вечнозелеными хвойными массивами, в которых растет пихта и ель, сосна и лиственница. Представители животного мира - лоси и барсуки, медведи и белки, соболя и росомахи, волки и рыси, лисы и норки. Для тайги характерно наличие множества озер и болот.
Широколиственными лесами представлены следующие экосистемы. Виды экосистем этого типа находятся на востоке США, в Восточной Азии и в Западной Европе. Это зона сезонного климата, где температура зимой опускается ниже нулевой отметки, а в течение года выпадает от 750 до 1500 мм осадков. Растительный мир такой экосистемы представлен такими широколиственными деревьями, как бук и дуб, ясень и липа. Есть здесь кустарники и мощный травяной слой. Животный мир представлен медведями и лосями, лисицами и рысями, белками и землеройками. Обитают в такой экосистеме совы и дятлы, дрозды и соколы.
Степные умеренные зоны находятся в Евразии и Северной Америке. Их аналогами являются туссоки в Новой Зеландии, а также пампасы в Южной Америке. Климат в этих районах отличается сезонностью. В летний период воздух нагревается от умеренно теплых значений до весьма высоких. Зимние температуры отрицательны. В течение года здесь наблюдается от 250 до 750 миллиметров осадков. Растительный мир степей представлен в основном дерновинными злаками. Среди животных встречаются бизоны и антилопы, сайгаки и суслики, кролики и сурки, волки и гиены.
Чапарали располагаются в Средиземноморье, а также в Калифорнии, Грузии, Мексике и на южных берегах Австралии. Это зоны мягкого умеренного климата, где выпадает от 500 до 700 миллиметров осадков в течение года. Из растительности здесь имеются кустарники и деревья с вечнозелеными жесткими листиками, такие как дикая фисташка, лавр и др.
Такие экологические системы, как саванны, располагаются в Восточной и Центральной Африке, Южной Америке и в Австралии. Значительная их часть находится в Южной Индии. Это зоны жаркого и сухого климата, где в течение года выпадает от 250 до 750 мм осадков. Растительность в основном - злаковая травянистая, только кое-где встречаются редкие листопадные деревья (пальмы, баобабы и акации). Животный мир представлен зебрами и антилопами, носорогами и жирафами, леопардами и львами, грифами и т. д. Много в этих краях кровососущих насекомых, таких как муха цеце.
Пустыни встречаются в некоторых районах Африки, на севере Мексики и т. д. Климат здесь сухой, с выпадением осадков менее 250 мм в год. Дни в пустынях жаркие, а ночи холодные. Растительность представлена кактусами и редкостойными кустарниками с обширными корневыми системами. Среди представителей животного мира распространены суслики и тушканчики, антилопы и волки. Это хрупкая экосистема, легко разрушающаяся под воздействием водной и ветровой эрозии.
Полувечнозеленые тропические листопадные леса встречаются в Центральной Америке и Азии. В этих зонах наблюдается сменность сухого и влажного сезонов. Среднегодовое количество осадков - от 800 до 1300 мм. Тропические леса населяет богатый животный мир.
Дождевые тропические вечнозеленые леса находятся во многих уголках нашей планеты. Есть они в Центральной Америке, на севере Южной Америки, в центральной и западной части экваториальной Африки, в прибрежных районах северо-западной Австралии, а также на островах Тихого и Индийского океанов. Теплые климатические условия в этих краях не отличаются сезонностью. Обильные осадки превышают предел в 2500 мм в течение года. Эта система отличается огромным разнообразием растительного и животного мира.
Существующие природные комплексы, как правило, не имеют каких-либо четких границ. Между ними обязательно находится переходная зона. В ней не только происходит взаимодействие популяций разных видов экосистем, но и встречаются особые виды живых организмов. Таким образом, переходная зона включает в себя большее разнообразие представителей фауны и флоры, чем близлежащие к ней территории.
Данные единицы биосферы могут существовать в пресных водоемах и морях. К первым из них относятся такие экосистемы, как:
Лентические - это водохранилища, то есть стоячие воды;
Лотические, представленные ручьями, реками, родниками;
Области апвеллинга, где осуществляется продуктивное рыболовство;
Проливы, бухты, лиманы, являющиеся эстуариями;
Глубоководные зоны рифов.
Экологи различают большое разнообразие видов природных экосистем. Тем не менее существование каждой из них происходит по одной и той же схеме. Для того чтобы наиболее глубоко понять взаимодействие всех живых и неживых существ в единице биосферы, рассмотрим вид Все проживающие здесь микроорганизмы и животные оказывают непосредственное влияние на химический состав воздуха и почвы.
Луг - это равновесная система, включающая в себя различные элементы. Одни из них - макропродуценты, которыми является травянистая растительность, создают органическую продукцию этого наземного сообщества. Далее жизнь природного комплекса осуществляется за счет биологической пищевой цепочки. Растительные животные или первичные консументы питаются луговыми травами и их частями. Это такие представители фауны, как крупные травоядные и насекомые, грызуны и многие виды беспозвоночных (суслик и заяц, куропатка и т. д.).
Первичные консументы идут в пищу вторичным, к которым относят плотоядных птиц и млекопитающих (волк, сова, ястреб, лисица и т. д.). Далее к работе подключаются редуценты. Без них невозможно полное описание экосистемы. Виды многих грибов и бактерий и являются этими элементами в природном комплексе. Редуценты разлагают органические продукты до минерального состояния. Если температурные условия благоприятны, то растительные остатки и мертвые животные быстро распадаются на простые соединения. Некоторые из этих компонентов содержат в своем составе элементы питания, которые выщелачиваются и используются повторно. Более устойчивая часть органических остатков (гумус, целлюлоза и т. д.) разлагается медленнее, питая растительный мир.
Рассмотренные выше природные комплексы способны существовать без какого-либо вмешательства человека. Совсем по-другому обстоит дело в антропогенных экосистемах. Их связи работают только при непосредственном участии человека. К примеру, агроэкосистема. Основным условием ее существования является не только использование солнечной энергии, но и поступление "дотаций" в виде своеобразного горючего.
Частично эта система похожа на природную. Сходство с естественным комплексом наблюдается во время роста и развития растений, происходящего за счет энергии Солнца. Однако ведение сельского хозяйства невозможно без подготовки почвенного слоя и уборки урожая. А эти процессы требуют энергетических субсидий человеческого общества.
К какому виду экосистем относится город? Это антропогенный комплекс, в котором большое значение имеет энергия топлива. Ее расход по сравнению с потоком солнечных лучей выше в два-три раза. Город можно сравнить с глубоководными или пещерными экосистемами. Ведь существование именно этих биогеоценозов во многом зависит от поступления веществ и энергии извне.
Городские экосистемы возникли в результате исторического процесса, именуемого урбанизацией. Под его влиянием население стран покидало сельские местности, создавая большие поселения. Постепенно города все больше и больше усиливали свою роль в развитии общества. При этом для улучшения жизни человек сам создал сложную урбанистическую систему. Это привело к некоторому отрыву городов от природы и нарушению существующих естественных комплексов. Систему населенного пункта можно назвать урбанистической. Однако по мере развития промышленности все несколько изменилось. К какому виду экосистем относится город, на территории которого работает завод или фабрика? Скорее, ее можно назвать промышленно-урбанистической. Этот комплекс состоит из жилых зон и территорий, на которых располагаются объекты, производящие разнообразную продукцию. Экосистема города отличается от природной более обильным и, кроме того, ядовитым потоком различных отходов.
Для того чтобы улучшить среду своего обитания, человек создает вокруг своих населенных пунктов так называемые зеленые пояса. Они состоят из травяных газонов и кустарников, деревьев и прудов. Эти небольшие по размеру природные экосистемы создают органическую продукцию, которая не играет особой роли в городской жизни. Для существования людям нужны пища, горючее, вода и электричество извне.
Процесс урбанизации значительно изменил жизнь нашей планеты. Воздействие искусственно созданной антропогенной системы в большой степени изменило природу на обширных территориях Земли. При этом город влияет не только на те зоны, где находятся сами архитектурно-строительные объекты. Он воздействует на огромные территории и за своими пределами. К примеру, при увеличении спроса на продукцию деревообрабатывающей промышленности человек вырубает лесные массивы.
В процессе функционирования города в атмосферу попадает множество разнообразных веществ. Они загрязняют воздух и изменяют климатические условия. В городах выше облачность и меньше солнечного света, больше тумана и мороси, а также немного теплее, чем в близлежащей сельской местности.
Выполнил: Калинин А. Н.
Проверил: Крюкова Н. С.
Советский 2011
Оглавление
Задание
№1
3
Задание
№2
8
Задание
№3
12
СПИСОК
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
20
Экологические сообщества. Видовая и пространственная структура экосистем .
Экосистема
– биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
Биоценоз
– это организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущая совместно в одних и тех же условиях среды.
Биосфера
– оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.
2. Заполните таблицу.
Экологические сообщества
3. Какие признаки лежат в основе классификации экосистем?
При классификации наземных экосистем обычно используют признаки растительных сообществ (составляющих основу экосистем) и климатические (зональные) признаки. Так, выделяются определенные типы экосистем, например тундра лишайниковая, тундра моховая, лес хвойный (еловый, сосновый), лес лиственный (березняк), лес дождевой (тропический), степь, кустарники (ивняк), болото травянистое, болото сфагновое. Часто в основу классификации природных экосистем кладут характерные экологические признаки местообитаний, выделяя сообщества морских побережий или шельфа, озер или прудов, пойменные или суходольные луга, каменистые или песчаные пустыни, горные леса, эстуарии (устья больших рек) и др.
4. Заполните таблицу.
Сравнительная характеристика естественных и искусственных экосистем
5. Каково значение агробиоценозов в жизни человека?
Агробиоценозы дают человечеству около 90% пищевой энергии
.
6. Перечислите основные направления деятельности, предпринимаемые для улучшения состояния экологических систем городов.
Озеленение города: создание парков, скверов, зеленых массивов, цветников, клумб, зеленых массивов вокруг промышленных предприятий. Соблюдение принципов равномерности и непрерывности в размещении зеленых насаждений.
7. Что понимают под структурой сообщества?
Это соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве, в пищевой, или трофической сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.
8. Заполните таблицу.
Структура сообществ
Пищевые связи, круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах
1. Дайте определение понятий.
Пищевая цепь
– ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища - потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю).
Пищевая сеть
– схема всех пищевых (трофических) связей между видами сообщества.
Трофический уровень
– это совокупность организмов, которые, в зависимости от способа их питания и вида корма, составляют определенное звено пищевой цепи.
2. Чем пастбищные цепи отличаются от детритных?
В пастбищной цепи поток энергии идет от растений через травоядных животных к хищным животным. Поток энергии, идущий от мертвого органического вещества и проходящий через систему разлагателей, называется детритной цепью.
3. Заполните таблицу.
Трофические уровни экосистемы
4. В чем заключается сущность круговорота веществ в экосистеме?
Энергия не может передаваться по замкнутому кругу, она расходуется, превращаясь в энергию химических связей и тепло. Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулирую между живыми организмами и окружающей средой.
5. Выполните практическую работу.
1.Составление схем передачи веществ и энергии (цепочка питания)
Назовите организмы, которые должны быть на пропущенных местах в следующих пищевых цепях.
2.Из предложенного списка организмов составьте детритную и пастбищную трофические сети: трава, ягодный кустарник, муха, синица, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик.
6. Что ограничивает длину каждой пищевой цепи в экосистеме?
Живые организмы, поедая представителей предыдущего уровня, получают запасенную в его клетках и тканях энергию. Значительную часть этой энергии (до 90 %) он расходует на движение, дыхание, нагревание тела и т.д. и только 10 % накапливает в своем теле виде белков (мышцы), жиров (жировая ткань). Таким образом, на следующий уровень передается только 10% энергии, накопленной предыдущим уровнем. Именно поэтому пищевые цепи не могут быть очень длинными.
7. Что понимают под экологическими пирамидами? Какие виды их различают?
Это способ графического отображения соотношения различных трофических уровней в экосистеме. Может быть трех типов:
1) пирамида численности - отражает численность организмов на каждом трофическом уровне;
2) пирамида биомассы - отражает биомассу каждого трофического уровня;
3) пирамида энергии - показывает количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень в течение определенного промежутка времени.
8. Может ли экологическая пирамида быть перевернутой основанием вверх? Ответ подкрепите конкретным примером.
Если скорость воспроизводства популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства. По этой причине пирамиды численности или биомассы могут быть перевернутыми, т. е. низкие трофические уровни могут иметь меньше плотность и биомассу, чем более высокие.
Например:
1) На одном дереве могут жить и кормиться множество насекомых.
2) Перевернутая пирамида биомассы свойственна морским экосистемам, где первичные продуценты (фитопланктонные водоросли) очень быстро делятся, а их потребители (зоопланктонные ракообразные) гораздо крупнее, но размножаются значительно медленнее. Морские позвоночные имеют еще большую массу и длительный цикл воспроизводства.
9. Решите экологические задачи.
Задача 1. Рассчитайте количество планктона (в кг), необходимое для того, чтобы в море вырос дельфин массой 350 кг.
Решение.
Дельфин, питаясь хищными рыбами, накопил в своем теле только 10% от общей массы пищи, зная, что он весит 350 кг, составим пропорцию.
350кг – 10%,
Х – 100%.
Найдем чему равен Х. Х=3500 кг. (хищные рыбы). Этот вес составляет только 10% от массы нехищных рыб, которой они питались. Снова составим пропорцию.
3500кг – 10%
Х – 100%
Х=35 000 кг (масса нехищных рыб)
Сколько же им пришлось съесть планктона, для того чтобы иметь такой вес? Составим пропорцию.
35 000 кг.- 10%
Х =100%
Х = 350 000 кг
Ответ: Для того что бы вырос дельфин массой 350 кг, необходимо 350 000 кг планктона.
Задача 2. В результате проведенного исследования выяснилось, что после истребления хищных птиц численность пернатой дичи, уничтожаемой ими ранее, сначала быстро растет, но затем стремительно падает. Чем можно объяснить эту закономерность?
Ответ: Для ответа на этот вопрос необходимо учитывать следующие положения: «бесконтрольное» увеличение численности пернатой дичи приводит к истощению кормовой базы, ослаблению устойчивости организмов птиц к болезням, быстрому распространению инфекции, вырождению, уменьшению плодовитости и массовой гибели птиц от болезней.
Задача 3. В сосуд с планктонными водорослями посадили питающихся ими дафний. После этого численность водорослей снизилась, но продукция биомассы водорослей (измеренная по скорости деления клеток) возросла. Каковы возможные объяснения данного явления?
Ответ: Дафнии в результате метаболизма выделяют вещества, которые ускоряют рост водорослей (их кормовую базу), тем самым достигается эко-баланс.
Причины устойчивости и смены экосистем
1. Дайте определение понятий.
Сукцессия
– закономерный и последовательный процесс смены сообществ на определенном участке, вызванный взаимодействием живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой
Общее дыхание сообщества
– в экологии суммарные энергозатраты, т. е. суммарная продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов.
2. Что понимают под равновесием в сообществе, и какое значение оно имеет для его существования в целом?
Биомасса организмов в идеальной сукцессии остается постоянной, а сама система равновесной. Если «общее дыхание» меньше первичной валовой продукции, в экосистеме будет происходить накопление органического вещества, если больше - его уменьшение. И то и другое будет приводить к изменениям сообщества. При избытке ресурса всегда найдутся виды, которые смогут его освоить, при его недостатке - часть видов вымрет. Такие изменения и составляют сущность экологической сукцессии. Главная особенность этого процесса состоит в том, что изменения сообщества всегда происходят в направлении к равновесному состоянию. Каждая стадия сукцессии – это сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние устойчивого равновесия.
3. Заполните таблицу.
Виды сукцессий
4. От чего зависит продолжительность сукцессии?
Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества.
Вторичные сукцессии протекают значительно быстрее. Это объясняется тем, что первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву, что создает условия для ускоренного роста и развития новых поселенцев.
5. Каковы преимущества зрелого сообщества перед молодым сообществом?
Зрелое сообщество с его большим разнообразием и обилием организмов, развитой трофической структурой и с уравновешенными потоками энергии способно противостоять изменениям физических факторов (например, температуры, влажности) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое сообщество.
6. Какое значение имеет возможность управления процессами, происходящими в сообществе?
Человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая на ранних стадиях сукцессии сообщество. С другой стороны, устойчивость зрелого сообщества, его способность противостоять воздействию физических факторов (и даже управлять ими) является очень важным и весьма желательным свойством. При этом различные нарушения экосистем зрелого типа могут привести к различным экологическим нарушениям. Превращение биосферы в один обширный ковер пахотных земель таит в себе большую опасность. Поэтому необходимо научиться правильно управлять процессами в сообществе,чтобы не допустить экологическую катастрофу.
Искусственная экосистема - это антропогенная, созданная человеком экосистема. Для нее справедливы все основные законы природы, но в отличие от природных экосистем она не может рассматриваться как открытая. Создание и наблюдение за малыми искусственными экосистемами позволяет получить обширную информацию о возможном состоянии окружающей среды, вследствие крупномасштабных воздействий на нее человека. С целью производства сельскохозяйственной продукции человеком создается неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая агроэкосистема (агробиоценоз) - поля, пастбища, огороды, сады, виноградники и др.
Отличия агроценозов от естественных биоценозов: незначительное видовое разнообразие (агроценоз состоит из небольшого числа видов, имеющих высокую численность); короткие цепи питания; неполный круговорот веществ (часть питательных элементов выносится с урожаем); источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека (мелиорация, орошение, применение удобрений); искусственный отбор (действие естественного отбора ослаблено, отбор осуществляет человек); отсутствие саморегуляции (регуляцию осуществляет человек) и др. Таким образом, агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека. Как правило, агроэкосистемы характеризуются высокой продуктивностью по сравнению с природными экосистемами.
Урбосистемы (урбанистические системы) -- искусственные системы (экосистемы), возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д.
В их составе можно выделить следующие территории:промышленные зоны, где сосредоточены промышленные объекты различных отраслей хозяйства и являющиеся основными источниками загрязнения окружающей среды; селитебные зоны(жилые или спальные районы) с жилыми домами, административными зданиями, объектами быта, культуры и т.п); рекреационные зоны, предназначенные для отдых людей (лесопарки, базы отдыха и т.п.); транспортные системы и сооружения, пронизывающие всю городскую систему (автомобильные и железные дороги, метрополитен, заправочные станции, гаражи, аэродромы и т.п.). Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.
Экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно веществом, информацией и энергией друг с другом и окружающей средой. Энергию определяют как способность производить работу. Ее свойства описываются законами термодинамики. Первый закон термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново.
Второй закон термодинамики гласит: при любых превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла, т.е. становится недоступной для дальнейшего использования. Мера количества энергии, недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия.
Самопроизвольные процессы ведут систему к состоянию равновесия с окружающей средой, к росту энтропии, производству положительной энергии. Если неживую неуравновешенную с окружающей средой систему изолировать, то всякое движение в ней скоро прекратится, система в целом угаснет и превратится в инертную группу материи, находящуюся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, то есть в состоянии с максимальной энтропией.
Это наиболее вероятное для системы состояние и самопроизвольно без внешних воздействий она выйти из него не сможет. Так, например, раскаленная сковорода остыв, рассеяв тепло, сама уже не нагреется; энергия при этом не потерялась, она нагрела воздух, но изменилось качество энергии, она уже не может совершать работу. Таким образом, в неживых системах устойчиво их равновесное состояние.
У живых систем есть одно принципиальное отличие от неживых систем - они совершают постоянную работу против уравновешивания с окружающей средой. В живых системах устойчиво неравновесное состояние. Жизнь - это единственный на Земле естественный самопроизвольный процесс, в котором энтропия уменьшается. Это возможно потому, что все живые системы являются открытыми для обмена энергией.
В окружающей среде есть огромное количество даровой энергии Солнца, а в составе самой живой системы есть компоненты, обладающие механизмами для улавливания, концентрирования и последующего рассеивания этой энергии в окружающей среде. Рассеивание энергии, то есть увеличение энтропии, - это процесс, характерный для любой системы, как неживой, так и живой, а самостоятельное улавливание и концентрирование энергии - это способность только живой системы. При этом происходит извлечение порядка, организации из окружающей среды, то есть выработка отрицательной энергии - негоэнтропии. Такой процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией. Он ведет к уменьшению энтропии живой системы, противодействует ее уравновешиванию с окружающей средой.
Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде избытка даровой энергии; во-вторых, способности эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду состояния с низкой энтропией.
Улавливают энергию Солнца и превращают ее в потенциальную энергию органического вещества растения - продуценты. Энергия, полученная в виде солнечной радиации, в процессе фотосинтеза преобразуется в энергию химических связей.
Доходящая до Земли энергия Солнца распределяется следующим образом: 33 % ее отражается облаками и пылью атмосферы (это так называемое альбедо или коэффициент отражения Земли), 67 % поглощается атмосферой, поверхностью Земли и океаном. Из этого количества поглощенной энергии лишь около 1 % расходуется на фотосинтез, а вся остальная энергия нагрев атмосферу, сушу и океан, переизлучается в космическое пространство в форме теплового (инфракрасного) излучения. Этого 1 % энергии достаточно для обеспечения ей всего живого вещества планеты.
Процесс аккумуляции энергии в организме фотосинтетиков сопряжен с увеличением массы организма. Продуктивность экосистемы - это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи. Массу веществ, созданных продуцентом - фотосинтетиком, обозначают как первичную продукцию, это биомасса растительных тканей. Первичная продукция подразделяется на два уровня - валовую и чистую продукцию. Валовая первичная продукция- это общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая и траты на дыхание (часть энергии, которая расходуется на процессы жизнедеятельности; это ведет к уменьшению биомассы).
Та часть валовой продукции, которая не израсходована «на дыхание» называется чистая первичная продукция. Чистая первичная продукция - это резерв, из которого часть используется в качестве пищи организмами - гетеротрофами (консументами I порядка). Полученная гетеротрофами с пищей энергия (так называемая большая энергия) соответствует энергетической стоимости общего количества съеденной пищи. Однако эффективность усвоения пищи никогда не достигает 100 % и зависит от состава корма, температуры, сезона и других факторов.
Функциональные связи в экосистеме, т.е. ее трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. Известно три основных типа экологических пирамид.
Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает численность организмов на каждом уровне. Данная пирамида отражает закономерность - количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается.
Пирамида биомасс четко указывает на количество всего живого вещества на данном трофическом уровне. В наземных экосистемах действует правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Для океана правило пирамиды биомасс недействительно - пирамида имеет перевернутый вид. Для экосистемы океана характерно накапливание биомассы на высоких уровнях, у хищников.
Пирамида энергии (продукции) отражает расходование энергии в трофических цепях. Правило пирамиды энергии: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени (или энергии), больше, чем на последующем.
