Экосистема как структурная единица биосферы

МОУ - Богодуховская СОШ

Реферат по биологии на тему:

Экосистема - основная структурная единица биосферы

Выполнил:

ученик 9 класса

Мусатов Алексей

Научный руководитель:

учитель биологии

Шумай М.М.

Богодухово-2008

Введение

Наступил XXI век. К сожалению, даже входя в него, человечество не научилось грамотно и без последствий обращаться с природой. На долю сегодняшнего поколения выпадает огромная по мысли и масштабам работа по экологическому оздоровлению России и планеты в целом.

Человек сегодня должен быть экологически грамотен, только тогда возможно лечить планету от тяжёлых экологических болезней. В годы экономического подъёма, чтобы использовать его на благо природы, необходимы сегодня экологические знания.

Экология как наука развивается быстро. Название «экология» ввел Э.Геккель в 1866 году. За годы существования науки человек познал многие законы природы. Но до конца не проникся результатами трагических действий в отношении природы. Сложную экологическую ситуацию нельзя улучшить за несколько месяцев и даже лет. Нужны годы упорного труда, большие вложения средств и хорошо продуманная программа. И только экологические знания смогут быть той путеводной звездой, которая укажет сценарий счастливой жизни человечества совместно с природой, указав путь к обществу устойчивого развития, в котором природопользование рационально: ресурсы не истощаются, среда не загрязняется и процветание нынешнего поколения не лишает потомков возможности нормальной жизни.

Исходя из этого, в данном реферате ставится следующая цель:

расширить диапазон экологических знаний, для формирования кругозора и ответственного отношения к природе; развивать экологическое самосознание.

Цель исследовательской работы (включена в реферат).

изучить современное состояние искусственных экосистем, расположенных на территории Богодуховской школы.

Задачи реферата:

изучить в полном объеме понятие «экосистема», дать по возможности ее характеристики;

познакомиться с вопросами о биосфере;

сделать вывод об экосистеме как структурной единицы биосферы.

Задачи исследовательской работы:

рассмотреть биоразнообразие и биологические особенности искусственных экосистем;

проанализировать экологическое состояние этих объектов;

определить количественную и качественную картину;

изучить историческую справку о появление этих экосистем на пришкольной территории;

дать общий анализ и вывод об экологической ситуации пришкольной территории.

I. Понятие «экосистема» и её общая характеристика

1.1 Понятия «экосистема» и «биоценоз»

Понятие “экосистема” введено английским ботаником А. Тенсли (1935), который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую их среду.

По современным представлениям, экосистема как основная структурная единица биосферы -- это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество живых организмов и окружающей неживой среды. В этом определении подчеркнуто наличие взаимоотношений, взаимозависимости, причинно-следственных связей между биологическим сообществом и абиотической средой, объединение их в функциональное целое. Биологи считают, что экосистема -- совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории, вместе с окружающей их неживой средой.

В.Н. Сукачевым (1972) в качестве структурной единицы биосферы предложен биогеоценоз. Биогеоценозы -- природные образования с четкими границами, состоящие из совокупности живых существ (биоценозов), занимающих определенное место. Для водных организмов -- это вода, для организмов суши -- почва и атмосфера.

Понятия «биогеоценоз» и «экосистема» до некоторой степени однозначны, но они не всегда совпадают по объему. Экосистема -- широкое понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Так, к экосистемам относятся капля воды с микроорганизмами, аквариум, горшок с цветами, аэротенк, биофильтр, космический корабль. Биогеоценозами же они не могут быть. Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом, тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой.

Экосистема -- сообщество организмов биоценоза и окружающей их неживой природы, образующее устойчивую и динамическую систему. Другими словами, совокупность биоценоза и биотопа.

В некоторых источниках экосистема не считается синонимом биогеоценоза. Эти авторы считают, что экосистема может не включать растительные сообщества, в то время, как в состав биогеоценоза они входят обязательно.

Примеры

Участок лесного массива, пруд, гниющий пень, особь, заселенная микробами или гельминтами - являются экосистемами. Понятие экосистемы, таким образом, применимо к любой совокупности живых организмов и их местообитания.

Биогеоценоз

В биологии используются три близких по значению понятия:

1. Биоценоз -- группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой и исторически долго обитающих на определенной территории.

2. Биогеоценоз -- биоценоз, который рассматривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и сами изменяющиеся под его воздействием.

Биоценоз имеет синоним сообщество, ему также близко понятие экосистема.

3. Экосистема -- группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой круговоротом веществ.

Каждый биогеоценоз -- это экосистема, но не каждая экосистема -- биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп. Биотоп - это территория, которую занимает биогеоценоз. Экотоп - это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.

Свойства биогеоценоза

1. естественная, исторически сложившаяся система

2. система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на постоянном уровне

3. характерен круговорот веществ

4. открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой - Солнце

Основные показатели биогеоценоза

1. Видовой состав - количество видов, обитающих в биогеоценозе.

2. Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

3. Биомасса - количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:

биомассу продуцентов

биомассу консументов

биомассу редуцентов

Механизмы устойчивости биогеоценозов

Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, т.е. к подержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

1. достаточность жизненного пространство, т.е. такой объем или площадь, который обеспечивает один организм всеми необходимыми ему ресурсами.

2. богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.

3. многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.

4. средообразующие свойства видов, т.е. участие видов в синтезе или окислении веществ.

5. направление антропогенного воздействия.

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоцеозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые -меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

Приспособление организмов к совместной жизни в биогеоценозах

Совместная жизнь организмов в биогеоценозе регулируется четырьмя видами биогеоценотических связей:

1. взаимополезные

симбиоз

мутуализм

2. полезнонейтральные

нахлебничество

квартиранство

сотрапезничество

3. полезновредные

хищничество

паразитизм

полупаразитизм

4. взаимовредные

антагонизм

конкуренция

Биоценоз (от био - жизнь и греч. koinos -- общий), исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп) и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими фактора окружающей среды.

Биотоп (от греч. вЯпт -- жизнь и фьрпт -- место) -- однородный участок суши или водоёма, заселённый живыми организмами.

1.2 Состав экосистемы

Экосистема может существовать довольно долго, если существует 4 основных компонента:

запасы биогенных элементов;

продуценты;

консументы;

редуценты;

Продуценты носят название производителей, так как это зеленые растения и некоторые бактерии. Они создают из биогенных элементов органическое вещество, т.е. биологическую продукцию, используя потоки солнечной энергии.

Консументы - потребители этого органического вещества, перерабатывающие его в новые формы. В роли консументов выступают животные.

Редуценты - организмы, окончательно разрушающие органические соединения до минеральных. Роль редуцентов выполняют грибы и бактерии, которые питаются трупами и растительными остатками.

В состав экосистемы входят живые организмы (их совокупность можно назвать биоценозом или биотой экосистемы), неживые (абиотические) факторы - атмосфера, вода, питательные элементы, свет и мертвое органическое вещество - детрит.

Все живые организмы по способу питания разделяются на две группы - автотрофов (от греческих слов аутос - сам и трофо-питание) и гетеротрофов (от греческого слова гетерос - другой).

Автотрофы используют неорганический углерод и синтезируют органические вещества из неорганических, это - продуценты экосистемы. по источнику энергии они, в свою очередь, также делятся на две группы.

Фотоавтотрофы - для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. Это зеленые растения, имеющие хлорофилл (и другие предметы) и усваивающие солнечный свет. Процесс, при котором происходит его усвоение, называется фотосинтезом.

Хемоавтотрофы - для синтеза органических веществ используют химическую энергию. Это серобактерии и железобактерии, получающие энергию при окислении соединений серы и железа. Хемоавтотрофы играют значительную роль только в экосистемах подземных вод. Их роль в наземных экосистемах сравнительно невелика.

Гетеротрофы используют углерод органических веществ, которые синтезированы продуцентами, и вместе с этими веществами получают энергию. Гетеротрофы являются консументами (от латинского слова консумо - потребляю), потребляющими органическое вещество, и редуцентами, разлагающими его до простых соединений. Существует несколько групп консументов: фитофаги, зоофаги, паразиты, симбиотрофы, детритофаги.

Фитофаги (растительноядные). К ним относятся животные, которые питаются живыми растениями. Среди фитофагов есть и небольшие животные, такие, как тля или кузнечик, и гиганты, такие, как слон. Фитофаги - почти все сельскохозяйственные животные: коровы, лошади, овцы, кролики. Есть фитофаги среди водных организмов, например, рыба белый амур, поедающий растения, которым зарастают оросительные каналы. Важный фитофаг - бобр. Он питается ветками деревьев, а из стволов сооружают плотины, регулирующие водный режим территории.

Зоофаги (хищники, плотоядные). Зоофаги разнообразны. Это и мелкие животные, питающиеся амебами, червями или рачками. И крупные, такие, как волк. Хищники, питающиеся более мелкими хищниками, называются хищниками второго порядка. Есть растения-хищники (росянка, пузырчатка), которые используют в пищу насекомых.

Паразиты. Это разные животные (черви, насекомые, клещи), грибы, бактерии, вирусы, реже - растения (заразиха, повилика, омела и др.), которые живут з0а счет организма-хозяина. Хозяином может быть растение или животное (включая человека). Паразит обычно не убивает хозяина, как хищник жертву, а поселяется на нем (или внутри него) и долго использует его для питания. Паразиты могут снижать продолжительность жизни хозяина, его упитанность и плодовитость.

Симбиотрофы. Это бактерии и грибы, которые питаются корневыми выделениями растений. Симбиотрофы очень важны для жизни экосистемы. Нити грибов, опутывающие корни растений, помогают всасыванию воды и минеральных веществ. Бактерии-симбиотрофы усваивают газообразный азот из атмосферы и связывают его в доступные растениям соединения (аммиак, нитраты). Этот азот называется биологическим (в отличие от азота минеральных удобрений).

К симбиотрофам относятся и микроорганизмы (бактерии, одноклеточные животные), которые обитают в пищеварительном тракте животных- фитофагов и помогают им переваривать пищу. Такие животные, как корова, без помощи симбиотрофов не способны переварить поедаемою траву.

Детритофаги - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом. Это многоножки, дождевые черви, жуки-навозники, раки, крабы, шакалы и многие другие.

Некоторые организмы используют в пищу как растения, так и животных и даже детрит и относятся к эврифагам (всеядным)- медведь, лиса, свинья, крыса, курица, ворона, тараканы. Эврифагом является и человек.

Редуценты - организмы, которые по своему положению в экосистеме близки к детритофагам, так как они тоже питаются мертвым органическим веществом. Однако редуценты - бактерии и грибы - разрушают органические вещества до минеральных соединений, которые возвращаются в почвенный раствор и снова используются растениями.

Органические вещества, созданные автотрофами, служат пищей и источником энергии для гетеротрофов: консументы-фитофаги поедают растения, хищники первого порядка - фитофагов, хищники второго порядка - хищников первого порядка и т.д. Такая последовательность организмов называется пищевой цепью, ее звенья расположены на разных трофических уровнях (представляют разные трофические группы).

Для переработки трупов рудуцентам нужно время. Поэтому в экосистеме всегда есть детрит - запас мертвого органического вещества. Детрит - это опад листьев на поверхности лесной почвы (сохраняется 2-3 года), ствол упавшего дерева (сохраняется 5-10 лет), гумус почвы (сохраняется сотни лет), отложения органического вещества на дне озера - сапропель - и торф на болоте (сохраняется тысячи лет). Наиболее долго сохраняющимся детритом являются каменный угль и нефть.

1.3 Законы биологической продуктивности

Сети питания в биоценозах на самом деле состоят из множества коротких рядов, в которых организмы передают друг другу вещество и энергию, сконцентрированные зелеными растениями. Такие ряды, в которых каждый предыдущий вид служит пищей последующему, называют цепями питания. Отдельные звенья цепей питания называют трофическими уровнями.

Цели питания всегда начинаются с растений или их остатков, прошедших через кишечники животных. Это первый трофический уровень. Их потребители представляют второй трофический уровень и т.д.

Примерами цепей питания могут служить ряды: растения - гусеницы - насекомоядные птицы - хищные птицы; растительный опад - дождевые черви - землеройки - горностаи; коровий помет - личинки мух - скворцы - ястребы-перепелятники.

Многие виды могут входить в разные цепи питания. Например, медведи питаются и животной, и растительной пищей, и падалью. Различают цепи выедания (начинаются с живых растений) и цепи разложения (начинаются с мертвого растительного опада или помета животных). Цепи питания в природе сложно переплетены.

В конкретных цепях питания можно проследить и рассчитать передачу той энергии, которая заключается в растительной пище. Растения связывают в ходе фотосинтеза в среднем лишь около 1% энергии света. Животное, съевшее растение, получает запасенную им энергию не полностью. Часть пищи не переваривается от 20 до 60% растительного корма. Усвоенная энергия идет на поддержание жизнедеятельности животного. Работа клеток и органов сопровождается выделением тепла, поэтому значительная доля энергии пищи вскоре рассеивается в окружающее пространство. Лишь небольшая часть усвоенной пищи идет на рост, т.е. на построение новых тканей, на запасы в виде отложения жиров. У молодых эта доля несколько больше, чем у взрослых.

Следовательно, уже на первом этапе происходит значительная потеря энергии из пищевой цепи.

Хищник, съевший растительноядное животное, представляет третий трофический уровень. Он получает только ту энергию из накопленной растением, которая задержалась в теле его жертвы в виде прироста.

Подсчитано, что на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90%, и только около одной десятой доли переходит к очередному потребителю. Это правило передачи энергии в пищевых связях организмов называют «правилом десяти процентов»

Представителям четвертого трофического уровня (например, хищнику, поедающему другого хищника) достанется только около одной тысячной доли той энергии, усвоенной растением, с которого начиналась пищевая цепь. Поэтому отдельные цепи питания в природе не могут иметь слишком много звеньев, энергия в них быстро иссякает.

Скорость сознания органического вещества в экосистемах называют биологической продукцией. Масса тела живых организмов называется биомассой. Биологическая продукция экосистем - это скорость создания в них биомассы.

Продукцию растений называют первичной, продукцию животных или других консументов - вторичной, потому что она создается за счет энергии, связанной растениями. Понятно, что вторичная продукция не может быть больше первичной или даже равной ей.

Если оценить продукцию в последовательных трофических уровнях в любом биоценозе, мы получим убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз меньше предыдущего. Этот ряд можно выразить графически в виде пирамиды с широким основанием и узкой вершиной. Поэтому закономерности создания биомассы в цепях питания экологи называют правилом пирамиды биологической продукции.

Например, вес всех трав, выросших за год в степи, значительно больше, чем годовой прирост всех растительноядных животных, а прирост хищников меньше, чем растительноядных.

Из правила пирамиды биологической продукции нет исключений, потому что оно отражает законы передачи энергии в цепях питания.

Соотношение биомасс может быть различным, потому что биомасса - это просто запас имеющихся в данный момент организмов. Например, в океанах одноклеточные водоросли делятся с большой скоростью и дают очень высокую продукцию. Однако их общее количество меняется мало, потому что с не меньшей скоростью их поедают различные фильтраторы. Образно говоря, водоросли еле успевают размножаться, чтобы выжить. Рыбы, головоногие моллюски, крупные ракообразные растут и размножаются медленнее, но еще медленнее поедаются врагами, поэтому их биомасса накапливается. Если взвесить все водоросли и всех животных океана, то последние перевесят. Пирамида биомасс в океане оказывается, таким образом, перевернутой. В наземных экосистемах скорость выедания растительного прироста ниже и пирамида биомасс в большинстве случаев напоминает пирамиду продукции.

Среднее значение первичной продукции по всему земному шару составляет около 3 т сухого вещества на 1 га в год. В большинстве типов экосистем разные ограничивающие факторы снижают возможности фотосинтеза. Наименее продуктивны экосистемы жарких и холодных пустынь и центральных частей океанов. Среднюю продукцию дают леса умеренного климата, луга и степи. Самый высокий прирост растительной массы - в тропических лесах, в травянистых зарослях устьев рек в жарких районах, на коралловых рифах в океане.

Продуктивность сельскохозяйственных угодий обычно несколько ниже, чем природных экосистем в той же зоне. Поля часть года пустуют, и на них обычно выращивают всего один какой-либо вид, который не в состоянии полностью использовать все имеющиеся ресурсы. Однако при интенсивном земледелии продуктивность полей может приближаться к максимальной, хотя человеку приходится вкладывать в это много дополнительных средств.

Знание законов биологической продуктивности и потерь энергии в цепях питания имеет большое практическое значение. На их основе можно сознательно и грамотно строить хозяйственную деятельность таким образом, чтобы не подрывать воспроизводительные способности природных и антропогенных систем и получать возможно большую первичную и вторичную продукцию.

Для человека энергетически выгоднее растительное питание, а наиболее дорого - использование в пищу хищных видов. Так, по энергии, затраченной на рост, 1 кг окуня или щуки обходится природе в 7 раз «дороже», чем 1 кг говяжьего мяса. Поэтому плотоядные животные разводятся людьми в редких случаях, например людьми в редких случаях, например в пушном звероводстве. Широкое одомашнивание нашими предками таких видов, как свиньи и куры, не случайно. Они характеризуются высоким коэффициентом использования энергии на рост, т.е. перевода пищи в собственную биомассу.

Одна растительная пища, как правило, для людей недостаточно полноценна, так как подавляющее большинство растений не обеспечивает людей некоторыми не заменимыми аминокислотами, входящими в состав животных белков. Производство вторичной продукции через выращивание животных, а также добыча диких видов (в основном путем рыболовства) - очень важное условие благополучия общества. Одна из самых злободневных для современного человечества проблем - это так называемое белковое голодание, недостаток животной пищи в рационах людей во многих районах мира.

1.4 Саморазвитие экосистемы

В природе существует как стабильные, так и нестабильные экосистемы. дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги - это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем. Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются другими животными и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота вырастает лес, на заброшенных пашнях восстанавливается степень и т.д.

Основная причина неустойчивости экосистем - несбалансированность круговорота веществ.

Если в биоценозах деятельность одних видов не компенсирует деятельность других, то условия среды неминуемо изменяются. Популяции меняют в неблагоприятною для себя сторону и вытесняются другими видами, для которых новые условия экологически более выгодны. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на сформируется уравновешенное сообщество, которое способно поддержать баланс веществ в экосистеме.

Таким образом в природе происходит саморазвитие экосистем от неустойчивого состояния к устойчивому.

Например, зарастание небольших озер можно проследить на протяжении одного или нескольких поколений людей. Из-за недостатка кислорода в природных слоях организмы-разлагатели не в состоянии обеспечить полный распад отмирающих растений. Образуются торфянистые отложения, озеро мелеет, зарастает с краев и превращается в болото. Оно сменяется мокрым лугом, луг - кустарниками, а затем лесом.

Саморазвитие экосистем начинается на любом участке суши, который обнажился в результате каких-либо причин: на осыпях, отмелях, сыпучих песках, голых скалах, овалах горных пород, созданных человеком, и др. Оно проходит ряд закономерных этапов.

На первом этапе обнажившийся участок заселяется случайно попадающими сюда организмами из окружающих местообитаний: семена, спорами, летающими и ползающими насекомыми, расселяющимися грызунами, птицами и т.д. Далеко не все из них способны прижиться на этом месте, и многие или погибают, или покидают его.

На втором этапе, когда участок полностью освоен, обостряются конкурентные отношения. Так как виды изменяют среду в неблагоприятную для себя сторону, часть из них вытесняется, и появляются новые. Например, на задернованном участке уже не могут прорастать семена сорняков, которое первыми осваивали эту территорию. Они исчезают. Процесс постепенной смены видового состава может длиться достаточно долго.

На заключительном этапе устанавливается, наконец, постоянный состав сообщества, когда виды распределены по экологическим нишам, не мешая друг другу, связаны пищевыми цепями и взаимовыгодными отношениями и согласованно осуществляют круговорот веществ. В таком биоценозе сильны регуляторные связи, и он может неопределенно долго поддерживать экосистему, пока внешние силы не выведут его из этого состояния.

Таким образом, саморазвитие экосистем осуществляется через отношения между видами и их воздействие на среду обитания, т.е. через закономерные изменения биоценозов.

Саморазвитие биоценозов всегда идет от наименее устойчивого. Скорость этих изменений постепенно замедляется. Замедление темпов - одна из главных особенностей саморазвития экосистем. приближаясь к устойчивому состоянию, они могут надолго задерживаться на отдельных стадиях. Мелкий водоем зарастает быстрее, чем впоследствии березовый лес на этом месте заменяется дубовым.

Неустойчивые стадии при смене биоценозов называют незрелыми сообществами, устойчивые - зрелыми.

Направленные изменения биоценозов начинаются и в том случае, если происходит какие-либо частичные нарушения в уже сформировавшейся экосистеме. Они приводят к ее восстановлению, поэтому называются восстановительными сменами.

Например. После пожара в еловом лесу ель не может возобновится сразу, так как ее проростки не выдерживают конкуренции светолюбивых и быстро растущих трав: кипрея (иван-чая), вейника и др. Травы сменяются зарослями малинниками и подростом светолюбивых лиственных деревьев, и лишь под их пологов в тени начинают подрастать молодые елочки. Каждая из этих стадий развития длительнее и устойчивее предыдущей. Процесс восстановления ельника занимает в природе несколько десятилетий.

Постепенно нарастают общая биомасса и продукция растений, но также растут и масштабы использования этой продукции в цепях питания. Все это приводит к замедлению темпов изменений и к установлению стабильных экосистем.

В зрелых, устойчивых сообществах все, что наращивают растения, используется гетеротрофами - это главная причина стабилизации экосистем. Если человек изымает продукцию из таких экосистем (например, древесину из зрелых лесов), он неминуемо нарушает их.

На начальных этапах развития биоценозов, пока не сложились цепи питания, в экосистемах создается избыток растительной продукции, и такие биоценозы выгодны человеку.

Деятельность людей постоянно приводит к семенам различных биоценозов - в результате рубок леса, осушения и обводнения земель, выработки торфяников, прокладки дорог и т.д. Частичные или глубокие нарушения экосистем вызывают природные процессы их самовосстановления. Однако природные возможности не безграничны. Самовосстановление биоценозов часто тормозится различными внешними причинами. Например, ежегодные разливы рек все время нарушают формирование устойчивых биоценозов на их берегах, и здесь сообщества существует в постоянно незрелом состоянии. Точно так же постоянная вспашка полей предотвращает восстановление естественной растительности на этой территории. пустыри могут десятилетиями не заселяться растениями ил животными, если какой-либо фактор сильно отклоняется от нормы, например сильно токсичны вывернутые породы, высока плотность грунта или недостаточно влаги.

Другая причина в нарушении восстановительных возможностей биоценозов - снижение видового разнообразия в окружающей среде. Если неоткуда взяться семенам растений ил видам животных, играющим важную роль на соответствующих этапах развития сообществ, экосистема остается на менее устойчивой стадии.

Например, при сплошных рубках еловых лесов на больших территориях они зарастают со временем малоценными мелколиственными породами и надолго задерживаются в этом состоянии, так как неоткуда взяться семенами ели .

Умение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем - очень важная задача современной хозяйственной деятельности, когда человек приводит в постоянное движение весь живой покров планеты. Снимая ограничивающие факторы, поставляя соответствующие семена растений и вселяя необходимые виды животных, можно ускорить формирование стабильных сообществ или, наоборот, задержать процессы на нужной нам стадии развития.

II. Классификация экосистем

2.1 Естественные и искусственные экосистемы

Экосистемы очень разнообразны. Их состав зависит от многих факторов, в первую очередь от климата, геологических условий и влияния человека. Они могут быть автотрофными, если главную роль играют автотрофные организмы - продуценты, или гетеротрофными, если продуцентов в экосистеме нет или их роль незначительна. Экосистемы могут быть естественными или созданные человеком - антропогенными (от греческих слов антропос - человек и генезис - происхождение).

Естественные (природные) экосистемы формируются под влиянием природных факторов, хотя человек может оказывать влияние на них. В лесу человек заготавливает древесину и охотится, на степном пастбище пасет скот, в водоемах ловит рыбу. Он может загрязнять атмосферу, почву, воду. Однако влияние человека в этих экосистемах меньше, чем влияние природных факторов.

Антропогенные (искусственные) экосистемы создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности. Их примеры: сельскохозяйственные ландшафты с посевами и стадами скота, города, лесопосадки, морские «огороды» из водоросли ламинарии и «фермы» устриц или морского гребешка. В состав антропогенных экосистем могут входить сохранившиеся более мелкие естественные экосистемы (лес или озеро на территории сельскохозяйственной экосистемы, лесопарк в городе).

Существуют экосистемы, переходные между естественными и искусственными, например, экосистема естественных полупустынных пастбищ Калмыкии со стадами сельскохозяйственных животных.

И естественные, и антропогенные экосистемы различаются по источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность.

2.2 Агроценозы и агроэкосистемы

Агроценозы. Биоценозы, которые возникают на землях сельскохозяйственного пользования, называют агроценозами. Они отличаются от природных сообществ, во-первых, пониженным разнообразием входящих в них видов и, во-вторых, пониженной способностью главного члена этих сообществ - культурных растений - противостоять конкурентам и вредителям. Культурные виды так сильно изменены селекцией в пользу человека, что без его поддержки не могут выдержать борьбу за существование.

Агроценозы поддерживаются человеком посредством больших затрат энергии (мускульной энергии людей и животных, работы сельскохозяйственных машин, связанной энергии удобрений, затрат на дополнительный полив и т.п.). природные биоценозы таких дополнительных вложений энергии не получают.

Агроэкосистемы. Агроэкосистемы - это такие сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат ее составляющих на поля. В правильно спланированные агроэкосистемы, кроме пашен, входят пастбища или луга и животноводческие комплексы. Элементы питания растений, изъятые с полей вместе с урожаем, возвращаются в систему биологическому круговорота вместе с органическими и минеральными удобрениями. Высокое биологическое разнообразие поддерживается за счет специального планирования ландшафта: чередование полей, лугов, лесов, перелесков, создание живых изгородей, лесополос, водоемов и т.п. Большую роль в поддерживании разнообразия видов на полях играет правильная организация севооборотов, чередование культур не только во времени, но и в пространстве.

Человек управляет работой агроэкосистем, внося в них значительное количество дополнительной энергии (обработка почвы, полив, удобрения, пестициды и т.п.).

Многие современные способы промышленного сельскохозяйственного производства по сути дела антиэкологичны: монокультуры, перевыпас скота, широкомасштабное применение ядохимикатов и чрезмерно высокие дозы минеральных удобрений, сплошная распашка почв и т.д. Они приводят к нарушениям нормальной деятельности экосистем, упрощению их структуры, неустойчивости и катастрофическим изменениям в природе.

2.3 Автотрофные и гетеротрофные экосистемы

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. Большая часть экосистем, в том числе и сельскохозяйственные, являются фотоавтотрофными. В сельскохозяйственные экосистемы человек вносит энергию, которая называется антропогенной (удобрения, горючие для тракторов и т.д.). но ее роль незначительна по сравнению с используемой экосистемой солнечной энергией.

Естественные хемоавтотрофные экосистемы формируются в подземных водах. Антропогенные хемоавтотрофные экосистемы человек создает из микроорганизмов в некоторых биологических очистных сооружениях для очистки воды от неорганических загрязнителей.

Гетеротрофные экосистемы используют химическую энергию, которую получают вместе с углеродом от органических веществ, или энергию созданных человеком энергетических устройств.

Пример естественной гетеротрофной экосистемы - экосистема океанических глубин, куда не доходит солнечный свет. Животные и микроорганизмы, входящие в нее, существуют за счет «питательного дождя» - трупов и остатков организмов, падающих на дно из освещенной солнцем автотрофной океанической экосистемы. существуют гетеротрофные экосистемы и высоко в горах, где микроскопические клещи питаются остатками растений, которые приносит ветер.

Антропогенные гетеротрофные экосистемы очень разнообразны. Это, во-первых, города и промышленные предприятия. Энергия в них поступает по линиям электропередач, по трубам нефте- и газопроводов, в цистернах автомашин и железнодорожных вагонах. Поступают в город и сырье для работы промышленных предприятий, и продукты питания для горожан. Какое-то количество солнечной энергии городская экосистема получает благодаря зеленым растениям, но оно ничтожно мало по сравнению с энергией, которую город получает извне.

К гетеротрофным антропогенным экосистемам, кроме того, относятся: биологические очистные сооружения, фабрики по разведению дождевых червей, плантации шампиньонов.

2.4 Классификация по размеру экосистемы

Экосистемы классифицируются по размеру. Самое простое деление по этому принципу: маленькие и большие. Но в данном подходе иногда трудно определить о каком размере идет речь, ведь все относительно. Поэтому существует следующая градация:

- микросистемы, например болотная кочка, дерево, горшок с цветком;

- мезоэкосистемы, это озеро, болото, луг, лес, песчаная дюна;

- макроэкосистемы, к ним относятся океан, континент.

Следовательно, существуют своеобразная иеархия макро-, мезо- и микросистем разных порядков. Самой большой экосистемой является биосфера.

III Биосфера - глобальная экосистема

3.1 Биосфера

Появление и эволюция жизни на нашей планете привели к формированию биосферы - части геологических оболочек Земли, населенных живыми организмами. Биосфера представляет единство живых организмов и неорганических составных частей, которое проявляется в биогенной миграции атомов и осуществляется за счет энергии солнечного излучения. Термин «биосфера» был предложен австралийским ученым Э. Зюссов (1873). Несколько десятилетий спустя В.И. Вернадский создал учение о биосфере, показав, что живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мощной биогеохимической силой, влияющей на геологические процессы.

Биосфера объединяет все современные экосистемы Земли и представляет собой глобальную экологическую систему - экосферу. Биогеоценозы являются элементарными структурами биосферы. Биомасса и абиотические компоненты связаны сложными биогеохимическим процессами перераспределения энергии и вещества. В связи с этим границы биосферы и ее насыщенность организмами обуславливается целым комплексом факторов. К общим условиям существования живых организмов относятся наличие жидкой воды, ряда химических биогенных элементов и поступление солнечной энергии в диапазоне температур от -50 до +50 оС. Таким образом, границами биосферы являются пределы распространения живого на планете.

Среды обитания живого сосредоточены в литосфере (верхняя часть поверхности земной коры), в гидросфере (океаны, моря, реки, озера) и в нижних слоях атмосферы (тропосфере). Верхний предел жизни биосферы ограничен озоновым экраном на высоте 20 - 25 км, выше которого ультрафиолетовая часть солнечного спектра исключает существование жизни. Нижняя граница биосферы опускается до 3 км ниже поверхности суши и на 1 - 2 км ниже дна океана.

Человечество и его производство также являются частью биосферы. влияние человека (антропогенный фактор), особенно в последнее время, - самое масштабное по сравнению со всеми известными природными факторами. Состояние биосферы, когда человечество своей деятельностью создает новую искусственную среду Земли, В.И. Вернадский назвал ноосферой.

Экосистема - структурная единица биосферы.

Вся природа представлена разными экосистемами. Между ними нет четких границ, и одна экосистема переходит в другую. Большие экосистемы состоят из маленьких экосистем

Порой все экосистемы сравнивают с «матрешкой». Например, экосистема муравейника входит в состав лесной экосистемы, а лес - часть географического ландшафта. Ландшафты объединяются в физико-географические районы (Русская равнина, Западно-Сибирская низменность и др.), где разные экосистемы связаны общим климатом, геологическим строением территории и возможностью расселения животных и растений. Связи между организмами, включая человека, в экосистемах физико-географического района и биосферы осуществляется через изменение газового состава атмосферы и климатического состава водоемов. Наконец, все экосистемы земного шара связаны через атмосферу и Мировой океан, в который поступают продукты жизнедеятельности организмов, и составляют единое целое - биосферы.

Исходя из целостности биосферы, единицей её считается экосистема, т.е. сумма всех экосистем и есть биосфера.

Заключение

В настоящее время воздействие человеческого общества на природу привело к возникновению сложных экологических проблем биосферы. Решить их способно лишь общество, которое научится соизмерять свои потребности с теми возможностями, которые дает ему Природа.

Для осуществления разумного управления состоянием биосферы и перехода на уровень ноосферы необходимо не только знать устройство и механизмы этой сложной и огромной системы, но и иметь возможность влиять на ее процессы в желаемом направлении.

Но даже совершенное знание биосферных механизмов и ясное понимание того, что надо делать, не дадут реальных плодов при отсутствии определенного уровня зрелости и культуры общества. Здесь важнейшим моментом является формирование новой социальной и экологической нравственности. На смену лозунгам типа «Человек - царь природы» или «Нельзя ждать милостей от природы, взять их у нее - наша задача!» должны прийти установки на разумное и бережное отношение к тому, благодаря чему мы только и существуем в Природе.

В настоящее время мы живем в обществе, которое называют «обществом одноразового потребления». Для него характерно нерациональное, расточительное использование природных ресурсов. Для сохранения человеческой цивилизации необходимо построить природосберегающее общество.

Цели и задачи, поставленные в реферате выполнены. Исследовательская работа сделана полностью. Реферат и исследовательская работа могут быть использованы для расширения биологических знаний учащихся и повышения кругозора по краеведению.

Список литературы

1. Биология для поступающих в ВУЗы под редакцией Ярыгина В.Н. М., «Высшая школа», 1995

2. Захаров В.В., Мамонтов С.Г., Сонин В.И. Общая биология.М., «Дрофа», 2001

3. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. М., «Устойчивый мир», 2000

4. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М., «Молодая гвардия», 1990

5. Одум Ю. Основы экологии. М., «Мир», 1975

6. Энциклопедия для детей. Аванта Экология М., «Аванта», 2001

7. Энциклопедический словарь юного биолога. М., «Дрофа», 2001