Головна

Додаток 7

  1. G52 Додаток
  2. Nbsp; додаток 9
  3. На додаток
  4. Тема і додаток як елементи змістовної частини службового документа, їх призначення та оформлення
  5. Використання додатком Web динамічних файлів ASP
  6. Використання додатком Web статичного формату HTML
  7. Копіювання або переміщення записів з Microsoft Access в інший додаток

Деякі аспекти хімії, енергетики та продуктивності екосистем

Під впливом променевої енергії Сонця вуглекислота, вода, ферменти і хлорофіл клітин фітопланктону, хімічно взаємодіючи, перетворюються в протоплазму, що складається з різних необхідних для життя органічних речовин. Спрощена схема процесу фотосинтезу наступна. Зелені листи рослин складаються з мільйонів клітин, кожна з яких містить хлоропласти. У хлоропластах укладені молекули хлорофілу. Фотон сонячного світла, взаємодіє з молекулою хлорофілу, в результаті чого виділяється електрон одного з її атомів. Електрон переміщається всередині хлоропласта, взаємодіючи з молекулою аденозиндифосфата (АДФ). В результаті молекула АДФ отримує достатню додаткову енергію для перетворення в молекулу аденозинтрифосфату (АТФ) - речовини, що є енергоносієм. Збуджена молекула АТФ в живій клітині, що містить воду і двоокис вуглецю, сприяє утворенню молекул цукру і кисню. При цьому АТФ втрачає частину енергії і перетворюється знову в АДФ.

Процес фотосинтезу, як уже говорилося раніше, супроводжується виділенням кисню в атмосферу і поглинанням з неї діоксиду вуглецю (вуглекислого газу):

6СО2 + 12 Н2О + 2821,9 кДж ®холорофілл®С2Н12О6 + 6Н2О + 6О2

У проміжку здійснюються складні біохімічні процеси, звані "Темнова реакціями". Первинний продукт являє собою так звана фосфогліцеріновая кислота (ФГА), що перетворюється в фосфогліцеріновий альдегід в результаті приєднання молекули СО2 до рібулёзодіфосфату СН3О (Р), тобто при карбоксилирование. Далі в результаті складних хімічних процесів утворюється фруктоза - вихідний матеріал для синтезу інших видів вуглеводів.

Рослини безперервно поглинають з атмосферного повітря величезна кількість діоксиду вуглецю і виділяють кисень. Саме їм ми зобов'язані присутністю вільного О2 в атмосфері, стабільністю її газового остава, а також, поряд зі Світовим океаном, збереженням певного газового балансу.

загальна кількість енергії, щорічно запасається рослинами в продуктах фотосинтезу, оцінюється величиною 20,9 x 10 22 кДж.

Крім фотосинтезу зеленими рослинами, фотосинтез органічної речовини може здійснюватися бактеріями. Джерелом вуглецю для них служить діоксид вуглецю, який відновлюється за рахунок молекулярного водню або водню, що входить до складу сірководню. і будь-якого неорганічного речовини. Вважають, що саме фотосинтез бактерій був первинним процесом на Землі, першим етапом розвитку "автотрофности" - харчування живих клітин за рахунок синтезу органічної речовини і зовнішньої енергії.

Хемосинтез.

Бактерії, що використовують для синтезу органічних сполук процеси, свзанние з окисленням сірчаних сполук називаються серобактериями, їх називають також хемосинтетиками, на відміну зелених рослин - фотосинтетиков.

процеси хемосинтезу також здійснюються в кілька етапів. на першому етапі окислюється сірководень і накопичується сірка, а в подальшому йде поетапне окислення сірки до сірчаної кислоти, причому водень кожного проміжного продукту окислюється киснем. Ці процеси необхідні для накопичення енергії, що забезпечує реакцію синтезу органічних сполук шляхом хемосинтезу: 6СО2 + 12Н2S® (СН2О) + 6Н2О + 12S.

Друга група хемосинтезирующих бактерій - нитрифицирующие бактерії. Вони окислюють аміак (NН3) до оксидів азоту з утворенням нітритів і нітратів.

Третя група хемосинтезирующих бактерій окисляє сполуки двовалентного заліза в тривалентне, з подальшим використанням енергії, що виділяється на відновлення СО2. Це железобактерии.

Живі організми, що входять до складу біогеоценозу будь-якої екосистеми розрізняються за специфікою асиміляції ними речовини і енергії. На відміну від рослин, тварини не здатні до реакцій хемо і фотосинтезу. Вони змушені використовувати сонячну енергію через органічна речовина, створене фото- і хемосинтетиками. В біогеоценозах утворюється ланцюг послідовної передачі речовини та еквівалентної йому енергії від одних організмів до інших. Таку ланцюг прийнято називати трофічної ланцюгом. Трофічні ланцюги бувають прості і короткі, наприклад "осіна® заяц® лисиця", і більш складними, наприклад "трава ®насекомие® лягушкі® змеі® хижі птахи". Різні трофічні ланцюги переплітаються, утворюючи зазвичай складну харчову мережу.

Нормальна харчова ланцюг виглядає наступним чином:

первинні продуценти (фотосинтезуючі рослини і хемосинтезирующие бактерії)

®консументи 1-го порядку (дрібні тварини, які споживають продуцентів) ® ®консументи 2-го порядку (організми середніх розмірів, що харчуються обично® консументами 1-го порядку і продуцентами) ®

®консументи 3-го порядку (хижаки) ®

® редуценти (мікроорганізми і гриби, які розкладають органічну речовину відмерлих організмів інших ланок трофічного ланцюга і продукти їх життєдіяльності до неорганічних речовин і окремих хімічних елементів).

Гетеротрофи 1 порядку - це рослиноїдний зоопланктон і нектон в гідросфері, травоїдні тварини на суші. Гетеротрофи 2 порядки - зоопланктофаг в гідросфері і дрібні хижаки на суші, консументи 3 порядку - великі хижаки-зоофаги.

Піраміда замикається мікроорганізмами і деякими грибами - редуцентамі, або біоредуктори, які розкладають відмерлі тіла і консументів, і продуцентів, і продукти їх метаболізму (життєдіяльності), перетворюючи їх знову в неорганічні речовини і окремі хімічні елементи. Наприклад, при розкладанні, деревини дуже істотну роль грають деякі гриби, які виділяють фермент целлюлазу, розм'якшує деревину, що дає можливість дрібним тваринам проникати всередину і поглинати розм'якшений матеріал.

Таким чином коло обміну речовин в екологічній піраміді замикається. Мінеральні речовини, а також вуглекислий газ, що виділяються при диханні редуцентов, знову повертаються до продуцента. такий хімічний механізм трофічної ланцюга в біогеоценозах екосистеми.

Енергетика екосистем.

Фундаментальні концепції.

Енергія - це здатність виконувати роботу.

1 закон термодинаміки говорить: енергія може переходити з однієї форми в іншу, але не зникає і не створюється заново.

2 закон термодинаміки: ефективність переходу енергії з однієї форми в іншу завжди менше 100% (іншими словами, при цьому переходить розсіювання деякої кількості енергії). З цим законом тісно пов'язаний принцип стабільності:

будь-яка екосистема розвивається в бік її стійкого стану, в ній діють саморегулюючі механізми, що забезпечують це стабільний стан, при якому перенесення енергії йде, в основному, в одному напрямку і з постійною швидкістю.

Найважливіша термодинамічна характеристика живих організмів і їх спільнот полягає в тому, що вони здатні створювати і підтримувати високий ступінь внутрішньої упорядкованості, тобто стан з низькою ентропією (ентропія - це міра невпорядкованості в енергетиці екосистем, або кількість енергії, недоступною для використання живими організмами, наприклад, теплове розсіювання енергії).

Енергія вимірюється найчастіше в таких одиницях:

калорія (кал) - кількість тепла. необхідне для нагрівання 1 мл (1 г) води на 1 градус С при 15 градусах С.

кілокалорія = 1000 кал.

Джоуль (Дж.) = 0,24 кал.

Кілоджоуль (кДж) = 1000 Дж.

1 грам сухої органічної речовини в середньому містить 18,7 -23,5 кДж енергії.

Енергетичне зміст живих організмів (ккал на 1 гр сухої ваги):

Наземні рослини - 4,5

Насіння - 5,2

водорості -4,9

Безхребетні (крім комах) -3,0

Насекомие- 5,4

Хребетні -5,6.

Трофічна ланцюг в біогеоценозах екосистеми є одночасно і енергетичної ланцюгом.

Енергетична ланцюг - це послідовний упорядкований потік передачі енергії від Сонця до всіх інших ланках. Будь-яка кількість органічної речовини еквівалентно деякій кількості енергії. Цю енергію можна витягти, зруйнувавши хімічні зв'язки органічної речовини, з певними витратами енергії.

Рослини втрачають частину енергії в процесі своєї життєдіяльності.

Тварини також втрачають частину енергії при диханні, тепловіддачі, русі, травленні і видільних процесах, залишкова енергія йде на зростання, підтримку життєдіяльності і розмноження.

Таким чином, в екосистемі має місце постійний потік енергій, що полягає в її переході від однієї ланки ланцюга до іншого, причому

відповідно до другого закону термодинаміки при переході від однієї ланки до іншого завжди відбувається деяке розсіювання енергії і зростає ентропія. на відміну від циклічного руху речовин, енергія рухається в одному напрямку і потребує постійного її надходженні ззовні (від Сонця).

Велика частина біосфери отримує щодня 3-4 тис. Ккал. / Кв. м сонячної енергії, або 1,1-1,5 млн. ккал / кв. м в рік.

Первинна і вторинна продукція.

У процесі життєдіяльності спільноти створюється і витрачається органічна речовина. Кожна екосистема має певну продуктивністю.

Швидкість накопичення енергії первинними продуцентами в формі органічної речовини, яке може бути використане в їжу, називається первинною продукцією. Хлорофілом використовується приблизно 1-5% падаючого на рослини сонячного світла для синтезу органічних речовин. Інша частина падаючої сонячної енергії, в середньому за рік, витрачається на відображення (приблизно 33%), евапотранспіраціі (близько 31%), теплопровідність і конвекцію (33%). Швидкість, з якою рослини накопичують хімічну енергію, називається валовий первинної продукцією (ВПП). Приблизно 20% цієї енергії витрачається рослинами на дихання і фотодихання, а решта 80% - це чиста первинна продукція (ПВП), це енергія, яку можуть використовувати організми наступних трофічних рівнів.

Продуктивність різних екосистем неоднакова. На суші вона залежить від кліматичного поясу, забезпеченості вологою, складу грунту і ін. У морях і океанах продуктивність залежить від складу води, клімату, течій (вертикальних і горизонтальних), глибини місця, віддаленості від берега, характеру рельєфу, грунту та ін. Найбільш продуктивні екосистеми прибережних мілководних лиманів, широкі гирла річок в межах припливів-зон (естуарії), на суші - заливні луки, в морях і океанах - зони шельфу, зони апвеллинга (підйому вод), підводних гір і височин. Мінімально продуктивні на суші екосистеми пустель (через дефіцит вологи тут слабо розвинені нижчі трофічні рівні), а в океані - відкриті віддалені від берегів зони в центрах великих антіціклоніческіх круговоротов, де відбувається опускання вод і вміст органічних речовин низька.

Первинна продукція в пустелі становить менше 0,5 тис. Ккал / кв. м. поверхні, у відкритих водах океанів і морів далеко від берегів - менше 1,0, в степах, глибоких озерах, гірських лісах, в водах континентальних шельфів океанів і морів-0,5-3,0, у вологих лісах, мілководних озерах , вологих степах і на більшій частині сільгоспугідь -3,0-10,0, в деяких естуаріях, зонах коралових рифів, в наземних спільнотах на алювіальних рівнинах, сільгоспугіддях з витратою додаткової енергії -10,0-25,0 тис. ккал / кв . м поверхні.

Загальна кількість органічної речовини, накопиченого гетеротрофних організмами (консументами 1-3 порядків), називається вторинною продукцією.

1 гектар лісу, в середньому, щорічно сприймає 2,1 х 109 кДж енергії Сонця. Якщо-ж все запасене за рік рослинна речовина спалити, то ми отримаємо лише близько 0,5% цієї енергії. Таким чином, фактична продуктивність фотосинтетиков не перевищує 0,5%. Вторинна продуктивність значно нижче: при передачі від кожного попереднього ланки трофічного ланцюга до подальшого (наприклад, від консументів 1 порядку до консументам 2 порядки і. Т. Д.) Втрачається 90-99% енергії. Наприклад підраховано, що для утворення 1 кг яловичини необхідно 70-90 кг свіжої трави.

Вище ми розглянули продуктивність окремих ланок екосистеми в енергетичних одиницях (кДж), але її можна позначити і в одиницях біомаси.

Розрізняють загальну продуктивність (наприклад, ліси, за період, рівний середньої тривалості життя одного дерева) і поточну продуктивність, або річний приріст. У випадку з лісом перша становить близько 200 куб. м з гектара, а друга - 1.7-2.5 куб. м. Продуктивність екологічних систем і співвідношення в нііх різних трофічних рівнів прийнято виражати у формі пірамід. Перша така піраміда, була побудована Ч. Елтоном.

Додаток 8.

Вплив антропогенного використання біоресурсів на деякі водні екосистеми Світового океану і внутрішніх водойм Росії. (В. і. Саускан)

Біологічні, або живі ресурси, відносяться до категорії поновлюваних вичерпних ресурсів. Їх возобновляемость пов'язана зі здібностями всього живого до відтворення і саморегуляції чисельності, а вичерпність - з принциповою можливістю занепаду чисельності, руйнування і зникнення популяцій і видів живих організмів з екосистем і біосфери Землі під впливом як природних, так і антропогенних чинників.

Загальна біомаса населення Світового океану (без мікрофлори - бактерій і найпростіших) оцінюється величиною в 35-38 млрд. Т, з них 30-35% складають продуценти (водорості) і 65-70% - тварини, консументи 1-3 порядків (Саускан, 1996). Загальна річна біологічна продукція в Світовому океані оцінюється величиною понад 1300 млрд. Т (приблизно 1200 млрд. Т водоростей і 70-80 млрд. Т тварин).

Одним з найважливіших показників інтенсивності процесу біологічного продукування, як відомо, є так званий Р / В коефіцієнт, тобто співвідношення річної продукції до середньорічної біомасі. Цей коефіцієнт найбільш високий у фітопланктону (100-200), у зоопланктону він становить, в середньому, 10-15, у нектону -0,7, у бентоса - 0,5. В цілому, він знижується від нижчих ланок трофічного ланцюга до вищих, тому вищі ланки трофічного ланцюга найбільш уразливі.

Величезні потенційні біологічні ресурси Світового океану, що володіють властивістю відновлюваних, з давніх часів привертали до себе людство. Рибальство та добування інших гідробіонтів з метою забезпечення їжею супроводжувала людині з ранніх етапів його становлення, як людини розумної - Homo sapiens, можливо - і до того (адже ловлять ж рибу багато ссавців). Демографічний вибух, зростання народонаселення планети за останні 2 століття в 6,5 рази (від 905 млн до 5900 млн осіб) супроводжувався не тільки забрудненням атмосфери, літосфери і гідросфери шкідливими для всього живого речовинами, але і все більш збільшується, випереджувальним дефіцитом харчових продуктів для людей.

Природно, що з початку, а ще більшою мірою з середини ХХ століття людство звернуло серйозну увагу на використання ресурсів гідросфери, особливо Світового океану (табл.1).

Таблиця 1

Загальний вилов водних об'єктів в водоймах Землі з 1800 по 2000 рр.

___

Г о д и

1800 1850 1900 1950 2000

___

Чисельність населення Землі, млн. Чол.

800 1000 1550 2501 5900

___

Вилов водних об'єктів,

млн. т 1,2 2,0 4,0 21,9 128

___

Вилов на 1 чол, кг 1,5 2,0 2,6 8,7 21,7

В умовах браку білкової їжі зрозуміла роль Світового океану, як джерела харчових продуктів для людини, особливо для населення країн, традиційно використовують морепродукти в своєму раціоні (Японія, Бірма, Філіппіни, Індонезія, Китай і ін., Де населення більше 50% всіх використовуваних тварин білків отримує за рахунок гідробіонтів, або Індія і Пакистан - більше 30%). Майже у половини населення нашої планети білки риб і інших водних тварин займають домінуюче становище в їжі.

Розкопки багатьох стоянок давньої людини періодів неоліту і палеоліту зазвичай супроводжуються знахідками знарядь лову, раковин молюсків, кісток риб і інших водних тварин. У стародавньому Єгипті, Римській імперії, Карфагені, Китаї та інших країнах ще до нашої ери промисел риб був добре розвинений. Однак бурхливий розвиток рибальства відбулося лише на початку ХХ століття, а особливий стрибок - після другої світової війни.

Проф. П. а. моисеев (1989) на підставі аналізу всіх наявних даних дав оцінку ймовірної рибопродуктивності Світового океану і його районів для традиційних об'єктів рибальства і деяких перспективних об'єктів у відкритих водах океану. Якщо прийняти рекомендовану їм величину в 115 млн. Т за ліміт безущербно річного улову традиційних об'єктів промислу в Світовому океані, то традиційні промислові біоресурси усього Світового океану в 1994 р були освоєні на 78,6%, ресурси Атлантичного океану - на 71,2%, тихого на 83,7% і Індійського - на 68,2%. На 60- 80% освоєні традиційні промислові біоресурси більшості районів північних і південних помірних вод Атлантичного і Тихого океанів, на 30-60% - тропічні зони океанів і менш, ніж на 20% - антарктичні частини океанів. Промисел гідробіонтів, в основному, ведеться такими "неекологічними" методами, як траловий або крючковий промисел, при яких крім виловлених риб гинуть також особини, які пройшли через вічко трала або пошкоджені крючковой снастю. З урахуванням цього можна вважати, що ці види промислу, принаймні в північних помірних водах Атлантичного і Тихого океанів, вже досягли свого максимуму для традиційних об'єктів або наближаються до нього, а в ряді випадків має місце так званий "перелов", що призводить до стійкого зниження рівня відтворення запасів тих чи інших видів риб і, як наслідок, зміни структури спільнот в екосистемах. Те ж саме відноситься і до екосистемам внутрішніх водойм, зокрема на території колишнього СРСР, де інтенсивний промисел водних об'єктів супроводжувався зарегулюванням (будівництвом дамб) і забрудненням стоку великих річок, наприклад, відносяться до басейнів Чорного, Каспійського, Азовського і Аральського морів.

Вторгнення людини в структуру водних екосистем планети можна прирівняти до появи в них нового активного та володіє великою чисельністю і біомасою консумента 3 порядку (хижака), конкурента хижих гідробіонтів. Людина як би почав витісняти в водних екосистемах своїх конкурентів - хижих гідробіонтів, в результаті чого ці екосистеми в ряді випадків змінили свою трофічну структуру. Якщо припустити, що загальні улови в певній мірі характеризують стан запасів традиційних об'єктів промислу, то можна зробити висновок, що частка риб - хижаків в екосистемах, в середньому, скоротилася внаслідок антропогенного впливу приблизно з 30% до 20%, частка риб-бентофагов - з 9 до 4%, а частка риб -планктофагов зросла, відповідно, з 61 до 76%. Падіння частки риб-хижаків в уловах, в середньому, приблизно на 10%, ми пов'язуємо з заняттям людиною цієї екологічної ніші. Проаналізуємо як приклад макрозмін в структурі уловів риб самого інтенсивно експлуатується району Атлантичного океану - Північно-Східної Атлантики. Якщо вибірково об'єднати риб з переважанням хижого харчування в одну групу (в СВА це великі тріскові, крім путасу, тунці та інші скумбрієві, палтуси і інші камбалообразних, зубатки, акули і скати), а риб з переважанням харчування планктоном - до другої групи (оселедцевих , ставрідовие, серебрянки, мойва, піщанка, дрібні тріскові і ін.,), то до

1974 р явно домінувала в уловах перша група, а після 1974 р - друга (рис.2).

В цілому, в СВА тенденція та ж, що і для всієї гідросфери, тобто в останні десятиліття відзначається зниження ролі хижаків (консументів 2-3 порядки) і збільшення ролі планктофагов (консументів 1-2 порядків).

Абсолютно аналогічну картину змін в 1950-1990 рр трофічної структури рибних спільнот екосистем водойм ми бачимо у внутрішніх водоймах СРСР, включаючи Чорне, Азовське, Каспійське і Аральське моря (ріс.3-5). Що стосується екосистем внутрішніх водойм СРСР, то на макрозмін їх трофічної структури, паралельно з впливом інтенсивного промислу, очевидно, справила значний вплив і збільшення забруднених стоків і будівництво гребель, особливо в басейнах Каспійського, Азовського, Чорного і Аральського морів. В результаті гидростроительства виникли перепони на міграційних шляхах цінних прохідних видів риб, зменшився стік річок, скоротилися паводки, що спричинило негативний вплив на відтворення ці риб. Речовини-поллютанти, як відомо, в максимальних кількостях накопичуються в гідробіонтах вищих трофічних рівнів (у консументов 2-3 порядків), тому саме їх смертність, мабуть, зросла в більшій мірі, ніж смертність консументов 1 порядку.

Щоб методами біомеліораціі відновити природну вищу частку риб-консументів вищих порядків у водних екосистемах (а саме ці риби є найбільш цінними в харчовому відношенні для людини), необхідно, на наш погляд, тимчасово перенести центр ваги рибальства на нижчі ланки трофічного ланцюга, що володіють найбільш високою відтворювальної здатністю, і дати час рибам-хижакам на відновлення своїх природних запасів.

Людина, як вид Homo sapiens, є рівноправним з іншими видами живого світу структурним елементом біосфери, які потребують повноцінному білковому харчуванні, тому з екологічних позицій впровадження людини в трофічні ланцюги гідросфери цілком природно і навіть необхідно.

Більш того, людина розумна повинен навчитися так перебудовувати трофічні ланцюги екосистем, щоб вони були і стійкими, і корисними для людини.

Інша справа, що втручання людини в природні екосистеми не обмежується тільки впровадженням в трофічні ланцюги, але і супроводжується зміною, наприклад, зменшенням стоку річок в моря і великі озера через будівництво гребель для гідроелектростанцій, забрудненням природного середовища. Ось тут людина зобов'язана застосувати свій розум і волю, вжити дієвих заходів до скорочення викидів полютантів в зовнішнє середовище, пошуку та впровадження альтернативних джерел енергії.

Література до додатка 8

Моїсеєв П. а. Біологічні ресурси Світового океану. Москва, ВО

"Агропромиздат", 1989, с.1-367.

Саускан В. і. Екологія та біологічна продуктивність океану. Калінінград,

Калінінградський Держуніверситет, 1996, с. 1-70.

Yearbook of fishery statistics. Vol.74. 1992. Roma, 1994..

Fishery information, Data and Statistics Unit (FIDI).

An analynical tool for global Catch time Series: 1950-1994. Rel.1996, FAO, Roma.




Конференції. Поняття про сталий розвиток. Екологічне право. | Рамкова Конвенція ООН про зміну клімату, спрямована на стабілізацію концентрацій газів, що викликають "парниковий ефект" в атмосфері. | Додаток 1. | Радіаційна обстановка (по В. л. Болдирєва та В. і. Сухоруков, 1999) | Стан здоров'я населення (по Г. м. Барінової). | Першочергові заходи щодо вирішення медико-екологічних проблем | ДОДАТОК 2 | Додаток 3. | Біорізноманіття в Калінінградській області і проблеми його збереження. | Додаток 5. |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати