Основные свойства и характеристики природных экосистем. Экосистемы
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ_________________ ______________________________ __3
- СТРУКТУРЫ
ЭКОСИСТЕМ И ИХ ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ________________ _____________________5
ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ____________________ _______13
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ____________________ ________________________21
- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК_______________________ 23
Экосистема (экологическая система) - система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом вещества.
Экологические системы разных уровней представляют собой основные функциональные единицы биосферы. Эти надорганизменные объединения включаю организмы и неживое (косное) окружение, находящиеся во взаимодействии, без которого невозможно поддержание жизни на нашей планете. Будучи энергетически и структурно открытыми системами, они находятся в статистическом, подвижном равновесии - гомеостаз(ис)е (от греч. homoios - подобный, statis - стояние) благодаря особой структурно-функциональной организации всех своих компонентов. При этом различают структурно-физическую организацию - пространственное размещение компонентов, и временную организацию - динамику деятельности отдельных частей. Очень важный функциональный аспект организации, или принципы взаимодействия компонентов. В целом организация проявляется в размещении, группировке и взаимосвязях масс и косных тел, что позволяет экосистеме оптимально осуществлять свою генеральную функцию - материально- энергетический обмен между составными частями экосистемы, а также взаимодействие с другими экосистемами.
Наземные экосистемы:
2. Бореальные хвойные леса;
4. Степь умеренной зоны;
6. Чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом);
Пресноводные экосистемы:
Морские экосистемы:
2.
ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
В
зависимости от природных и климатических
условий можно выделить три группы
и ряд природных экосистем. В
основе квалификации для наземных экосистем
лежит тип естественной (исходной)
и растительности, для водных экосистем
- гидрологические и физические особенности.
Наземные
экосистемы:
1.
Тундра: арктическая и альпийская;
2.
Бореальные хвойные леса;
3.
Листопадный лес умеренной зоны;
4.
Степь умеренной зоны;
5.
Тропические злаковники и саванна;
6.
Чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым
летом);
7.
Пустыня: травянистая и кустарниковая;
8.
Полувечнозеленый тропический лес (районы
с выраженным влажным и сухим сезонами);
9.
Вечнозеленый тропический дождевой
лес.
Пресноводные
экосистемы:
1.
Лентические (стоячие воды): озера, пруды,
водохранилища и др.;
2.
Лотические (текучие воды): реки, ручьи,
родники и др.;
3.
Заболоченные угодья: болота, болотистые
леса, марши (приморские луга).
Морские
экосистемы:
1.
Открытый океан (пелагическая
экосистема);
2.
Воды континентального шельфа (прибрежные
воды);
3.
Районы апвеллинга (плодородные районы
с продуктивным рыболовством);
4.
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы,
устья рек, лиманы, соленые марши
и др.);
5.
Глубоководные рифтовые зоны.
Помимо
основных типов природных экосистем
(биомов)различают переходные типы - экотоны.
Например, лесотундра, смешанные леса
умеренной зоны, лесостепь, полупустыни
и др.
Характеристика
наземных экосистем
Размещение
по земной поверхности основных наземных
биомов определяют два абиотических
фактора - температура и количество
осадков. Климат в разных районах земного
шара неодинаков. Годовая сумма осадков
меняется от 0до 2500мм и более. При этом
они выпадают равномерно в течении года
или их основная доля приходится на определенный
период - влажный сезон. Среднегодовая
температура также варьируется от отрицательных
величин до 38° C. Температуры могут быть
практически постоянными в течении всего
года (у экватора) или меняться постоянно.
Тундры
(в северном полушарии к северу от тайги).
Климат
очень холодный с полярным днем
и ночью, среднегодовая температура ниже
0° C. За несколько недель короткого лета
земля оттаивает не более чем на один метр
в глубину. Осадков менее 200-300 мм в год.
Растительность:
отсутствуют деревья,
господствуют медленно растущие лишайники,
мхи, травы (злаки и осоки), стелющиеся
или карликовые кустарнички (брусника,
черника) и кустарники (карликовая береза).
Животный мир
небогат, встречаются крупные
травоядные копытные - северный олень
(Евразия) и карибу (Северная Америка),
мелкие роющие млекопитающие (лемминги),
хищники (песец, горностай, ласка). Среди
птиц преобладают полярная сова, ржанка,
пуночка. Среди насекомых обильны двукрылые.
Почвы
тундровые - бедные с малой мощностью
над слоем вечной мерзлоты. Очень ранимые
экосистемы из-за медленного их восстановления.
Бореальные
хвойные леса (тайга)
(северные районы
Евразии и Северной Америки). Климат:
долгая и холодная зима, много осадков
выпадает в виде снега. Растительность:
господствуют вечнозеленые хвойные леса
(ель, пихта, сибирская кедровая сосна,
сосна обыкновенная, лиственницы) с мощной
лесной подстилкой. Животный
мир:
крупные травоядные копытные (лось),
мелкие растительноядные млекопитающие
(барсук, белка, бурундук), хищники (медведь,
рысь, росомаха, соболь, лисица, волк, норка),
обилен гнус. Характерно множество болот
и озер. Почвы
подзолистые, дерново-подзолистые,
мерзлотно-таежные - маломощные и бедные.
Листопадные
леса умеренной зоны (широколиственные
леса)
(Западная
Европа, Восточная Азия, восток США).Климат
сезонный с зимними температурами ниже
° C, осадков 750 - 1500 мм в год. Растительность:
господствуют широколиственные листопадные
породы деревьев (дуб, бук, клен, липа, ясень,
граб), кустарниковый подлесок, мощная
лесная подстилка. Животный
мир:
Млекопитающие (лоси, медведи, рыси,
лисицы, волки, белки, землеройки), птицы
(дятлы, дрозды, совы, соколы). Биота адаптирована
к сезонному климату: спячка, миграции,
состояние покоя в зимние месяцы.
Почвы
бурые и серые лесные. В этих районах
человеческая цивилизация получила наибольшее
развитие, поэтому большая часть широколиственных
лесов заменена культурными сообществами.
Степи
умеренной зоны
(в Евразии) и их аналоги: прерии (в Северной
Америки), пампасы (в Южной Америки), туссоки
(в Новой Зеландии). Климат
сезонный,
лето от умеренного теплого до жаркого,
зимние температуры ниже ° C, осадков 250-750
мм в год. Растительность:
господствуют
дерновинные злаки. Животный
мир:
крупные растительноядные млекопитающие
- бизоны, вилорогие антилопы, сайгаки
и др.; мелкие роющие млекопитающие (суслики,
сурки, кролики, полевки), хищники (волки,
львы, гиены и др.), разнообразные птицы.
Почвы:
черноземы и каштановые. Большая
часть степей используется в настоящее
время под пашню, пастбища, сенокосы и
т. д.
Чапарраль
(Средиземноморье, южный берег Австралии,
в Калифорнии, Мексике и Грузии). Климат
мягкий умеренный, осадков 500-700 мм. Растительность:
деревья и кустарники с жесткими вечнозелеными
листьями (лавр, дуб, дикая фисташка и др.)
Почвы
коричневые и серо-коричневые.
Тропический
грасленд и саванны
(Центральная и Восточная
Африка, Южная Америка, Австралия, значительная
часть Южной Индии). Климат
сухой и
жаркий большую часть года, температура
высокая круглый год, осадков 250-750 мм в
год, распределяются неравномерно по сезонам.
Растительность:
травянистая растительность
(злаковые) с редкими листопадными деревьями
(баобабы, акации, пальмы). Животный
мир:
крупные растительноядные млекопитающие
(антилопы, зебры, жирафы, носороги, слоны),
хищники (львы, леопарды, гепарды), птицы
(африканский страус, грифы). Много кровососущих
насекомых, например, муха цеце. Почвы
красные ферраллитные, красно-бурые и
коричнево-красные. На распаханных землях
выращивают злаковые, хлопчатник, арахис,
сахарный тростник.
Пустыни
травянистая и
кустарниковая
(некоторые районы Африки, Большой Бассейн
и юго-запад США, север Мексики и др.).
Климат
очень сухой, с жарким днем и
холодными ночами, осадков менее 200-250 мм
в год. Растительность:
ксерофитные
травы и редкостойный кустарник, кактусы.
Корневые системы у растений обширные,
поверхностные, перехватывающие влагу
редких осадков или стержневые корни,
проникающие в землю до уровня грунтовых
вод (30 м и глубже). Животный
мир:
разнообразные грызуны (тушканчики,
суслики), копытные (вилорогая антилопа
и др.), хищники (волк, койот и др.) Из птиц
саджа, рябки, жаворонки. Почвы
светло-бурые, сероземы, такыры. Экосистемы
хрупкие, легко нарушаются в результате
перевыпаса ветровой и водной эрозии.
Полувечнозеленые
сезонные листопадные
тропические леса
(тропическая часть Азии, Центральная
Америка). Климат
со сменой сухого (4-6 месяцев)и влажного
сезонов, среднегодовое количество осадков
800-1300 мм в год. Растительность:
господствуют
леса. Животный мир:
практически также
богат, как в вечнозеленых тропических
дождевых лесах. Характерны слоны, жирафы,
буйволы. Почвы
красные ферраллитные.
Вечнозеленые
тропические дождевые
леса
(север Южной Америки, Центральная
Америка, западная и центральная часть
экваториальной Африки, Юго-Восточная
Азия, прибрежные районы северо-запада
Австралии, острова Индийского и Тихого
океанов). Климат
без смены сезонов
в связи с близостью к экватору, среднегодовая
температура выше 17° C, среднегодовое количество
осадков превышает 2000-2500 мм в год. Растительность.
Деревья разной высоты образуют густой
полог из многих ярусов (10-12 ярусов). Видовое
разнообразие растений огромно. Животный
мир
видовой состав богаче, чем во всех
биомах вместе взятых: Млекопитающие (обезьяны,
ленивцы, ягуары), птицы (попугаи, колибри,
туканы). Почвы
красно-желтые ферраллитные
- маломощные и бедные органическим веществом
и минеральными элементами питания растений.
Характеристика
водных экосистем
По
типу местообитания и образу жизни
водные организмы объединяются в
следущие экологические группы. Планктон
организмы, в основном перемещающиеся
за счет течения. Различают фитопланктон
(одноклеточные водоросли) и зоопланктон
(одноклеточные животные, рачки, медузы
и др.). Нектон
- активно передвигающиеся
в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие
моллюски, черепахи, ластоногие, китообразные
и др.). Бентос
и т.д.................
Для удобства рассмотрения жизненных процессов в биосфере введено понятие "экологическая система" (экосистема). Экосистема представляет собой функциональное единство организмов и окружающей среды. Это совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой.
Вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время. Экосистемой может быть любое сообщество живых существ и среда его обитания, объединенные в единое целое. Экологические компоненты системы взаимосвязаны и взаимозависимы. Нарушение функций одного из компонентов вызовет нарушение устойчивости всей экосистемы.
Экосистема представляет собой необходимую форму существования жизни. Любой организм способен развиваться только в экосистеме, а не изолированно.
Таким образом, экосистема - это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды.
Впервые термин "экосистема", как уже отмечалось, ввел английский эколог А. Тенсли в 1935 г. Экосистемами являются, например: участок леса, территория завода, фермы, кабина космического корабля или даже весь земной шар.
Состав экосистемы. В состав экосистемы входят живые организмы (их совокупность называют биогеоценозом или биотой экосистемы), и неживые (абиотические) факторы - атмосфера, вода, питательные элементы, свет и мертвое органическое вещество - детрит.
Термин "биогеоценоз" предложил русский ученый В. Н. Сукачев. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Следует отметить, что их видовой состав и количество связаны, во-первых, с действием лимитирующих факторов, прежде всего климатических, определяющих, какие именно виды лучше всего приспособлены к существованию в тех или иных условиях, а во-вторых, с действием принципа эколого-географического максимума видов. Согласно этому принципу для нормального функционирования любой экосистемы в ней должно существовать столько и таких видов, сколько и каких необходимо для максимального использования приходящей энергии и обеспечения круговорота веществ.
В свою очередь, климатические факторы (температура и влажность), количество приходящей энергии тесно связаны с территориальным размещением экосистем, близостью к полюсам или экватору, с рельефом местности. Специфика климатических условий и определяет развитие того или иного биома, т. е. крупного экосистемного подразделения в пределах той или иной природно-климатической зоны. Обычно выделяют такие биомы, как леса умеренного пояса, степи, пустыни, хвойные леса, тундры, саванны и тропические леса. В областях контактов двух биомов образуются переходные полосы - лесотундра, полупустыни. Понятие экосистемы весьма широкое. Выделяют микоэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, река, пруд) и макроэкосистемы (море, тундра, пустыня).
Обитателям биосферы жизненно необходимо сохранить ее целостность. А чтобы сохранить целостность биосферы, нужно знать, как она функционирует. В каждой экосистеме есть два основных компонента: организмы, с одной стороны, и факторы окружающей их неживой природы - с другой. Всю совокупность организмов, состоящую из растений, животных и микробов, называют биотой (от лат. "био" - жизнь). Пути взаимодействия различных категорий организмов системы составляют ее биотическую структуру.
Несмотря на огромное разнообразие экосистем - от тропических лесов до тундры, - с точки зрения экологии всем им свойственна примерно одинаковая биотическая структура. Другими словами, все они включают одни и те же основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом стереотипным образом: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.
Продуценты - это в основном растения (производители). Они потребляют излишки углекислого газа, образующегося в процессе жизнедеятельности, и снабжают животных и большинство микроорганизмов пищей и кислородом.
Консументы - (потребители) питаются живыми "телами" растений. Это самые разнообразные организмы - от микроскопических бактерий до громадных синих китов. К ним относятся такие непохожие друг на друга существа, как простейшие, черви, рыбы, моллюски, насекомые и прочие членистоногие, пресмыкающиеся, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека. В результате пищеварительного процесса в телах консументов осуществляется первичное измельчение и разложение органики, облегчающее деятельность редуцентов.
Детритофаги и редуценты. Мертвые растительные и Животные останки (например, опавшие листья, трава) называют детритом. Существует множество организмов, которые питаются детритом, например грифы, раки, муравьи. Их называют детритофагами. Грибы и бактерии за их специфичность выделяют в особую подгруппу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты восстанавливают неорганические вещества (азот, фосфор, воду).
Наблюдаемый в наше время экологический кризис - это в первую очередь кризис редуцентов, не справляющихся с количеством и качественным составом образующихся отходов человеческой деятельности.
Однако и продуцентам, и консументам тоже приходится нелегко. Люди истребляют их как прямо - вырубая леса или отстреливая животных сверх их возможности к восстановлению, так и косвенно - через загрязнение воды, почвы и воздуха.
За миллиарды лет развития природа для каждого продуцента и консумента создала своего редуцента, и ни один организм в естественных условиях не остается неразложившимся. Но человек за несколько десятилетий создал тысячи новых соединений, природе не известных или отвергнутых ею в ходе эволюции как опасных для жизнедеятельности организмов. Соответственно и редуцентов, способных вернуть эти соединения в исходное состояние, в природе не существует. В результате, с одной стороны, быстро накапливаются захламляющие и отравляющие природу вещества, а с другой - истощаются исходные ресурсы. Круг, созданием которого природа обеспечила возможность относительно бесконечной дальнейшей эволюции живого вещества, размыкается человеком.
Человек, воздействуя на какой-либо один компонент природы, например, вырубая деревья, тем самым влияет на весь биогеоценоз леса, нарушая происходящий в нем круговорот веществ, без которого количество питательных веществ и энергии быстро иссякнет.
В процессе управления природопользованием важно правильно установить границы экологических систем. Например, в экосистему реки входит не только она сама, но и весь бассейн ее водосбора или стока. Поэтому деятельность, направленная на охрану реки от обмеления и загрязнения, должна распространяться на охрану верховых болот, мелких притоков, прибрежной растительности.
Сообщество взаимодействующих живых организмов, состоящее из продуцентов, консументов и редуцентов, называется биоценозом. Территория с присущими ей факторами, занятая определенным биоценозом, называется биотопом. Биоценоз представлен приспособленными друг к другу растительностью, животными и микроорганизмами. Совокупность биотопа и биоценоза составляет биогеоценоз.
Биогеоценоз - это один из вариантов экосистемы.
Между экосистемами, как и между биогеоценозами, обычно нет четких границ, и одна экосистема постепенно переходит в другую.
В таких зонах животные и растения обоих биомов переплетаются и находятся на пределе своих приспособительных возможностей. Поэтому человек должен быть особенно осторожен в своей деятельности в этих районах.
В нормальном состоянии любой экосистеме присуще устойчивое состояние, называемое гомеостазом, характеризующееся динамическим равновесием между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии. Например, если в системе "олень-волк" численность оленя растет, то за счет этого и волк может увеличить свою численность, не давая оленям слишком быстро размножиться и истребить слишком большое количество растений-продуцентов.
Таким образом, экосистемы сопротивляются воздействию нарушениям их стабильности. Система тем надежнее и стабильнее, чем больше имеется возможностей для экологического дублирования, чем шире пищевая сеть.
В связи с этим наиболее ранимы и требуют особой осторожности при хозяйственном освоении экосистемы районов Севера, где из-за суровых климатических условий видовое разнообразие в десятки раз беднее, чем в умеренных и жарких широтах. Например, на арктических островах видовое богатство высших растений не превышает 50- 100 видов на 100 квадратных километров, а в тропиках на такой же площади можно обнаружить более 1000 видов.
Так как в природе постоянно возникают большие и маленькие неприятности и проблемы, то для непрерывного протекания процесса эволюции она должна иметь громадный состав видов, с которыми можно было бы экспериментировать, находя и развивая в них путем естественного отбора те качества, которые помогают преодолевать периодически возникающие кризисы.
Кроме того, от видового богатства системы зависит и многообразие экологических факторов, действующих в ней. При этом действие некоторых из них направлено в противоположные стороны, и если факторов достаточно много, то по закону больших чисел их влияния взаимопогашаются и не выводят систему из равновесия. Например, уменьшение количества лисиц будет способствовать росту количества мышей, а увеличение сов - снижению этого роста.
В то же время человек прямо (убивая) или косвенно (ухудшая качество природной среды) уничтожая многие виды животных и растений, может полностью подорвать стабильность биосферы.
Рассматривая типы экосистем, отметим, что они могут быть естественными (природными) и антропогенными (от греческого слова антропос - человек и генезис - происхождение), созданными человеком.
Естественные (природные) - тундра, болота, степи, леса, луга альпийские, пресноводные водоемы, моря, экосистемы подземных вод, экосистемы высокогорных ледников, экосистемы океанических глубин. Естественные экосистемы, как правило, формируются под влиянием природных факторов, хотя человек может оказывать влияние на них.
Антропогенные экосистемы: сельскохозяйственные экосистемы, лесные, садовые культуры, морские "огороды", экосистемы биологических очистных сооружений, города и промышленные предприятия, рыборазводные пруды, культуры дождевого червя, плантации шампиньонов. Все они создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности.
Автотрофные экосистемы находятся на энергетическом самообеспечении и разделяются на фотоавтотрофные - потребляющие солнечную энергию за счет продуцентов - фотоавтотрофов, и хемоавтотрофные - использующие химическую энергию за счет продуцентов - хемоавтотрофов.
Большинство сельскохозяйственных экосистем являются фотоавтотрофными. Но человек вносит в сельскохозяйственную экосистему энергию, которая называется антропогенной (удобрения, химические препараты, горючее и т. д.), но она незначительна по сравнению с солнечной.
Гетеротрофные экосистемы используют химическую энергию, которую получают вместе с углеродом от органических веществ или от созданных человеком энергетических устройств. Примером гетеротрофной экосистемы являются океанические глубины. Животные и микроорганизмы, живущие там, существуют за счет "питательного дождя" детрита - трупов животных и останков растительных организмов, падающих на дно океана из освещенной солнцем автотрофной океанической экосистемы.
Антропогенные и гетеротрофные экосистемы очень разнообразны. Так, например, в города и промышленные предприятия энергия поступает по линиям электропередач, нефтепроводам, уголь, лес - по железной дороге и водным путем. Поступают в города также и продукты питания для горожан. Это происходит при антропогенной системе, созданной трудом человека.
Примерами гетеротрофной антропогенной экосистемы, т. е. системы, созданной человеком для прохождения биологических процессов при определенных искусственно созданных условиях, когда может вырабатываться энергия, могут служить биологические очистные сооружения, в которых микроорганизмы разлагают органические вещества с выделением определенной энергии; установки по сбраживанию навоза для получения из него биогаза, заводы по производству органических удобрений в биоферментаторах с получением дополнительной тепловой энергии; фабрики по разведению дождевых червей. Последние при определенных условиях перерабатывают органическое вещество (навоз, опилки, солому) и дают биомассу, которая используется для откорма рыб и птицы.
Таким образом, биосфера представляет собой единство всех экосистем на Земле, где все они взаимосвязаны. В биосфере происходит круговорот материи через цепи питания. Изменение или разрушение этих циклов, вызванные деятельностью человека, могут отразиться на глобальных циклах в биосфере.
Огромное количество выбрасываемых в атмосферу газов ТЭЦ, заводов, фабрик, автотранспорта оказывает влияние на изменение климата на земном шаре.
Не меньшую опасность вызывают изделия, где применяют фреон. Последний разрушает молекулы озонового слоя.
Полеты сверхзвуковых самолетов также разрушают озоновый слой.
Полнотекстовый поиск:
Главная > Контрольная работа >Экология
2.Экология экосистем. Понятие, состав, структура, типы экосистем, связи в экосистемах.
Понятии, структура и состав экосистем.
Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.
Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:
1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.
Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.
Устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты.
Экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется в следующем. Из элементов неживой природы, главным образом молекул CO2 и H3O, под воздействием энергии солнца синтезируются органические вещества, составляющие все живое на планете. Процесс создания органического вещества в природе происходит одновременно с противоположным процессом - потреблением и разложением этого вещества вновь на исходные неорганические соединения. Совокупность этих процессов протекает в рамках экосистем различных уровней иерархии.
Все растения и хемосинтетики (это такие бактерии), являющиеся продуцентами, создают органическое вещество из неорганических составляющих с помощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами. Высвобождение запасенной продуцентами потенциальной энергии обеспечивает существование всех остальных видов живого на планете. Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник вещества и энергии для своей жизнедеятельности, называются консументами или гетеротрофами.
Консументы - это самые разнообразные организмы (от микроорганизмов до синих китов): простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека.
Консументы, в свою очередь, подразделяются на ряд подгрупп в соответствии с различиями в источниках их питания.
Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения - продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическую структуру экосистем.
Жизнь в экосистеме поддерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое вещество энергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому; при этом происходит постоянное превращение энергии из одних форм в другие. Кроме того, при превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла. Весь запас энергии сосредоточен в массе органического вещества - биомассе, поэтому интенсивность образования и разрушения органического вещества на каждом из уровней определяется прохождением энергии через экосистему (биомассу всегда можно выразить в единицах энергии).
Типы экосистем.
Экосистемы разнообразны, различают по происхождению: их состав зависит от многих факторов, в первую очередь, от климата, геологических условий и влияния человека. Экосистемы формируются естественным путем или создаются человеком.
Естественные экосистемы - формируются под влиянием природных факторов, хотя на них может оказывать влияние человек; но его воздействие в этих экосистемах меньше, чем влияние природных факторов.
Антропогенные экосистемы создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности. В их состав могут входить сохранившиеся более мелкие экосистемы (лес или озеро на территории сельскохозяйственных экосистем, лесопарк в городе). И природные и антропогенные экосистемы различаются: по источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность.
Автотрофные - экосистемы находятся на энергетическом самообеспечении. Они разделяются на фототрофные - потребляющие солнечную энергию, которую усваивают растения, и хемотрофные - использующие химическую энергию, железа и т.д.
Фототрофными являются большинство экосистем, включая и сельскохозяйственные. В сельскохозяйственные экосистемы человек вносит энергию удобрений, горючего для тракторов и т.д. Эту энергию называют антропогенной, её роль незначительна по сравнению с солнечной энергией, потребляемой экосистемой.
Естественные хемотрофные экосистемы формируются в подземных водах.
Антропогенные хемотрофные экосистемы человек создаёт в биологических очистных сооружениях для очистки воды от загрязнений.
Гетеротрофные экосистемы получают энергию, уже накопленную ранее организмами других экосистем или созданными человеком энергетическими устройствами.
Антропогенная гетеротрофная экосистема - город и промышленное предприятие. Энергия в эти экосистемы поступает по линиям электропередач, по трубам нефте – газопроводов, в цистернах автомашин и железнодорожных вагонах.
Гетеротрофными экосистемами являются рыборазводные пруды, фермы на которых разводят дождевых червей или шампиньоны, биологические очистные сооружения Организмы этих экосистем используют для жизни готовые органические вещества.
Связи в экосистемах.
Ни один организм в природе не существует вне экосистем. И проявляется это в первую очередь в наличии огромного количества взаимосвязей данного организма с другими организмами и с абиотическими факторами. Эти связи – основное условие жизни организмов и их сообществ. Через эти связи реализуются механизмы круговорота биогенных веществ, механизмы передачи энергии, механизмы устойчивости экосистем. Эти связи настолько отточены ходом эволюционного процесса, что нарушение хотя бы одной из них может повлечь за собой цепь необратимых последствий вплоть до гибели экосистемы, точнее, вплоть до коренной перестройки ее структуры или замене другой экосистемой, как правило, более бедной. Это обязательно должен помнить человек, вмешиваясь в природу своей производственной деятельностью. Согласно третьему закону Коммонера, любое такое вмешательство, как правило, неблагоприятно для природы. Поэтому мы должны знать, что, преобразуя природу, мы очень часто выступаем в роли “убийц надсистем”, которые в некоторых случаях по сложности связей намного превышают сложность организации любого живого организма (в общепринятом понимании этого термина).
Взаимосвязи между организмами можно разделить на межвидовые и внутривидовые. Внутривидовые связи мы будем рассматривать более подробно при изучении динамики популяций. Здесь же мы остановимся на межвидовых отношениях, которые оказывают наибольшее влияние на организацию экосистем. Эти взаимосвязи обычно классифицируются по “интересам”, на базе которых организмы строят свои отношения:
1) пищевые (трофические) связи - формируют трофическую структуру экосистемы, которую мы уже рассмотрели ранее; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи. Это самый распространенный тип связей;
3) форические связи (от латинского слова форас - наружу) - отношения по распространению семян, плодов и т.п.;
4) фабрические связи (от латинского слова фабрикато - изготовление) - использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т.п.
Воздействие популяций двух видов друг на друга теоретически можно выразить в виде следующих комбинаций символов: (0,0), (-,-), (+,+), (+,0),
(-,0), (+,-). Здесь «0» - отсутствие какого-либо воздействия, «+» - положительное волдействие одного вида на другой, «-» - отрицательное воздействие. В результате мы получаем следующие основные виды взаимодействий.
(+,+) – симбиоз (протокооперация и мутуализм)
Эти отношения взаимовыгодны для обоих партнеров. Подобные ассоциации между разными видами очень распространены в природе и играют крайне важную роль в эволюции разрозненного сообщества живых организмов в целостную надсистему вплоть до единого живого организма. Именно в этих отношениях формируется наибольшее количество синергетических эффектов, перерастающих в конечном итоге в ярко выраженные эмерджентные свойства надсистемы.
(+,0) – комменсализм
Это слово произошло от французского слова комменсал - сотрапезник. Отношения комменсализма положительны для одного партнера и безразличны для другого. Частные случаями комменсализма:
1) нахлебничество – один организм питается остатками пищи другого, например, взаимоотношения львов и гиен, акул и рыб-прилипал и т.п.;
2) сотрапезничество – потребление разных частей или веществ одной и той же пищи или последовательная переработка одного и того же вещества; примером могут служить отношения между сапротрофами, разлагающими органику до минеральных веществ, и высшими растениями, которые потребляют эти вещества; другими примером являются копрофаги, питающиеся экскрементами других животных;
3) квартирантство (сожительство) – одни организмы используют другие как убежища или транспорт, например, рыба горчак откладывает икру в мантию двустворчатого моллюска, не принося ему вреда, многие насекомые обитают в гнездах птиц и норах грызунов, и т.п.
Комменсализм является наиболее простым типом положительных взаимодействий, являющимся, по-видимому, первым шагом к симбиозу.
(-,-) – конкуренция
Эти взаимоотношения невыгодны обоим партнерам. Они возникают обычно между организмами, претендующими на один и тот же ресурс. То есть конкуренция абсолютно противоположна симбиозу, возникающему, как правило, на почве противоположных потребностей. Конкуренция может возникать по поводу пространства, пищи или биогенных элементов, света, зависимости от хищников, подверженности болезням и т.д. Любая конкуренция приводит к тому, что в виду одинакового взаимного неприятия партнеров, они стремятся отдалиться друг от друга.
(-,0) – аменсализм
Слово аменсализм происходит от латинского слова аменс- безрассудный. Эти отношения отрицательны для одного вида, который угнетается другими видом, для которого эти отношения безразличны. Примером могут служить отношения между светолюбивыми растениями, случайно попавшими под полог елового леса, растение может погибнуть, деревьям же такое соседство безразлично.
(0,0) – нейтрализм
Это такой вид отношений, когда организмы практически не влияют друг на друга, например, отношения белок и лосей в лесу. По большому счету, чистого нейтрализма в природе не бывает, так как все в природе взаимосвязано и все мы косвенно как-то влияем друг на друга.
Экологическая ниша
Любой вид организмов приспособлен для определенных условий существования и не может произвольно менять среду обитания, пищевой рацион, время питания, место размножения, убежища и т.п. Весь комплекс отношений к подобным факторам определяет место, которое природа выделила данному организму, и роль, которую он должен сыграть во всеобщем жизненном процессе. Все это объединяется в понятии экологической ниши.
Под экологической нишей понимают место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности, его жизненный статус, закрепленный в его организации и адаптациях.
Список литературы
по Экологии (8)
Контрольная работа >> ЭкологияВ г. Нижневартовске КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ЭКОЛОГИИ ФАКУЛЬТЕТ: ЗАОЧНЫЙ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: ... Закон толерантности дополняют положения американского эколога Ю. Одума: - организмы... могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от...
по Экологии (10)
Контрольная работа >> ЭкологияОбъект изучения экологии человека. Связь экологии человека с другими... и жизнедеятельности в целом. По длительности периода различают: суточные... 2. Заболеваемость: общая или заболеваемость по обращаемости, инфекционная, онкологическая, профессиональная...
по Экологии (13)
Контрольная работа >> ЭкологияИли шумовое загрязнение городской среды. По времени и степени создаваемого ущерба... связано с работами Чарльза Дарвина по теории естественного отбора. Так... популяции, возникла объективная необходимость выделения экологии как части биологии, изучающей...
Экология / Под ред. В. В. Денисова. – Ростов-на-Дону: МарТ, 2002. – 640 с.
Шамилева И. А. Экология. – М.: ВЛАДОС, 2004. – 144 с.
Потапов А. Д. Экология. – М.: Высшая школа, 2004. – 528 с.
Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология в вопро-сах и ответах. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. – 384 с.
экология организмов по принадлежности к различным средам... . klimax – лестница), хотя в современной литературе по экологии иногда встречается и другой термин-синоним...
Несмотря на то, что экосистема и биогеоценоз используются как одно и то же понятие, экосистемы по своим размерам и сложности отличаются разнообразием. В то время как биогеоценозы имеют определённые чёткие границы, обозначить границы экосистем очень трудно. Примером малых экосистем могут служить капля воды с микробами , гниющий пень со своими микроорганизмами , грибами и мелкими позвоночными животными . В состав экосистемы могут входить несколько биогео-ценозов.
Таким образом, экосистема представляет собой более широкое понятие по сравнению с биогеоценозом. Любой биогеоценоз — это экосистема, но не каждую экосистему можно назвать биогеоценозом.
Биосфера
Самая большая экосистема — биосфера.
Жизнь на Земле не прерыва-ется уже более 3,5 млрд лет благодаря круговороту ве-ществ в природе. Растения создают органические ве-щества из минеральных веществ, воды, углекислого газа, используя потоки солнечной энергии. Животные используют в процессе питания готовые органические вещества, а грибы, бактерии постепенно разрушают их до минеральных. Минеральные вещества вновь ис-пользуются растениями. Так возникает биологиче-ский круговорот веществ .
В природном сообществе живые организмы связаны не только друг с другом, но и с неживой природой. Тес-ная связь между живыми и неживыми компонентами природы и образует экосистему.
Круговорот веществ в эко-системе может происходить, если есть запасы необхо-димых для жизни биогенных веществ и три группы организмов, образующие природное сообщество, — производители (продуценты), потребители (консументы), разрушители (редуценты) органиче-ских веществ.
На Земле нет ни одно-го вида, который не служил бы пищей другим или сам не питался бы организмами других видов. Ряд живых организмов в экосистеме, по которому проис-ходит передача энергии, заключённой в органических веществах, называют цепью питания .
Растительноядные животные используют энер-гию, запасённую растениями в виде органических ве-ществ. Однако большую часть энергии растения рас-ходуют на процессы жизнедеятельности. Меньше энергии получают хищники, питающиеся раститель-ноядными животными. Остатки животных и расте-ний, содержащих ещё меньше энергии, постепенно расходуются грибами и бактериями. Таким образом, из-за постоянной траты энергии на процессы жизне-деятельности цепи питания обычно состоят из не-большого числа звеньев — обычно из 3-5.
Общее число видов в экосистеме может составлять сотни и тысячи. Почти всегда организмы разных ви-дов питаются разными объектами. В результате обра-зуется сложная пищевая сеть. Благодаря этому ис-чезновение особей какого-либо вида не сказывается на экосистеме. Она продолжает устойчиво существо-вать в течение длительного времени.
Потоки веществ и энергии, про-ходящие через живые организ-мы, очень велики. Так, человек за свою жизнь потребляет десят-ки тонн воды и пищи, а через лёгкие проходят многие миллио-ны литров воздуха.
По происхождению
Экосистемы могут быть естественными (лес, луг, озеро) и искус-ственными (парк, поле, сад). Материал с сайта
- Естественные экосисте-мы существуют сами по себе, без участия человека, длительное время.
- Искусственные экосистемы — агроэкосистемы создаются человеком и не могут разви-ваться без его помощи. Они состоят из небольшого числа видов и потому неустойчивы. Если человек пре-кращает уход за искусственными экосистемами, то они зарастают сорняками и погибают.
По местоположению
Выделяют наземные экосистемы (луга, степи, леса) и водные (пруды, реки , моря).
По размеру
Экосистемы могут быть очень крупными (тунд-ра, тайга), средних размеров (водоём, берёзовая роща) и совсем маленькими (ручей, болотная кочка).
Введение
Экосистема (экологическая система) - система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом вещества.
Экологические системы разных уровней представляют собой основные функциональные единицы биосферы. Эти надорганизменные объединения включаю организмы и неживое (косное) окружение, находящиеся во взаимодействии, без которого невозможно поддержание жизни на нашей планете. Будучи энергетически и структурно открытыми системами, они находятся в статистическом, подвижном равновесии - гомеостаз(ис)е (от греч. homoios - подобный, statis - стояние) благодаря особой структурно-функциональной организации всех своих компонентов. При этом различают структурно-физическую организацию - пространственное размещение компонентов, и временную организацию - динамику деятельности отдельных частей. Очень важный функциональный аспект организации, или принципы взаимодействия компонентов. В целом организация проявляется в размещении, группировке и взаимосвязях масс и косных тел, что позволяет экосистеме оптимально осуществлять свою генеральную функцию - материально- энергетический обмен между составными частями экосистемы, а также взаимодействие с другими экосистемами.
Наземные экосистемы:
2. Бореальные хвойные леса;
4. Степь умеренной зоны;
Пресноводные экосистемы:
Морские экосистемы:
1. Структуры экосистем и их основные характеристики
Структура экосистем. С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса - автотрофный и гетеротрофный.
Верхний автотрофный ярус, или "зеленый пояс", включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений.
Нижний гетеротрофный ярус, или "коричневый пояс" почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений.
С биологической точки зрения в составе экосистемы удобно выделить следующие компоненты: 1) неорганические вещества, 2) органические вещества, 3) воздушную, водную и субстратную среду, 4) продуцентов, 5) макроконсументов, 6) микроконсументов.
1. Неорганические вещества (CO 2 , HO 2 , N 2 , O 2 , минеральные соли и др.), включающиеся в круговороты.
2. Органические вещества (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части.
3. Воздушная, водная и субстратная среда, включающая абиотические факторы.
4. Продуценты - автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез (растения и автотрофные бактерии).
5. Консументы (макроконсументов, фаготрофы) - гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов (животные, гетеротрофные растения, некоторые микроорганизмы). Консументы бывают первого порядка (фитофаги, сапрофаги), второго порядка (зоофаги, некрофаги) и т. д.
6. Редуценты (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) - гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ (сапротрофные бактерии и грибы).
Следует учитывать, что и продуценты, и консументы частично выполняют функции редуцентов, выделяя в окружающую среду минеральные вещества - продукты их метаболизма.
Таким образом, как правило, в любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. В экосистемах, образованных только микроорганизмами, консументы отсутствуют. В каждую группу входит множество популяций разных видов, населяющих экосистему.
Структура экосистемы достаточно полно проявляется на примере биогеоценоза, все компоненты которого тесно связаны между собой единством территории, общим потоком энергии (от Солнца к автотрофам и от них к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов, сезонными колебаниями климатических условий, численностью и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.
Биоценозы, в отличие от биогеоценоза, включат только взаимосвязные между собой живые организмы, обитающие в данной местности. Биоценоз - это, по сути, система популяций, населяющих тот или иной экотоп (от греч. topos - место).
Биоценозы - группировки живых организмов, находящихся в стабильном равновесии, устойчивые во времени. Они характеризуются:
1) видовым разнообразием - числом видов растений, животных и других организмов (микробов, грибов), образующих биоценоз;
2) плотностью популяций - числом особей каждого вида в данном биоценозе;
3) биомассой - общим количеством живого органического вещества, выраженного в единицах массы.
Из многих сходных по своей биологии видов одного биоценоза (или экосистемы) обычно лишь немногие (5-10%) составляют основную часть - как правило, 4/5 биомассы данной группы. Виды, количественно преобладающие в данном сообществе, называются видами-доминантами . Они имеют высокую плотность популяций, что свидетельствует об их оптимальной приспособленности к данному биоценозу. Кроме того, для вида как структурного элемента биоценоза решающее значение имеет не его систематическое положение, а так называемая жизненная форма, т. е. внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды. Например, у растений жизненными формами являются деревья, кустарники, лианы, травы и т. д. Один и тот же вид может иметь разные жизненные формы в различных условиях. Так, кедр в равнинных лесах - это высокоствольное дерево, а в высокогорье - низкорослый стланик.
Пространственная структура биоценоза проявляется в закономерном размещении разных видов относительно друг друга на занимаемой территории. Все виды в биоценозе расположены на различных ярусах. Соответственно расчлененность биоценоза на горизонты, слои и т. п. носит название ярусности.
Наиболее развита пространственная структура в лесных биоценозах. Вертикальная структура типичного сообщества хвойного леса умеренной зоны включает несколько ярусов.
1. Древесный ярус . Здесь произрастают сосна и лиственные деревья - береза и осина. В этом ярусе обитает свыше 1000 видов насекомых, жизнедеятельность которых тесно связана с деревьями, многие виды птиц, а также млекопитающие.
2. Кустарниковый ярус представлен калиной обыкновенной, крушиной, боярышником, шиповником, некоторыми видами птиц и млекопитающих, многими видами насекомых.
3. Травянистый ярус .Здесь можно встретить травы, невысокие лесные растения, полукустарники, кустарники, подрост деревьев, папоротники, мхи и лишайники. В травянистом ярусе и приземном слое обитает множество беспозвоночных: пауки, мухи, жуки, бабочки, пчелы, осы, комары, муравьи и др. На земле устраивают свои гнезда глухарь, тетерев, вальдшнеп. Этот же ярус является средой обитания и млекопитающих: косуль, волков, лисиц, разнообразных грызунов, насекомоядных.
4. Подстилка . В данном ярусе расположены мертвые и разлагающиеся организмы. Здесь обитают редуценты: беспозвоночные животные, грибы и бактерии.
5. Почва . Ярус богат корнями растений. Они служат местом зимовки для многих беспозвоночных. Среди постоянных обитателей яруса можно выделить дождевых червей, гусениц, личинок насекомых, мокриц, ногохвосток, а из млекопитающих кротов. В этом слое находятся и норы таких млекопитающих, как лисицы, барсуки и др.
Следует обратить внимание на то, что некоторые животные могут перемещаться из одного яруса в другой. Например, белка может кормиться на земле, а спать и выводить потомство на деревьях. Надо отметить, что существуют и неполнокомпонентные биоценозы, где зачастую отсутствуют некоторые ярусы (в первую очередь древесный), например болота, приливно-отливные системы, птичьи базары.
Проявление ярусности встречается не только в наземных экосистемах, но и в водных. Ближе к поверхности воды обитает планктон (от греч. - блуждающий): фитопланктон - фотосинтезирующие свободно плавающие водоросли и зоопланктон - мелкие рыбы и ракообразные, личинки моллюсков и рыб, медузы. В толще вод морей и океанов нашел среду обитания нектон (от греч.- плавающий): рыбы, пресмыкающиеся (черепахи, морские змеи), млекопитающие (китообразные - дельфины и киты) и ластоногие (тюлени). Придонный слой освоили организмы, питающиеся разлагающимися остатками - бентос (от греч. - глубина): черви, моллюски, ракообразные и т. д.
Различают два вида пищевых цепей. Цепи выедания (или пастбищные) - пищевые цепи, начинающиеся с живых фотосинтезирующихся организмов. Например, фитопланктон→зоопланктон→рыбы микрофаги→рыбы макрофаги→птицы ихтиофаги. Цепи размножения (или детритные) - пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных. Например, детрит→детритофаги→ хищники микрофаги→хищники макрофаги. Таким образом, поток энергии, проходящий через экосистему, разбивается как бы на два направления. Энергия к консументам поступает через живые ткани растений или через запасы мертвого органического вещества. Цепи выедания преобладают в водных экосистемах, цепи разложения - в экосистемах суши.
В сообществах пищевые цепи сложным образом переплетаются и образуют пищевые сети . В состав пищи каждого вида входит обычно не один, а несколько видов, каждый из которых в свою очередь может служить пищей нескольким видам. С одно стороны, каждый трофический уровень представлен многими популяциями разных видов, с другой стороны, многие популяции принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням. В результате благодаря сложности пищевых связей выпадение какого-то одного вида часто не нарушает равновесия в экосистеме.
1.1 Экосистемы и принципы их функционирования
Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Протекающие через живые организмы потоки вещества и энергии в процессе обмена веществ весьма велики. Человек, например, за свою жизнь потребляет десятки тонн пищи и воды, тысячи кубометров воздуха.
Чрезвычайно высокая интенсивность потоков вещества из неорганической природы в живые тела давно привела бы к полному исчерпанию запасов необходимых для жизни соединений, т. е. биогенных элементов . Но и этого не происходит, и жизнь не прекращается, так как указанные элементы постоянно возвращаются в окружающую среду. И происходит это благодаря биоценозам, в которых в результате пищевых отношений между видами синтезированные растениями сложные органические вещества превращаются в конце концов в такие простые соединения, как диоксид углерода, вода, ряд элементов, которые могут быть снова использованы растениями в процессе фотосинтеза. Так возникает биологический процесс вещества . Следовательно, биоценоз, будучи и сам по себе сложной системой живых организмов, является частью еще более сложной системы. В последнюю помимо живых организмов входит и их неживое окружение, которое содержит различные вещества и энергию, необходимые для развития и обеспечения жизнедеятельности.
Любую совокупность организмов и неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экологической системой , или экосистемой .
Любая экосистема, независимо от размера, включает в себя живую часть (биоценоз) и ее физическое, т. е. неживое, окружение. При этом малые экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до глобальной экосистемы Земля. Аналогично общий биологический круговорот вещества на планете также складывается из взаимодействия множества более мелких, частных круговоротов.
Отметим, что понятия "экосистема" (термин предложен А. Тенсли в 1935 г.) и "биогеоценоз" близки по сути. первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, а "биогеоценоз" - понятие территориальное, относящееся к таким участкам суши, которые заняты фитоценозами. Концепция экосистем и биогеоценозов, дополняя и обогащая друг друга, позволяют рассматривать функциональные связи сообществ и окружающей их абиотической среды в разных аспектах и с разных точек. Экосистема может обеспечить круговорот веществ только в том случае, если включает четыре необходимые для этого части: 1) запасы биогенных элементов; 2) продуценты; 3) консументы; 4) редуценты.
На их сложном и постоянном взаимодействии основан первый (основной) принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.
Данный принцип гармонирует с законом сохранения массы. Так как атомы не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых различных химических соединениях и запас их практически неограничен. Именно это и происходит в природных экосистемах.
Необходимо подчеркнуть, однако, что биологический круговорот не совершается исключительно за счет вещества, поскольку он - результат деятельности организмов, для обеспечения жизнедеятельности которых требуют постоянные энергетические затраты, поставляемые Солнцем. Энергия солнечных лучей, поглощаемая зелеными растениями, в отличие от химических элементов, не может использоваться организмами бесконечно. Данное заключение вытекает из второго закона термодинамики: энергия при превращении из одной формы в другую, т. е. при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде.
Следовательно, каждый цикл круговорота, зависящий от активности организмов и сопровождаемый потерями энергии из них, требует все новых дотаций энергии. Существование экосистем любого ранга и вообще жизни на Земле обусловлено постоянным круговоротом веществ, который в свою очередь поддерживается постоянным притоком солнечной энергии. В этом состоит второй основной принцип функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно избыточно.
1.2 Природные экосистемы
В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд природных экосистем. В основе квалификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) и растительности, для водных экосистем - гидрологические и физические особенности.
Наземные экосистемы:
1. Тундра: арктическая и альпийская;
2. Бореальные хвойные леса;
3. Листопадный лес умеренной зоны;
4. Степь умеренной зоны;
5. Тропические злаковники и саванна;
6. Чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом);
7. Пустыня: травянистая и кустарниковая;
8. Полувечнозеленый тропический лес (районы с выраженным влажным и сухим сезонами);
9. Вечнозеленый тропический дождевой лес.
Пресноводные экосистемы:
1. Лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохранилища и др.;
2. Лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др.;
3. Заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга).
Морские экосистемы:
1. Открытый океан (пелагическая экосистема);
2. Воды континентального шельфа (прибрежные воды);
3. Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством);
4. Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, лиманы, соленые марши и др.);
5. Глубоководные рифтовые зоны.
Помимо основных типов природных экосистем (биомов)различают переходные типы - экотоны. Например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь, полупустыни и др.
Характеристика наземных экосистем
Размещение по земной поверхности основных наземных биомов определяют два абиотических фактора - температура и количество осадков. Климат в разных районах земного шара неодинаков. Годовая сумма осадков меняется от 0до 2500мм и более. При этом они выпадают равномерно в течении года или их основная доля приходится на определенный период - влажный сезон. Среднегодовая температура также варьируется от отрицательных величин до 38° C. Температуры могут быть практически постоянными в течении всего года (у экватора) или меняться постоянно.
Тундры (в северном полушарии к северу от тайги). Климат очень холодный с полярным днем и ночью, среднегодовая температура ниже 0° C. За несколько недель короткого лета земля оттаивает не более чем на один метр в глубину. Осадков менее 200-300 мм в год. Растительность: отсутствуют деревья, господствуют медленно растущие лишайники, мхи, травы (злаки и осоки), стелющиеся или карликовые кустарнички (брусника, черника) и кустарники (карликовая береза). Животный мир небогат, встречаются крупные травоядные копытные - северный олень (Евразия) и карибу (Северная Америка), мелкие роющие млекопитающие (лемминги), хищники (песец, горностай, ласка). Среди птиц преобладают полярная сова, ржанка, пуночка. Среди насекомых обильны двукрылые. Почвы тундровые - бедные с малой мощностью над слоем вечной мерзлоты. Очень ранимые экосистемы из-за медленного их восстановления.
Бореальные хвойные леса (тайга) (северные районы Евразии и Северной Америки). Климат: долгая и холодная зима, много осадков выпадает в виде снега. Растительность: господствуют вечнозеленые хвойные леса (ель, пихта, сибирская кедровая сосна, сосна обыкновенная, лиственницы) с мощной лесной подстилкой. Животный мир: крупные травоядные копытные (лось), мелкие растительноядные млекопитающие (барсук, белка, бурундук), хищники (медведь, рысь, росомаха, соболь, лисица, волк, норка), обилен гнус. Характерно множество болот и озер. Почвы подзолистые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные - маломощные и бедные.
Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса)
(Западная Европа, Восточная Азия, восток США).Климат сезонный с зимними температурами ниже ° C, осадков 750 - 1500 мм в год. Растительность: господствуют широколиственные листопадные породы деревьев (дуб, бук, клен, липа, ясень, граб), кустарниковый подлесок, мощная лесная подстилка. Животный мир: Млекопитающие (лоси, медведи, рыси, лисицы, волки, белки, землеройки), птицы (дятлы, дрозды, совы, соколы). Биота адаптирована к сезонному климату: спячка, миграции, состояние покоя в зимние месяцы. Почвы бурые и серые лесные. В этих районах человеческая цивилизация получила наибольшее развитие, поэтому большая часть широколиственных лесов заменена культурными сообществами.
Степи умеренной зоны (в Евразии) и их аналоги: прерии (в Северной Америки), пампасы (в Южной Америки), туссоки (в Новой Зеландии). Климат сезонный, лето от умеренного теплого до жаркого, зимние температуры ниже ° C, осадков 250-750 мм в год. Растительность: господствуют дерновинные злаки. Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие - бизоны, вилорогие антилопы, сайгаки и др.; мелкие роющие млекопитающие (суслики, сурки, кролики, полевки), хищники (волки, львы, гиены и др.), разнообразные птицы. Почвы: черноземы и каштановые. Большая часть степей используется в настоящее время под пашню, пастбища, сенокосы и т. д.
Чапарраль (Средиземноморье, южный берег Австралии, в Калифорнии, Мексике и Грузии). Климат мягкий умеренный, осадков 500-700 мм. Растительность: деревья и кустарники с жесткими вечнозелеными листьями (лавр, дуб, дикая фисташка и др.) Почвы коричневые и серо-коричневые.
Тропический грасленд и саванны (Центральная и Восточная Африка, Южная Америка, Австралия, значительная часть Южной Индии). Климат сухой и жаркий большую часть года, температура высокая круглый год, осадков 250-750 мм в год, распределяются неравномерно по сезонам. Растительность: травянистая растительность (злаковые) с редкими листопадными деревьями (баобабы, акации, пальмы). Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие (антилопы, зебры, жирафы, носороги, слоны), хищники (львы, леопарды, гепарды), птицы (африканский страус, грифы). Много кровососущих насекомых, например, муха цеце. Почвы красные ферраллитные, красно-бурые и коричнево-красные. На распаханных землях выращивают злаковые, хлопчатник, арахис, сахарный тростник.
Пустыни травянистая и кустарниковая (некоторые районы Африки, Большой Бассейн и юго-запад США, север Мексики и др.). Климат очень сухой, с жарким днем и холодными ночами, осадков менее 200-250 мм в год. Растительность: ксерофитные травы и редкостойный кустарник, кактусы. Корневые системы у растений обширные, поверхностные, перехватывающие влагу редких осадков или стержневые корни, проникающие в землю до уровня грунтовых вод (30 м и глубже). Животный мир: разнообразные грызуны (тушканчики, суслики), копытные (вилорогая антилопа и др.), хищники (волк, койот и др.) Из птиц саджа, рябки, жаворонки. Почвы светло-бурые, сероземы, такыры. Экосистемы хрупкие, легко нарушаются в результате перевыпаса ветровой и водной эрозии.
Полувечнозеленые сезонные листопадные тропические леса (тропическая часть Азии, Центральная Америка). Климат со сменой сухого (4-6 месяцев)и влажного сезонов, среднегодовое количество осадков 800-1300 мм в год. Растительность: господствуют леса. Животный мир: практически также богат, как в вечнозеленых тропических дождевых лесах. Характерны слоны, жирафы, буйволы. Почвы красные ферраллитные.
Вечнозеленые тропические дождевые леса (север Южной Америки, Центральная Америка, западная и центральная часть экваториальной Африки, Юго-Восточная Азия, прибрежные районы северо-запада Австралии, острова Индийского и Тихого океанов). Климат без смены сезонов в связи с близостью к экватору, среднегодовая температура выше 17° C, среднегодовое количество осадков превышает 2000-2500 мм в год. Растительность. Деревья разной высоты образуют густой полог из многих ярусов (10-12 ярусов). Видовое разнообразие растений огромно. Животный мир видовой состав богаче, чем во всех биомах вместе взятых: Млекопитающие (обезьяны, ленивцы, ягуары), птицы (попугаи, колибри, туканы). Почвы красно-желтые ферраллитные - маломощные и бедные органическим веществом и минеральными элементами питания растений.
Характеристика водных экосистем
По типу местообитания и образу жизни водные организмы объединяются в следущие экологические группы. Планктон организмы, в основном перемещающиеся за счет течения. Различают фитопланктон (одноклеточные водоросли) и зоопланктон (одноклеточные животные, рачки, медузы и др.). Нектон - активно передвигающиеся в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие моллюски, черепахи, ластоногие, китообразные и др.). Бентос - организмы, живущие на дне и в грунте. Его делят на фитобентос (прикрепленные водоросли и высшие растения) и зообентос (ракообразные, моллюски, морские звезды и др.). Кроме того в ряде случаев выделяют перифитон и нейстон.
Перифитон - организмы, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или другим выступам над дном водоема. Нейстон - организмы, обитающие у поверхности воды (личинки комаров, водомерки, ряска и др.).
Распределение организмов в экосистемах зависит от степени освещенности. Выделяют следующие зоны: литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит до дна), лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1% от солнечного света и где затухает фотосинтез), эвфотическая зона (вся толща воды - включает литоральную и лимническую зоны), профундальная зона (дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет). В приточных водоемах выделяют перекаты (мелководные участки с быстрым течением: дно без ила, встречаются преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса) и плесы (глубоководные участки: течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные).
Лентические экосистемы (озера, пруды, водохранилища и др.).
Литоральнаязона населена двумя группами растений: укрепившиеся на дне (камыши, рогозы, кувшинки, прикрепленные водоросли и др.) и плавающие (водоросли, рдесты и др.). Животные в литорали разнообразны, чем в других зонах водоема. Встречаются моллюски, коловратки, мшанки, личинки насекомых и др. Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Многие обитающие здесь животные дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.). Лимническая зона. Продуценты представлены фитопланктоном. В водоемах умеренного пояса "цветение" весной связано с массовым развитием диатомовых, летом - зеленых, осенью - азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками. Нектон лимнической зоны - только рыбы. Профундальная зона около дна представлена бентосными формами - личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями, сапротрофными бактериями и грибами.
Лотические экосистемы (реки, родники, ручьи и др.) отличаются от стоячих водоемов следующими особенностями: 1) наличие течения; 2) более активный обмен между водой и сушей; 3) более высокое содержание кислорода и более равномерное го распределение; 4) преобладание детритных цепей питания. Выделяют лотические сообщества перекатов и плесов. На перекатах поселяются организмы, способные прикрепится к субстрату (например, нитчатые водоросли) или хорошие пловцы (например, форель). На участках плеса сообщества напоминают прудовые. В больших реках прослеживается продольная зональность: в верховьях - сообщества перекатов, в низовьях и дельте - плесов, между ними местами могут возникать и те и другие. Видовой состав рыб к низовьям объединяется, но увеличиваются их размеры.
Заболоченные участки и болота бывают низинные (имеют, как правило, питание подземными водами) и верховые (питаются атмосферными осадками). Верховые могут встречаться в любом понижении или даже на склонах гор, низинные возникают вследствие зарастания озер и речных стариц. Здесь распространены болотные растения. Болотные почвы и торфяники содержат много углерода. Их сельскохозяйственная отработка приводит к выделению в атмосферу большого количества углекислого газа.
Область бесконечного шельфа является самой богатой в фаунистическом отношении. Прибрежная зона очень благоприятна по условиям питания, даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь.
Районы апвеллинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Здесь наблюдается апвеллинг - подъем холодных вод с глубины океана, так как ветры перемещают воду от крутого материкового склона, а взамен ей из глубины поднимается вода, обогащенная биогенными элементами. Эти районы богаты рыбой и птицами, живущими на островах.
Эстуарии, лиманы, устья рек, прибрежные бухты и т. д. - прибрежные водоемы, представляющие собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Это высокопродуктивные районы, где наблюдаются аутвеллинг - привнос биогенных элементов с суши. Они обычно входят в литоральную зону и подвержены приливам и отливам. Здесь встречаются болотные и морские травы, водоросли, рыба, крабы, креветки, устрицы и т. д.
Открытый океан беден биогенными элементами. Эти районы можно считать "пустынями" по сравнению с прибрежными водами. Арктические и антарктические зоны более продуктивны, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче. Продуцентом выступает фитопланктон, им питается зоопланктон, а тем в свою очередь нектон. Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной. На глубине в стабильных местообитаниях сохранились виды из далеких геологических эпох.
Глубоководные рифтовые зоны океана находятся на глубине около 3000 м и более. Условия жизни в экосистемах глубоководных рифтовых зон очень своеобразны. Это полная темнота, огромное давление, пониженная температура воды, недостаток пищевых ресурсов, высокая концентрация сероводорода и ядовитых металлов, встречаются выходы горячих подземных вод, и т. д. В результате живущие здесь организмы претерпели следующие адаптации: редукция плавательного пузыря у рыб или заполнение его полости жировой тканью, атрофирование органов зрения, развитие органов светосвечения и др. Живые организмы представлены гигантскими червями (погонофорами), крупными двустворчатыми моллюсками, креветками, крабами и отдельными видами рыб. Продуцентами выступают сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с моллюсками.
Заключение
экосистема биогеоценоз наземный пресноводный
Энергетическая классификация экосистем. В зависимости от источника энергии и степени энергетических субсидий Ю. Одум (1986) разделил существующие экосистемы на 4 типа.
1. Природные экосистемы, движимые Солнцем и несубсидируемые (например, открытые океаны, глубокие озера, высокогорные леса). Они получают мало энергии и имеют низкую продуктивность, но при этом занимают основные площади биосферы.
2. Природные экосистемы движимые Солнцем и субсидируемые другими естественными источниками (например, эстуарии в приливных морях, некоторые дождевые леса, речные экосистемы). Помимо солнечного света они получают дополнительную энергию в виде дождя, ветра, органических веществ, минеральных элементов и т.д.
3. Экосистемы движимые Солнцем и субсидируемые человеком (например, агроэкосистемы, аквакультуры). Дополнительная энергия поставляется в них человеком в виде горючего, органических и минеральных удобрений, пестицидов, стимуляторов роста и т. п. Эти экосистемы производят продукты питания и другие материалы.
Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) - искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища). Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов (урожая). В них, так же, как в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т. д.) и редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек.
Урбосистемы (урбанистические системы) - искусственные системы, 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 и т. п.; рекреационные зоны, предназначенные для отдыха людей (базы отдыха и т. п.); транспортные системы и сооружения, пронизывающие всю городскую систему (автомобильные и железные дороги, гаражи. аэродромы и т. п.). Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и автономной промышленности.
Список используемой литературы
Экология: Учебное пособие / Под. ред. проф. В. В. Денисова. - 2 - изд., исправленное и дополненное. - Москва: ИКЦ "МарТ", Ростов-на-Дону, 2006. - 672 с.
Экология: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. / В. Н. Большаков, В. В. Качак, В. Г. Коберниченко и др.; 2006. - 504 с.: ил.
Экологический энциклопедический словарь. М.: Ноосфера 2007.
Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология 4-е изд, перераб. и доп. Ростов-на-Дону: Изд-во "Феникс", 2007.
Экология: Учебное пособие / С. И. Колесников. - 4-е изд. - М.: Издательско-торговая корпорация "Дашков и К°"; Ростов н/Д: Академцентр, 2010. - 384 с.
