загрузка...
загрузка...
На головну

Екосистеми і їх основні властивості

  1.  FH 05 Основні принципи
  2.  FL 01 05 Е Основні принципи.
  3.  FL 01 10 Е Основні положення.
  4.  FL 01 25 Е Основні цілі та діяльність.
  5.  FS 05 Основні принципи
  6.  I Фізичні властивості будівельних матеріалів
  7.  I. Оксиди їх отримання і властивості

екосистема - Це грецьке слово oikos - хата, system - Ціле, тобто складене з частин або з'єднання. Цей термін ввів в екологію Анрі Баррі Тенсли (1935 р). Він писав: «Хоча організми можуть претендувати на те, щоб їм приділяли основну увагу, проте, якщо глибше вдуматися, ми не можемо відокремити їх від конкретної навколишнього середовища, разом з якою вони складають єдину фізичну систему. Такі системи, з точки зору еколога, є основними одиницями природи на земній поверхні ». А. Тенсли представляв екосистему як поєднання біотопу і біоценозу.

Отже, екосистема - це історично сформовані в біосфері і на тій саме території або акваторії відкриті, але цілісні і стійкі системи живих (автотрофних продуцентів і гетеротрофів - консументов і редуцентов) і неживих (абіотичного середовища) компонентів.

За К. Віллі, під терміном «екосистема» екологи розуміють природну одиницю, що представляє сукупність живих і неживих елементів: в результаті взаємодії цих елементів створюється стабільна система, де має місце круговорот речовин між живими і неживими частинами.

У даних визначеннях екосистема характеризується потоками енергії і можливістю її накопичення, внутрішніми і зовнішніми круговоротами речовин, які мають здатність до регулювання всіх процесів в ній (рис.3.7). Екологічна система вважається основної (головної) функціональною одиницею в екології, так як в неї входять живі організми і нежива середовище, що елементи, взаємовпливаючі один на одного і забезпечують необхідні умови для підтримки життя в тій формі, яка існує на нашій планеті.


 Плотояд- ні
 Траво-ядние
 Проду-центи
 сонце


 Дихання, СО2

рис.3.7. Схема головних складових частин екосистеми
 (По Е. А. Крікуновскому, 1995 г.)

Екосистема як природний комплекс, утворений живими організмами і середовищем їхнього життя, пов'язані між собою обміном речовиною і енергією, є одним з головних понять в екології.

Екосистеми розрізняють за такими рангах:

- мікросистеми (наприклад, невелика водойма, калюжа, трухлявий пень в лісі і т. Д.);

- мезоекосістеми (ліс, річка, ставок і т. Д.);

- макроекосистеми (океан, континент, аеротоп);

- глобальна екосистема (біосфера в цілому).

З даної ієрархічності випливає, що великі екосистеми включають в себе екосистеми нижчого рангу.

Біоценоз і біотоп впливають один на одного, що проявляється в основному в безперервному обміні речовиною і енергією як між двома складовими, так і всередині кожної з них. Екосистема ж включає в себе спільноти (фітоценози, зооценози, мікробіоценози, мікоценози), об'єднані харчовими і хорологическая (просторовими) зв'язками, а також такі фактори середовища, як екотопів, кліматоп і едафотоп. Природні екологічні системи - це відкриті системи, в яких розглядають середу на вході і виході (рис.3.8).

Постійне існування організмів в будь-якому обмеженому просторі можливо лише в екосистемах, всередині яких відходи життєдіяльності одних видів організмів утилізуються іншими видами. Отже, будь-яка екосистема, здатна до тривалого існування, повинна включати в себе автотрофи, гетеротрофи і редуценти (сапрофіти), які харчуються відумерлою речовиною, але навіть така екосистема не застрахована від загибелі. Стійкість екосистем визначається відповідністю видового складу до умов життя і ступенем розвиненості цих систем.

 середа


середа

       
   
 Система в своїх кордонах


 перероблена


 Енергія і речовина

 міграція організмів

На вході JF + S + OE = Екосистема

На виході

Речовина і організм

Рис.3.8. Функціонування екосистеми (по Одуму, 1986 р)

Можливі зміни середовища сильно коливаються і залежать від багатьох змінних розмірів системи (чим система більше, тим менше вона залежить від зовнішніх впливів); інтенсивності потоків речовин і енергії (чим він інтенсивніше, тим більше їх відтік і приплив); збалансованості автотрофних і гетеротрофних процесів (чим більше порушено цю рівновагу, тим сильніше повинен бути зовнішній приплив речовин і енергії для її відновлення); стадії і ступеня розвитку екосистеми. За своєю суттю екологічна система являє собою комплекс, в якому між абіотичними і біотичними елементами відбувається постійний обмін речовиною, енергією та інформацією.

Оцінка якості екосистем.Екологіческіезакономерності і основні поняття екології сприяють визначення якісного і кількісного стану екосистеми.

Під кількісним станом екосистеми розуміється її продуктивність, під якісним - стійкість по відношенню до несприятливих факторів впливу. Ці ж закономірності сприяють визначення якісного і кількісного стану біоценозів тієї чи іншої екосистеми.

згідно першій закономірності екосистема повинна відповідати особливостям середовища, другий - Біоценоз по можливості повинен бути відносно дешевим, третьої і четвертої - Екосистема повинна забезпечувати максимальну утилізацію і стійкість. Наприклад, якщо ми створюємо в екосистемі промислове виробництво, то ми повинні робити оборотну систему водопостачання; залишкові відходи виробництва - утилізувати і переробляти; залишкове ж тепло - використовувати для інших технологічних процесів, на обігрів теплиць і т. Д. Академік С. Шварц запропонував оцінювати якість екосистем за п'ятьма ознаками: по біомасі, продуктивності, завадостійкості, швидкості обміну і резервування.

біомаса всіх основних складових повинна бути високою і співвіднесені з іншими компонентами екосистеми. Якщо взяти агроекосистем, то її особливістю є переважання фітомаси над зоомасси, яке виражене в різкій формі, вона забезпечує продукування кисню, виробництво продуктів тваринного і рослинного походження.

продуктивність екосистеми - це вихід продукції з одиниці площі, обсягу (біогеоценозу і екосистеми), коли досягається її максимум, вона повинна задовольняти всі потреби і зберігати екосистему в стійкому стані. Як негативний приклад можна привести безконтрольну вирубку лісів, внаслідок цього знижується біомаса лісових масивів і це може привести до знищення екосистеми протягом декількох років.

перешкодостійкість - Це стійкість екосистеми до забруднення до певної межі, яка не виводить її з ладу. В даний час велика кількість екосистем вкрай не стійкі, в них можна бачити лише дві умовно позитивні сторони: вони давали і дають нам можливість нарощувати матеріальні блага і вони ж викликали «екологічна криза». Стійкість екосистеми поділяють на резистентну стійкість і пружну. резистентна стійкість (опірність) - це властивість (здатність) екосистеми чинити опір порушень, підтримуючи свою структуру і функцію. пружна стійкість - здатність системи швидко відновлюватися після порушення структури і функції.

швидкість обмінуречовиною і енергією протікає в екосистемі з такою інтенсивністю, що при великому забрудненні забезпечується швидка її біологічна очистка. Але швидкість - очищення не самоціль! Наприклад, надмірне хлорування води прискорює процес її знезараження, але сполуки хлору в воді можуть дати діоксини - супертоксиканти, небезпечні для живих організмів, в тому числі і самої людини. Хлор руйнує зубну емаль, а це призводить до карієсу зубів. Прийом озонування води дорожче, але безпечніший для екосистеми і людини.

резервування - Це здатність екосистеми до швидкої перебудови і пристосування до умов, що змінилися без втрат інших позитивних властивостей. Людина повинна прагнути створювати хороші екосистеми всюди, де потрібно і де це можливо. Він повинен не погіршувати, а покращувати навколишнє природне середовище: шляхом ліквідації вогнищ особливо небезпечних захворювань, різко скорочувати площі розмноження сарани, зупинити рух пісків і т. Д. Тут доречно послатися на принцип Ле Шательє-Брауна: при зовнішньому впливі, що виводить екологічну систему з стану стійкої рівноваги, рівновага завжди зміщується в тому напрямку, при якому ефект впливу послаблюється.

Просторова структура екосистем викликана тим, що автотрофні і гетеротрофні процеси зазвичай розділені в просторі. Перші активно протікають в верхніх шарах, де доступний сонячне світло, а другі інтенсивніше в нижніх шарах (ґрунтах і донних відкладеннях). Крім того, вони розділені і в часі, оскільки існує часовий розрив між освітою органічних речовин рослинами і мінералізацією їх консументами.

З точки зору просторової структури в природних екосистемах можна виділити наступні яруси:

- верхній, автотрофний ярус або зелений пояс Землі, Який включає рослини або їх частини, що містять хлорофіл: тут відбувається фіксація сонячної енергії, використання неорганічних сполук і накопичення енергії в складних синтезованих рослинами речовинах;

- Нижній, гетеротрофних ярус або «Коричневий пояс» Землі, представлений ґрунтами, донними опадами, в яких переважають процеси розкладання мертвих органічних залишків рослин і тварин.

Екосистеми є відкриті нерівноважні термодинамічні системи, постійно обмінюються з навколишнім середовищем енергією і речовиною, зменшуючи тим самим ентропію всередині себе, але збільшуючи її зовні, відповідно до законів термодинаміки. Здатність живих організмів знижувати невпорядкованість всередині себе інтерпретується як здатність накопичувати негативну ентропію - негентропії.

Енергія в екосистемах. енергія ? це одна з основних властивостей матерії, яка здатна виробляти роботу, а в широкому розумінні енергія сила. Вона ? джерело життя, основа і засіб управління всіма природними системами, рушійна сила світобудови. Фундаментальні закони термодинаміки мають універсальне значення в природі, а розуміння цих законів важливо для забезпечення ефективного підходу до проблем природокористування.

Ексергія - це максимальна робота, яку здійснює термодинамічна система при переході з даного стану в стан фізичного рівноваги з навколишнім середовищем.

Ексергією називають корисну роботу бере участь в якомусь процесі енергії, величина якої визначається ступенем відзнаки якогось параметра системи від його значення в навколишньому середовищі.

Перший закон термодинаміки - Закон збереження енергії - говорить: енергія не створюється і не зникає, а перетворюється з однієї форми в іншу. На землі енергія Сонця перетворюється за допомогою фотосинтезу в енергію їжі. Екологія розглядає тут тільки існуючий зв'язок між сонячним світлом і екологічними системами, в яких відбувається перетворення енергії Сонця в енергію органічної речовини.

Згідно з другим законом термодинаміки будь-який вид енергії в кінцевому рахунку переходить в форму, найменш придатну для використання і найбільш розсіюється - ентропію, яка стає недоступною для використання. Для всіх енергетичних процесів характерний процес переходу від більш високого рівня організації (порядку) до нижчого (безладдя). Тенденція енергії до деградації виражається терміном «зростання ентропії». Ентропія ж є мірою безладдя. Енергія їжі, поглинена тваринами, частково йде на перебіг біохімічних процесів в організмі, а частково перекладається в теплоту для обігріву тіла.

Жива матерія відрізняється від неживої здатність акумулювати з навколишнього простору вільну енергію і перетворювати її так, щоб протистояти ентропії. У природі показником якості енергії сонячного світла вважається освіту більш високоякісної форми енергії (табл.3.2).

Таблиця 3.2. Якісний стан одержуваної енергії, ккал

 Джерело енергії  Витрати енергії для отримання більш якісної енергії
 сонячна радіація
 біомаса рослин
 ДревесінаУгольЕлектроенергія  1.00.2 кВт ? год

Так, від 2000 ккал сонячної енергії, що надходить на листову поверхню рослин, виходить 200 ккал харчової енергії, а енергія, укладена в деревині, становить всього 20, у вугіллі - 1,0 ккал. При перекладі вугільної енергії в електричну енергію виходить всього лише тільки 0,2 кВт · год.

Щоб сонячна енергія виконувала ту ж роботу, яку може виконувати електрична енергія, її якість необхідно підвищити в 10 тис. Разів. На кожному новому рівні 90% потенційної енергії розсіюється, переходячи в тепло. Людині для фізіологічного функціонування в рік потрібно близько 1 млн ккал енергії їжі. Людство виробляє всього приблизно 8 • 1015 ккал енергії (при населенні 6,7 млрд чоловік), але ця енергія розподілена по території планети вкрай нерівномірно. Наприклад, в місті споживання енергії на людину сягає 80 млн ккал на рік, це кількість енергії розподіляється на всі види діяльності (транспорт, домашнє господарство, промисловість), т. Е людина витрачає в 80 разів більше енергії, ніж необхідно для функціонування організму.

В даний час людство знаходиться в стадії енергетичної кризи і характер майбутньої цивілізації, його якість і склад лімітуються, в першу чергу, енергетичними затратами. Вихід для людського суспільства з даного кризового стану - використання альтернативної енергії та великомасштабне енергозбереження.

Закон максимілізації енергії (Г. Одум-Ю. Одум): в сопернічесве з іншими екосистемами виживає (зберігається) та з них, яка найкращим чином сприяє надходженню енергії і використовує максимальне її кількість найефективнішим способом.

Морські екосистеми.Глибина океану достатня велика, місцями доходить до 11,5 км. На відміну від суші і прісних вод, морська екосистема неперервна. Життя в океані існує у всіх його куточках, але найбільш багата поблизу материків і островів. В океані практично відсутні абіотичні зони незважаючи на те, що бар'єрами для пересування тварин є температура, солоність і глибина.

Завдяки постійно діючим ветрам-пасатам,в океанах і морях відбувається постійна циркуляція води за рахунок потужних течій (Гольфстрім - тепла, Каліфорнійське - холодне і ін.), що виключає дефіцит кисню в глибинах океану.

Найбільш продуктивні в Світовому океані місця апвелінг. апвелінг - процес підйому холодних вод з глибини океану, де вітри постійно перемішують теплу воду у крутого материкового схилу, замість якої з глибини піднімається холодна вода, збагачена биогенами. Там, де немає цього водообміну, біогенні елементи з занурилися органічних залишків на тривалий час залишаються в донних відкладеннях. Високопродуктивні і багаті вони биогенами, за рахунок привноса їх з суші, води естуарієв (дельт).
 Ю. Одум називає це явище аутвелінгом.

У прибережній зоні вельми велика роль припливів і відливів, викликаних тяжінням Місяця і Сонця. Вони забезпечують помітну періодичність в житті спільнот (біологічний годинник). Для морських водойм характерна стійка лужне середовище: рН = 8,2, але співвідношення солей і солоність змінюються. У воді солонуватих гирла річок прибережної зони солоність значно коливається по сезонах року. Тому організми в прибережній зоні Евригалінні, в той час як у відкритому океані стеногалінние.

Біогенні елементи - важливий фактор, що лімітує в морському середовищі, де їх міститься декілька частин на мільйон частин води. До того ж час перебування їх у воді поза організмів набагато коротше, ніж натрію і магнію та інших елементів. Біогенні елементи, розчинені у воді швидко перехоплюються організмами і потрапляють в їх трофічні ланцюги, вони практично не потрапляють в гетеротрофну зону (не проходять біологічний круговорот). Тому низька концентрація біогенних елементів в морській воді не говорить про їх загальному дефіциті.

Головним фактором, який диференціює морську біоту, є глибина води в морях і океанах. В цілому товщу морської води в розрізі поділяють на такі зони: евфотіческойзона - сама верхня частина океану, куди проникає світло і де створюється первинна продукція. Її потужність доходить у відкритому океані до 200 м, а в прибережній частині - не більше 30 м. Це порівняно тонка плівка, яка відділяється компенсаційної (до 1,0 - 1,5 км) зоною від значно більшої водної товщі, аж до самого дна -афотіческой зони.

Так само як і в прісноводних лентіческіх (текучих) екосистемах, все населення океану ділиться на планктон, нектон і бентос. Планктон і нектон, тобто все, що живе у відкритих водах океану, утворює так звану пелагическую зону.

Биотическое співтовариство кожної з перерахованих вище зон, крім евфотіческой, розділяється на бентосні і пелагічні зони. У них до первинних консументам відносять зоопланктон, комах в море екологічно замінюють ракоподібні. Переважна кількість великих тварин - хижаки. Їх мало в прісноводних системах. Багато з них нагадують рослини і звідси їх назви, наприклад, морські лілії. Тут широко розвинені мутуалізмом і комменсализм. Всі тварини бентосу в своєму життєвому циклі проходять пелагическую стадію у вигляді личинок.

Характеристика морських екосистем.Область континентального шельфу, неретіческая область, обмежена глибиною 200 м, яка становить близько 8% площі океану
 (29 млн км2). Прибережна зона сприятлива за умовами харчування, навіть в дощових тропічних лісах немає такого розмаїття життя як тут. Дуже багатий кормом планктон за рахунок личинок бентосной фауни. Личинки, які залишаються нез'їденими, осідають на субстрат і утворюють або епіфауну (прикріплену), або Інфауна (закопують).

Області апвелінг розташовані уздовж західних пустельних берегів континентів. Вони багаті на рибу і птахами, які живуть на островах. Але при зміні напрямку вітру відбувається цвітіння планктону і спостерігається масова загибель риб внаслідок евтрофікації.

лимани -це напівзамкнуті прибережні водойми, є екотопи між прісноводними і морськими екосистемами. Лимани зазвичай входять в материкову (прибережну) зону, схильні до припливи і відпливи. Лимани високопродуктивні і є пастками біогенних речовин. Служать вони місцем відгодівлі молоди і багаті цілим комплексом морепродуктів (риба, краби, креветки, устриці і т. Д.). Потрапляючи в сферу господарської діяльності, втрачають значно свою продуктивність внаслідок забруднення водного середовища.

Океанічні області,евфотіческой зона відкритого океану, бідна біогенними елементами. Певною мірою ці води по продуктивності можна прирівнювати до наземним пустелях. Арктичні і антарктичні зони набагато продуктивніше, так як щільність планктону зростає при переході від теплих морів до холодних, і фауна риб і китоподібних значно багатшими.

Фітопланктон є первинним джерелом енергії в харчових ланцюгах пелагической області - продуцентом. Великі риби і тварини тут є переважно вторинними консументами, що харчуються зоопланктоном. Продуцентом для зоопланктону є як фітопланктон, так і планктоновие личинки молюсків, морських лілій і т. Д.

Видове різноманіття фауни знижується з глибиною і тим не менше різноманітність риб в зоні велике, незважаючи на те, що практично позбавлена ??продуцентів. Різноманітність пов'язано зі стабільністю умов в абісальної зоні (на глибині від 2000 до 5000 м) протягом тривалого геологічного часу, що сповільнило еволюцію і зберегло багато видів з далеких геологічних епох.

Океан є колискою життя на планеті і ще безліч загадок зберігають його водні товщі і океанічне ложе. Поява життя в океані поклало початок формуванню біосфери. І зараз, займаючи більш 2/3 поверхні суші, він визначає багато в чому, в поєднанні з материковими екосистемами, цілісність сучасної біосфери Землі.




 Під системою розуміються впорядковано взаємодіючі і взаємозалежні компоненти, що утворюють єдине ціле. |  Предмет і методи екологічних досліджень |  Зв'язок екології з іншими науками |  Поняття про середовище існування та адаптації |  Екологічні фактори та типи реакцій організмів на зовнішні впливи |  Загальний характер дії екологічних факторів і поняття про лімітують умовах навколишнього середовища |  Фітоценоз і екологічна ніша |  Еуксерофіти і стінаксерофіти. |  Харчові ланцюги, мережі та трофічні рівні |  Відносини організмів в біоценозах |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати