главнаяреклама на сайтезаработоксотрудничество База знаний Allbest
 
 
Сколько стоит заказать работу?   Искать с помощью Google и Яндекса
 


Экосистема

Предмет экологии, ее структура, задачи. Определение и концепция экосистемы. Изучение экосистем как единых природных комплексов, образованных живыми организмами и средой их обитания. Биотический компонент экосистем. Пищевые цепи и трофические уровни.

Рубрика: Экология и охрана природы
Вид: реферат
Язык: русский
Дата добавления: 30.01.2010
Размер файла: 46,7 K

Полная информация о работе Полная информация о работе
Скачать работу можно здесь Скачать работу можно здесь

рекомендуем


Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже.

Название работы:
E-mail (не обязательно):
Ваше имя или ник:
Файл:


Cтуденты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны

Подобные работы


1. Пищевые цепи и трофические уровни
Биотический круговорот в природной системе. Группы организмов, и трансформация энергии в биогеоцинозе. Трофическая структура экосистемы. Типы пищевых цепей. Графическая модель экологических пирамид и способы ее построения. Пищевые связи водоема и леса.
контрольная работа [1008,3 K], добавлена 12.11.2009

2. Характеристика экосистем
Экосистема ­- основная функционирующая единица в экологии. Примеры природных экосистем, основные понятия и классификация, условия существования и видовое разнообразие. Описание круговорота, осуществляемого в экосистемах, специфика динамических изменений.
лекция [630,2 K], добавлена 02.12.2010

3. Концепция биопродуктивности экосистем, экологический мониторинг и финансирование экологических программ
Экосистемный подход в экологии, предмет его исследования. Структура и компоненты экосистемы. Задачи и перечень мероприятий по проведению экологического мониторинга. Процесс эвтрофирования водоемов. Планирование и финансирование экологических программ.
контрольная работа [18,3 K], добавлена 08.02.2010

4. Экосистемы
Основные понятия и структура экосистем. Классификация природных экосистем. Экономический механизм охраны природной среды. Охрана земель, рациональное использование и контроль за их использованием. Рекультивация земель. Лесные полосы вдоль железных дорог.
контрольная работа [386,7 K], добавлена 22.02.2010

5. Виды и особенности экосистем
Особенности взаимосвязи живых организмов друг с другом со средой обитания. Понятие и виды экосистем, их значение в природе и жизни человека. Оценка экологического состояния Челябинской области. Методика ознакомления старших дошкольников с экосистемами.
реферат [19,1 K], добавлена 22.05.2013

6. Биоценоз границы лесной экосистемы
Изучение биоценоза границы лесной экосистемы и агроэкосистемы как результата взаимодействия естественной и искусственной экосистем. Взаимодействие человека с окружающей средой в сельскохозяйственном производстве. Видовой состав фитоценоза и зооценоза.
доклад [23,5 K], добавлена 18.07.2010

7. Основные принципы строения и функционирования экосистем и обитаемой биосферы в целом
Экосистема как совокупность физико-химических и биологических компонентов. Осуществление биотического круговорота веществ, благодаря направленному потоку энергии. Разделение экосистемы на блоки, характер связей в ней. Продуктивность трофических уровней.
реферат [736,6 K], добавлена 08.09.2009

8. Структура и компоненты экосистем
Структуры экосистем и их основные характеристики. Интенсивность потоков вещества из неорганической природы в живые тела. Сущность понятия "биогеоценоз". Наземные, пресноводные и морские экосистемы, их климатические особенности, растительный мир.
реферат [33,3 K], добавлена 06.03.2011

9. Строение и типы экосистем
История, концепция и понятие "экосистемы" (биогеоценоза). Ее основные компоненты, строение и механизмы функционирования. Пространственные, временные границы и ранжирование экосистемы (хорологический аспект). Искусственные экосистемы, созданные человеком.
презентация [1,6 M], добавлена 01.02.2012

10. Водные экосистемы Башкортостана
Реки, озера, водохранилища Башкортостана. Антропогенное воздействие на водные экосистемы. Трофические группы организмов водных экосистем - продуценты, консументы и редуценты. Характеристика экологических групп макрофитов и микрофитов, планктона и бентоса.
контрольная работа [14,2 K], добавлена 07.10.2009


Другие работы, подобные Экосистема


5

Реферат

ЭКОСИСТЕМА

План

Введение

Определение экосистемы. Концепция экосистемы.

Функциональные блоки экосистемы. Классификация экосистем.

Энергия в экосистеме. Пищевые цепи.

Биологическая продукция и запас биомассы.

Заключение.

Список литературы.

Введение

Предмет экологии, ее структура, задачи

Экология -- (от греч. «ойкос» -- дом, жилище и «логос» -- учение) -- наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально она развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой.

Главный объект изучения в экологии -- экосистемы, представляющие собой единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой их обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень), биотических сообществ, т. е. совокупностей популяций (биоценологический уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).

Общие закономерности взаимоотношений любых живых существ, включая и человека как биологическое существо, изучает наука -- общая экология, в состав которой входят следующие разделы: аутэкология, исследующая индивидуальные связи отдельного организма (особи) с окружающей средой; популяционная экология (демоэкология), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов; синэкология (биоценология), изучающая взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.

Главной целью всех этих направлений является изучение проблемы выживания живых существ в окружающей среде, и задачи перед ними стоят биологического содержания -- изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы в целом, и т. д. В таком понимании общую экологию нередко называют биоэкологией.

Кроме того, экология классифицируется с точки зрения изучения экологических процессов во времени на историческую и эволюционную, а с точки зрения изучения конкретных объектов и сред -- на экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.

В настоящее время экология вышла за рамки сугубо биологической науки и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Тем самым экология прошла сложный и длительный путь к осознанию проблемы «человек -- природа», опираясь на исследования взаимодействий в системе «организм -- среда». Актуальность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» всех наук и других отраслей человеческой деятельности, т. е. к обязательному учету ими законов и требований экологии.

В таком качестве экологию можно разделить на две части -- теоретическую и прикладную экологию.

Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни в экосистемах и самой биосфере как глобальной экосистеме Земли, на основе законов общей экологии, учения о биосфере и положений экологии человека.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального природопользования на основе законов, правил и принципов фундаментальной (теоретической) экологии,

В XXI в. экология возведена в ранг обобщающей науки, которая включает в себя экологические направления самых различных наук. Так, например, на стыке экологии с другими науками получили развитие такие новые направления, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, промышленная экология, космическая экология и т. д.

Экологическими проблемами Земли как планеты занимается глобальная экология, объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема (экосфера), а взаимоотношениями в системе «человеческое общество -- природа» -- социальная экология. Одним из новых самостоятельных ответвлений экологии человека становится быстро развивающаяся отрасль -- валеология, рассматривающая вопросы приобретения человеком навыков здорового образа жизни.

Экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая и международное право), психологией и педагогикой и т. п. Ее методическую основу составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.

Задачи экологической науки состоят в следующем:

* разработка теории и методов оценки устойчивости экологических систем на всех уровнях, включая биосферный;

* исследование проблем популяционной экологии, экологии биотических сообществ, сохранения биоразнообразия в природе, регулирующего воздействия биоты на окружающую среду;

* изучение и прогнозирование изменений биосферы под влиянием природных и антропогенных факторов и оценка экологических последствий этих изменений;

* оценка состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;

* разработка и совершенствование методов управления качеством окружающей среды;

* формирование биосферного мышления и экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали;

* оптимизация экономических, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития общества и государства.

Определение экосистемы. Концепция экосистемы

Экосистема - основное понятие экологии

Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам.

Экологическая система, или экосистема, -- это «объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией» (Закон РФ «Об охране окружающей среды», 2002, ст. I). В настоящее время концепция экосистемы играет весьма важную роль в экологии благодаря гибкости самого понятия: к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания -- от пруда до Мирового океана и от пня в лесу до обширного лесного массива -- тайги и т.п.

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.

Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических.

Природные экосистемы -- это открытые системы, они должны получать и отдавать вещества и энергию. Запасы веществ, усвояемые организмами и прежде всего продуцентами, в природе не безграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы невозможна. Вечный круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, которые осуществляют и поддерживают поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.

Таким образом, 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. Грозящая всему человечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которым должна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человека выведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразия взаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивое состояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед за ней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шанс приспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и скорее всего, исчезнет первым. Поучительным и наглядным тому примером является история острова Пасхи.

На одном из полинезийских островов, носящем название острова Пасхи, в результате сложных миграционных процессов в VII веке возникла замкнутая изолированная от всего мира цивилизация. В благоприятном субтропическом климате она за сотни лет существования достигла известных высот развития, создав самобытную культуру и письменность, до наших дней не поддающуюся расшифровке. А в XVII веке она без остатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затем погубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитян не осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные "ноевы ковчеги" - лодки или плоты. В память о себе исчезнувшее сообщество оставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами - свидетелями былого могущества.

С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса:

I) верхний -- автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий фотосинтезирующие организмы

2) нижний -- гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ снова до простых минеральных образований.

Однако в экосистеме следует выделять ряд компонентов:

1) неорганические вещества, участвующие в круговоротах;

2)органические соединения, связывающие биотическую и абиотическую части;

3) воздушная, водная и субстратная среда с абиотическими факторами;

4) продуценты -- автотрофные организмы, (создатели первичной биологической продукции в экосистеме);

5) консументы, или фаготрофы (пожиратели), -- гетеротрофные организмы, (организмы, питающиеся живым или мертвым органическим веществом) ;

6) редуценты, или сапротрофы (питающиеся гнилью), -- гетеротрофные организмы,(организмы, которые в ходе жизнедеятельности превращают органические остатки в неорганические вещества, обеспечивая возвращение содержащихся в них элементов в круговорот веществ).

3. Функциональные блоки экосистемы. Классификация экосистем

Экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется в следующем. Из элементов неживой природы, главным образом молекул CO2 и H2O, 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. Чтобы эти процессы были уравновешены, природа за миллиарды лет отработала определенную структуру живого вещества системы.

Движущей силой в любой материальной системе служит энергия.

В экосистемы она поступает главным образом от Солнца. Растения за счет содержащегося в них пигмента хлорофилла улавливают энергию излучения Солнца и используют ее для синтеза основы любого органического вещества - глюкозы C6H12O6.

Кинетическая энергия солнечного излучения преобразуется таким образом в потенциальную энергию, запасенную глюкозой.

Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани растительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество планеты.

Кроме растений продуцировать органическое вещество могут некоторые бактерии. Они создают свои ткани, запасая в них, как и растения, потенциальную энергию из углекислого газа без участия солнечной энергии. Вместо нее они используют энергию, которая образуется при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа и особенно серы (в глубоких океанических впадинах, куда не проникает солнечный свет, но где в изобилии скапливается сероводород, обнаружены уникальные экосистемы). Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому организмы называются хемосинтетиками.

Таким образом, растения и хемосинтетики 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.

Первичными консументами или консументами первого порядка - это животные, питающиеся непосредственно продуцентами. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы. Например, кролик, питающийся морковкой, - это консумент первого порядка, а лиса, охотящаяся за кроликом, - консумент второго порядка. Некоторые виды живых организмов соответствуют нескольким таким уровням.

Например, когда человек ест овощи - он консумент первого порядка, говядину - консумент второго порядка, а употребляя в пищу хищную рыбу, выступает в роли консумента третьего порядка.

Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными или фитофагами.

Консументы второго и более высоких порядков - плотоядные. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным, например, человек.

Мертвые растительные и животные остатки, например опавшие листья, трупы животных, продукты систем выделения, называются детритом.

Это органика!

Существует множество организмов, специализирующихся на питании детритом. Они называются детритофагами. Примером могут служить грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.п. Как и в случае обычных консументов, различают первичных детритофагов, питающихся непосредственно детритом, вторичных и т. п.

Наконец, значительная часть детрита в экосистеме, в частности опавшие листья, валежная древесина, в своем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессе питания ими грибов и бактерий.

Поскольку роль грибов и бактерий столь специфична, их обычно выделяют в особую группу детритофагов и называют редуцентами.

Редуценты служат на Земле санитарами и замыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду.

Таким образом, 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.

Самая крупная экосистема - это биосфера, включающая все экосистемы Земли, которые связаны через атмосферу и мировой океан.

В состав экосистемы (рис.) входят уже рассмотренные функциональные группы организмов (продуценты, консументы, редуценты; вместе они объединяются понятием «биота»), факторы абиотической среды (ресурсы и условия) и детрит - мертвое органическое вещество, временно исключенное из биологического круговорота.

 

РАСТЕНИЯ

 

ЖИВОТНЫЕ

ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

 

ГРИБЫ

 

 

БАКТЕРИИ

 

 

 

 

 

АБИОТИЧЕСКИЕ (климат, рельеф, свет.тепло,

химические и

 условия

механические факторы)

 среды

 

 

 биотческие

 

 

..(взаимоотношения организмов)

ДЕТРИТ -

мёртвое органическое вещество


Рисунок 1.

Время сохранения детрита может быть коротким (трупы и экскременты животных перерабатываются личинками мух за несколько недель, листья в лесу за несколько месяцев, стволы деревьев - за несколько лет) или очень долгим (гумус, сапропель, торф). Главным хранителем детрита в экосистеме иммнется почва.

Важным компонентом многих экосистем является человек.

В таблице приведена классификация экосистем

Таблица 1.

Классификация экосистем

Тип жосистем

Автотрофные

Гетеротрофные

фотоавтотрофные

хемоавтотрофные

1стест-

мсиные

Тундры, болота, степи, леса, луга, моря и др.

Экосистемы подземных вод, «оазисы» рифтовых зон океана

Экосистемы пещер, высокогорных ледников, океанических глубин

Антропогенные

Агроэкосистемы, лесные культуры, морские «огороды» и др.

Экосистемы биологических очистных сооружений

Города и промышленные предприятия, экосистемы биологических очистных сооружений, рыборазводные пруды, культура дождевого червя, плантации шампиньонов и др.

По типу обеспечения энергией экосистемы разделяются на автотрофные, которые используют неорганический углерод и энергию Солнца или химических связей, и гетеротрофные, которые используют уже готовые органические соединения.

Кроме того, различают естественные экосистемы и антропогенные, создаваемые человеком.

Разделение экосистем на антропогенные и естественные весьма относительно, так как сегодня в мире нет экосистем, которые бы не испытывали влияние человека.

В гетеротрофных экосистемах основой «работы» является химическая энергия, уже фиксированная в органическом веществе. Пример естественной гетеротрофной экосистемы - глубоководная океаническая экосистема: она живет за счет «питательного дождя» - детрита, образующегося в автотрофной экосистеме освещенного слоя океана. Обитатели пещер (различные низшие животные и бактерии) питаются экскрементами летучих мышей, которые в ночные часы питаются насекомыми вне пещеры, функционирование городских экосистем возможно только в том случае, если в них будут постоянно поступать ресурсы (включая продовольствие) и энергия. Продуценты (растения) в городе есть, но их продукции очевидно недостаточно для жизни такой экосистемы.

Существуют и естественные хемоавтотрофные экосистемы - сообщества бактерий в глубинных водах земной коры, которые используют энергию реакций окисления серы или железа. Уже в наши дни ученые открыли удивительные хемоавтотрофные экосистемы в океанических глубинах, где из разломов земной коры на поверхность выходят горячие воды, насыщенные серой.

Продуцентами в этих экосистемах являются серные бактерии, которые мутуалистически связаны с беспозвоночными животными - погонофорами. За счет погонофор кормятся десятки видов животных и бактерий, составляющих ансамбли в этих глубоководных «оазисах». Это очень продуктивные экосистемы, но площадь их невелика, и потому вклад в продукцию органического вещества планеты несопоставим с вкладом фототрофных экосистем.

4. Энергия в экосистеме. Пищевые цепи

Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначала процесс обмена энергией.

Энергию определяют, как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.

Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново.

Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия.

Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря,

во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии (энергия Солнца);

во вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а, использовав - рассеивать в окружающую среду.

Следовательно, сначала улавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одного трофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности, организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии.

Биотический компонент экосистем

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов.

Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Эти круговороты называются биогеохимическими циклами.

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии, которая через растения как бы передается всем организмам, создающим пищевую или трофичскую цепь: от продуцентов к консументам, и так четыре-шесть раз с одного трофического уровня на другой.

Движущей силой этих круговоротов служит, в конечном счете, энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического, компонента, такие, как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.

Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, таких, как механическая, химическая, тепловая и электрическая энергия. Переход одной формы в другую называется преобразованием энергии.

Получается, все живые организмы - это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистемы.

Фактически живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы - они используют свет и химическую энергию.

Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистем.

Солнце как источник энергии

Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце.

Солнце - это звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, примерно 10,5 * 106 кДж/м2 в год, захватывается Землей. Около 40 % этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15 % поглощаются атмосферой (в частности, озоновым слоем в ее верхних частях) и превращаются в тепловую энергию или расходуются на испарение воды. Оставшиеся 45 % поглощаются растениями и земной поверхностью.

В среднем это составляет 5 * 106 кДж/м2 в год, хотя реальное количество энергии для данной местности зависит от географической широты.

Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу, приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем.

И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы.

ПРОДУЦЕНТЫ (зелёные растения)

 

 

консументы

 

детрит (листья, стволы,торф,сапропель,трупы животных

симбиотрофы

 

фитофаги

 

детритофаги

 

 

 

зоофаги

 

 

хищники (1)

 

 

 

хищники (2)

 

РЕДУЦЕНТЫ (сапротрофные бактерии и грибы)

Рисунок 2.

На рисунке 2 показана схема круговорота веществ и потока энергии в фотоавтотрофной наземной экосистеме. Зеленые растения поглощают углекислый газ из атмосферы и элементы минерального питания из почвы и продуцируют органическое вещество, которое дальше по пищевым цепям передается консументам и возвращается редуцентами в атмосферу и почву.

Пищевая цепь - это последовательность организмов, в которой каждый предыдущий организм служит пищей последующему.

Различают два типа пищевых цепей:

автотрофные пастбищные, в которых в качестве первого звена выступают растения ;

гетеротрофные детритные, в которых первое звено представлено детритофагом, питающимся мертвым органическим веществом. Количество звеньев в пищевой цепи может быть от двух до пяти-шести. Пищевые цепи в водных экосистемах как правило, длиннее (4-6 звеньев), чем в наземных (не более 4 звеньев).

Пищевые цепи и трофические уровни

Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов.

Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов - каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию.

Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем.

Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты.

Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего - вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.

Рисунок 3.

Пастбищные пищевые цепи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трофические уровни

 

 

пастбищные пищевые цепи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пшеница

трава

фитопланктон

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

человек

корова

кролик

зоопланктон

 

 

 

 

 

 

 

3

 

человек

лисица

плотва

 

 

 

 

 

 

 

4

 

сокол

окунь

 

 

 

 

 

 

 

5

 

щука

 

 

 

 

 

 

 

 

По детричным пищевым цепям питательные вещества, содержащиеся в детрите,возвращаются в круговорот, минуя стадию разложения до минеральных соединений и потребления их растениями ( опаший лист - дождевой червь -> скворец --> сокол). Детритные цепи используются человеком для переработки органических отходов при разведении дождевых червей и личинок мух на корм птицам или рыбам. В космических кораблях органические отходы (включая фекалии космонавтов) перерабатываются личинками мух, которыми питаются перепела, а перепелиные яйца идут в пищу космонавтам. Поскольку у большинства организмов-широкая диета (т.е. они могут использовать в пищу организмы разных видов), то пищевые цепи - это упрощенное выражение трофических отношений в экосистеме.

В реальной экосистеме пищевые цепи превращаются в пищевые сети.

Трофические уровни - это звенья пищевой цепи, которые получают энергию через одинаковое число посредников. Различают трофические уровни:

первый - продуцентов (количество посредников равно нулю, они получают энергию непосредственно от солнца или окисляя неорганические вещества, соответственно, фотоавтотрофы и хемоавтотрофы);

второй - фитофагов (посредник один - растения);

третий - зоофагов первого порядка (посредников два - растения и фитофаги);

четвертый - зоофагов второго порядка (посредников три - растения, фитофаги, зоофаги первого порядка) и т.д.

Своеобразно положение редуцентов и детритофагов: они могут представлять разные трофические уровни: при потреблении отмерших растений - второй трофический уровень, трупов фитофагов - третий, трупов зоофагов первого порядка - четвертый и т.д.

Всеядные животные - эврифаги - связаны с несколькими трофическими уровнями, например, медведь, а из домашних животных - свинья и курица. К числу эврифагов относится человек, так как он потребляет в пищу как растения, так и животных разных трофических уровней.

В результате функционирования пищевых цепей и работы редуцентов осуществляются круговороты элементов питания, воды и кислорода. При этом в естественных фотоавтотрофных экосистемах работает постоянная «зеленая карусель» и поддерживается равновесие между количеством потребленных ресурсов и их возвратом в окружающую среду, хотя часть ресурсов может временно задерживаться в запаснике - детрите.

Основной источник энергии - Солнце. Поток солнечной энергии, из которого экосистемой усваивается не более 2% (остальное используется на транспирацию, отражается листьями, идет на нагревание атмосферы, воды и почвы), постоянно протекает через экосистему, причем, при передаче энергии с одного трофического уровня на другой по пищевым цепям происходит ее рассеивание в виде тепла.

При переходе энергии с первого трофического уровня на второй передается около 10% энергии, а 90% - рассеивается (т.е. из энергии, заключенной в траве, которую съела корова, в ее биомассу перейдет не более 10%). Эффективность передачи энергии со второго трофического уровня на третий и далее, т.е. от фитофагов к хищникам и затем к хищникам более высоких порядков, значительно выше и может достигать 30-40%.

Важной характеристикой потока вещества и энергии по пищевой цепи пишется полнота выедания организмов предыдущего трофического уровня. Фитофаги выедают в лесной экосистеме не более 10% фитомассы, в степи - до 30%, и водной экосистеме - до 40%. Остальная фитомасса превращается в детрит и используется детритофагами или разрушается редуцентами. С повышением трофического уровня полнота выедания возрастает: на трофических уровнях «мелкий хищник - крупный хищник» в живом состоянии выедаются до 80% организмов предшествующего уровня

Биологическая продукция и запас биомассы

Результатом «работы» экосистемы является биологическая продукция. (рис)

Она измеряется количеством органического вещества, создаваемого за единицу времени на единицу площади (т/га/год, г/кв. м/день и т.д.). Различают:

первичную (создаваемую растениями и другими автотрофами);

вторичную (создаваемую гетеротрофами) биологическую продукцию.

В составе первичной продукции различается валовая - общая продукция фотосинтеза и чистая продукция - «прибыль», которая остается в растениях после ) затрат на дыхание и выделение органического вещества из корней в почву (для поддержания жизнедеятельности симбиотрофов). Чем благоприятнее условия среды, тем выше «прибыль». В неблагоприятных условиях жаркой или арктической пустыни растения затрачивают на дыхание до 80% продукции фотосинтеза, а в благоприятных условиях при обильных ресурсах тепла и влаги - не более 30%.

Вторичная продукция в 20-50 раз меньше, чем первичная

Рисунок 4.

Биологическая продукция в экосистеме

 

 

 

 

 

 

 

 

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ

 

 

 

органическое вещество, которое образуется в экосистеме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРВИЧНАЯ

ВТОРИЧНАЯ

продукция автотрофов

продукция гетеротрофов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВАЛОВАЯ

ЧИСТАЯ

 

 

то, что осталось в растениях после затрат

продукция фитосинтеза

на обеспечение жизнедеятельности

 

 

 

 

К примеру:

По первичной биологической продукции экосистемы РБ можно разделить на три класса:

1 Экосистемы высокой биологической продукции (1-2 кг/м2 в год). Это липово-дубовые леса, прибрежные заросли рогоза или тростника на озере, посевы кукурузы и многолетних трав, если используются орошение и высокие дозы минеральных удобрений.

2 Экосистемы умеренной биологической продукции (0,25-1 кг/м2 в год). Преобладающая часть сельскохозяйственных посевов, сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, заросшие водными растениями озера.

3 Экосистемы низкой биологической продукции (менее 0,25 кг/м2 в год). Это вытоптанные скотом степные пастбища с низким и редким травостоем, горные степи, которые развиваются на почвах мощностью не более 5 см и состоят из растений камнелюбов, покрывающих поверхность субстрата на 20-40%.

Средняя биологическая продукция экосистем Земли не превышает 0,3 кг/м2 в год, так как на планете преобладают низкопродуктивные экосистемы пустынь и океанов.

От биологической продукции отличают урожай (количество органического вещества, которое имеет хозяйственную ценность). Например, в урожай луга не входит накопленная за год масса корней и надземная масса, расположенная ниже линии скашивания или скусывания травы пасущимися животными.

Биомасса - это запас (количество) живого органического вещества (растений, животных, грибов, бактерий), «капитал» экосистемы (в отличие от биологической продукции - «прибыли»).

Биомасса разделяется на - фитомассу (массу живых растений), зоомассу (массу животных), микробную массу.

Поскольку длительность жизни разных организмов различна, то биомасса может быть больше годичной продукции (в лесах-в 50 раз), равна ей (как сообществах однолетних культурных растений) или меньше (в водных экосистемах, где преобладают краткоживущие организмы планктона, дающие несколько поколений за год). Эти закономерности соотношения биологической продукции и биомассы водных экосистем ярко проявляются на глобальном уровне. Первичная биологическая продукция мирового океана составляет 33% всей биологической продукции биосферы, но биомасса фитопланктона составляет менее 1% всей биомассы растений.

Обычно биомасса растений больше биомассы животных, хотя из этого правила есть исключения. Например, в водоемах биомасса фитопланктона может быть меньше биомассы зоопланктона, так как продолжительность жизни микроскопических водорослей в несколько раз меньше, чем мелких ракообразных. Однако биомасса нектона (рыб) уже меньше, чем биомасса зоопланктона.

Различают биомассу надземной и подземной частей экосистемы. Как правило, подземная биомасса превышает надземную, причем у луговых сообществ в 3-10 раз, у степных - в 10-15, у пустынных - в 50-100 раз. В агроценозах надземная и подземная биомассы могут быть примерно равны, а в лесах надземная биомасса превышает подземную.

Соотношение биомассы организмов разных трофических уровней в экосистеме (а также численности организмов или величины энергии, которая накоплена в биомассе) показывается экологическими пирамидами.

Для надземной части сухопутных экосистем экологические пирамиды имеют форму «мавзолей»: с повышением трофического уровня показатели, отражаемые пирамидой, убывают. В водных экосистемах экологическая пирамида напоминает «летающую тарелку»: наибольшую биомассу имеют организмы средних трофических уровней (зоопланктон).

Наземная экосистема Водная система

3

3

2

2

1

1

Рисунок 5. Экологическая пирамида биомассы

Высокие скорости продуцирования биомассы наблюдаются в естественных и искусственных экосистемах там, где благоприятны абиотические факторы, и особенно при поступлении дополнительной энергии извне, что уменьшает собственные затраты системы на поддержание жизнедеятельности.

Такая дополнительная энергия может поступать в разной форме: например, на возделываемом поле - в форме энергии ископаемого топлива и работы, совершаемой человеком или животным.

Как следствие, для обеспечения энергией всех особей сообщества живых организмов экосистемы необходимо определенное количественное соотношение между продуцентами, консументами разных порядков, детритофагами и редуцентами.

Однако для жизнедеятельности любых организмов, а значит и системы в целом, только энергии недостаточно, они обязательно должны получать различные минеральные компоненты, микроэлементы, органические вещества, необходимые для построения молекул живого вещества.

Заключение

«Получение урожая» означает изъятие из экосистемы тех организмов или их частей, которые используются в пищу (или для иных целей). При этом желательно, чтобы экосистема производила пригодную для пищи продукцию наиболее эффективно.

Это может быть достигнуто путем повышения урожайности культуры, уменьшения заболеваемости и помех со стороны других организмов или использования культуры, более приспособленной к условиям данной экосистемы.

Изучая продуктивность экосистем, мы имеем дело с потоком энергии, проходящих через ту или иную экосистему. Энергия поступает в биотический компонент экосистемы первичных продуцентов.

Скорость накопления энергии первичными продуцентами в форме органического вещества, которое может быть использовано в пищу, называется первичной продукцией. Это важный параметр, так как им определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) животных организмов, которые могут существовать в экосистеме.

Понимая, что ни одна сфера жизнедеятельности планеты не обходится без прямого или косвенного участия человека нужно формировать активную природоохранную позицию. Это понятие включает в себя, прежде всего экологическое воспитание и образование, которое должно быть комплексным, всеобщим и непрерывным. Человек должен осознавать свою роль в биосфере как один из видов, который, как и все остальные обязан подчиняться законам развития биосферы.

Во имя жизни на Земле человечеству предстоит возродить, сберечь и развить основные ценности экологической культуры.

Список литературы

Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.:Мир, 1993.

Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 1986.

Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-справочник. - М.: Просвещение, 1992. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.: Высш. шк., 1988.

Рузалин Г.И. "Концепция современного естествознания" М.1997

5. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология - Ростов/Д.: Феникс, 2008

6. Новиков Г.А Основы общей экологии и охраны природы: Учебник для вузов. Л.: Изд- во ЛГУ, 1979

7. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Ибатуллин У.Г., Экология Башкортостана. - Уфа.: АДИ-Пресс , 2005


Скачать работу можно здесь Скачать работу "Экосистема" можно здесь
Сколько стоит?

Рекомендуем!

база знанийглобальная сеть рефератов