Экосистема и биосфера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный унивeрситeт»

Кафедра теплоэнергетики и экологии

Контрольная работа

пo учебнoй дисциплинe: «Экология»

Выпoлнил: Блинов А.В.

студент гр. ЗМ-19

Проверил: дoцент Темлянцева Е.Н.

г. Нoвoкузнецк

2021 г.

Учение об экосистемах, их классификация

Экосистема - это любое единство, включающее все организмы и весь комплекс физико-химических факторов и взаимодействующее с внешней средой. Экосистемы - это основные природные единицы на поверхности Земли. Различают микроэкосистемы (например, дерево), мезоэкосистемы (луг, лес, озеро и др.), макроэкосистемы (океан, материк), глобальная экосистема (биосфера).

Учение об экосистемах было создано английским ботаником Артуром Тенсли (1935).

Для экосистем характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между их живыми и неживыми компонентами. При изучении экосистем особое внимание уделяется функциональным связям между организмами, потокам энергии и круговороту веществ.

Экосистемы классифицируются по функциональным, или структурным, характеристикам, а также исходя из типа растительных или основных признаков ландшафта. Какой-либо традиционной единой классификации типов экосистемы в практике экологических исследований не принято, и это разнообразие подходов полезно.

Приведем примеры. Классификация наземных биомов осуществляется по естественным или исходным признакам растительности, типы водных экологических систем различают по геологическим и физическим признакам. В таблице 1 приведены шестнадцать основных типов экосистем, представляющих характерную среду развития человеческой цивилизации.

Все экосистемы, включая самую крупную из них - биосферу, представляют собой открытые системы, которые должны получать и отдавать энергию. Это означает, что экосистемы, входящие в биосферу, также открыты для потоков веществ, для перемещения через них (входа и выхода из них) организмов. Из этого вытекает и понятие концепции.

Таблица 1 - Основные типы природных экосистем и биомов биосферы (по Ю. Одуму, 1986)

Концепция экосистемы, т.е. система взглядов на экосистему, должна учитывать существование совокупности взаимосвязанных и необходимых для жизнедеятельности энергии и веществ на входе и выходе среды.

Эта особенность показана на рисунок 1 в виде схематической модели круговорота энергии и вещества в экосистеме. Данная модель состоит из биотической (биоценоза) и абиотической (биотоп) части, связанных обменом веществ. В экосистему поступает энергия солнца, газы атмосферы, вода и минеральные вещества почвы. Из нее же выделяются тепло, кислород, углекислый газ, биогенные вещества, переносимые водой, перегной.

Масштабы изменения среды на входе и выходе зависят от рода переменных и могут очень сильно варьироваться. К переменным такого рода можно отнести размеры системы, интенсивность обмена, взаимодействие или сбалансированность автотрофных и гетеротрофных процессов.

Рисунок 1- Схема круговорота энергии и вещества в экосистеме

экосистема биосфера вернадский

Границы рассматриваемых экосистем могут быть определены как достаточно точно (например, геометрические границы города), так и условно, когда переходы между экосистемами постепенны (например, переход между лесом и степью или между топяным болотом, тростниковым болотом и озером). Поэтому экосистемы отличаются не столько определенными числами и неподвижными границами, сколько средними значениями и границами разброса.

Структура экосистем включает в себя пищевые цепи, которым принадлежит особая роль в экономике экосистем. Эти цепи составляют трофические структуры (от греч. trophy - питание), по которым происходит перенос энергии и круговорот веществ.

С позиции трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса, или пласта: 1) верхний - автотрофный (греч. autos - сам, trophies - пища), т.е. самостоятельно питающийся пласт, или "зеленый пояс", включающий растения или их части, и 2) нижний - гетеротрофный (греч. heteros - другой), т.е. питаемый другими пласт, или "коричневый пояс" почв и осадков. Рассматривая же биологическую сущность состава экосистемы, следует выделить: 1) неорганические вещества (C, N, CO2, H2O и др.), входящие в круговорот; 2) органические соединения (белки, углероды, липиды, гумусовые вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую физические факторы; 4) проценты автотрофных организмов (зеленые растения, производящие пищу из неорганических веществ); 5) макроконсументы или фаготрофы (от греч. phagos - пожирать) - гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами; 6) микроконсументы - гетеротрофные, в основном бактерии и грибы или осмотрофы (от греч. osmos - толчок, давление).

Пищевой цепью называется перенос энергии пищи от ее источника - автотрофов (растений) - через разные организмы путем поедания одних другими. Пищевые цепи так или иначе знакомы каждому из нас: траву поедает корова, мясо которой становится пищей для человека, или другой пример - фитопланктон, живущий от солнечной энергии, становится пищей зоопланктона, последний поедается мелкой рыбой, которую съедает крупная рыбы, ставшая пищей для человека.

Все пищевые цепи входят в круговороты материи, ведущие от продуцентов к диструентам. Представители трофных уровней, представленных выше, связаны между собой односторонней передачей биомассы в цепи питания. Цепи хищников начинаются с продуцентов: клевер - овца - волк; планктонные водоросли - дафния - плотва - щука. Цепи паразитов могут начинаться и с продуцентов (яблоня - щитовка - наездник) и с консументов (овца - муха - кровососка - бактерии - вирусы).

Экология занимается системами различного уровня организации (от организмов до экосистем). Популяция обозначает группы особей различных видов организмов, сообщество включает в себя все популяции данного объекта. Закономерности взаимоотношений организмов и среды их обитания проявляются на уровне особей, биоценоза и биогеоценоза.

Популяция (от лат. populus - народ) - это совокупность организмов одного вида, совместно обитающих и населяющих общую территорию. По Ю.Одуму, популяцию можно определить, как любую группу организмов одного вида (или иную группу, внутри которой особи могут обмениваться генетической информацией), занимающую определенное пространство и функционирующую как часть биотического сообщества. Любая популяция обладает генетическими свойствами, связанными с экологией. Основными характеристиками популяции являются: рождаемость, смертность, плотность, возрастная структура, соотношение полов, биотический потенциал, распределение в пространстве (дисперсия), кривая роста и др.

Популяции организмов, закономерно взаимодействующие между собой в пространстве, представляют собой биоценоз. Термин биоценоз (от греч. bios - жизнь, koinos - общий) впервые введен немецким биологом К.Мебиусом, а в исследованиях американского ученого С.Форбса были заложены основы понятия об экосистеме.

Биоценоз, или сообщество организмов, - это ассоциация взаимодействующих растений и живых организмов в ограниченном пространстве, в котором преобладают определенные виды организмов или физический фактор.

Длительное существование различных видов организмов лежит в основе формирования многовидовых сообществ - биоценозов. Подбор видов в биоценозах не случаен, а определяется возможностью непрерывного поддержания круговорота.

Соответственно, используя термины: совокупность растений - фитоценоз, животных - зооценоз, микроорганизмов - микроценоз, организмов, населяющих органическое жизненное пространство - биотоп.

Экологическая система, или биогеоценоз, представляет собой систему взаимодействия живой (биоценоз) и неживой (косной) природы. Термин "биогеоценоз" введен в науку российским академиком В.Н.Сукачевым, под которым понимается участок биосферы, однородный по топографическим, микроклиматическим, гидрологическим и биотическим условиям.

В состав биогеоценоза входят:

1) растительное сообщество - фитоценоз;

2) животный компонент - зооценоз;

3) микробные биокомплексы - микробоценоз;

4) почва и почвенно-грунтовые воды, которые, взаимодействуя с растениями и микроорганизмами, образуют эдафотоп;

5) косное вещество - неживая природа, образующая экотоп;

6) атмосфера, взаимодействующая с компонентами биогеоцено-за, образует климатоп.

Крупная же биосистема регионального или континентального значения, характеризующаяся определенным типом растительности или спецификой ландшафта, обозначается термином биом.

Биосфера как глобальная экосистема

Биосфера -- часть геологических оболочек Земли, заселённая и преобразуемая живыми организмами. Границы биосферы определены условиями, в которых могут обитать живые существа. Биосфера представляет собой открытую биологическую систему с постоянным круговоротом веществ и обменом энергии, совокупность биогеоценозов (биогеоценозы являются структурными компонентами биосферы).

Учение о биосфере разработано В.И. Вернадским. Учёный выделил следующие её компоненты:

· живое вещество -- совокупность всех живых организмов;

· биогенное вещество -- формируется в результате жизнедеятельности организмов:

· кислород атмосферы -- результат деятельности растений и цианобактерий;

· уголь -- остатки древних растений;

· нефть -- результат деятельности планктона древних морей;

· известняки -- скелеты морских беспозвоночных;

· железные и марганцевые руды, фосфориты;

· сера -- продукты хемосинтезирующих бактерий;

· косное вещество -- формируется без участия живых организмов (базальт, гранит);

· биокосное вещество -- результат взаимодействия жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почва, ил).

Биосфера разделена на несколько слоев:

· Аэробиосфера, в которой источником жизни для микроорганизмов служит атмосферная влага, а источником энергии для химических реакций -- солнечная энергия.

· Геобиосфера, населенная геобионтами. Источником жизни, а также частично средой обитания для геобионтов является почва.

· Гидробиосфера -- весь слой воды (без учета подземных вод), населенный гидробионтами. Делится на аквабиосферу (континентальные воды), маринобиосфера (область морей и океанов). По глубине различают 3 слоя: фотосферу (относительно ярко освещена), дисфотосферу (проникает менее 1 % солнечного света) и афотосферу, слой абсолютной темноты.

Жизнь на Земле зародилась около 3,5 млрд. лет назад, с этого момента отсчитывается развитие биосферы -- такой возраст имеют найденные палеонтологами древние органические остатки. В архее появились первые эукариоты (одноклеточные водоросли и простейшие организмы), началось образование почв, а в конце архея начала появились первые многоклеточные организмы.

Учёные считают, что на Земле обитает от 5 до 30 млн видов, хотя описано около 1,7 млн. Совокупность всех видов составляет биоразнообразие Земли. Для отдельных видов животных решающую роль в уменьшении численности сыграла охота на них (морское млекопитающее -- стеллерова корова была истреблена в XVIII в. ради вкусного мяса и жира).

Экологические проблемы

Человек, используя для питания мясные продукты, оказывается потребителем второго порядка. Биомасса существ на вершине экологической пирамиды не может быть высокой. Уменьшить нагрузку на экосистемы можно было бы перейдя на вегетарианскую пищу, однако человеку для нормального развития нужны продукты животного происхождения. Это означает, что возросшая численность человечества может поддерживаться искусственным разведением животных, производством ценных пищевых веществ.

Антропогенное воздействие может нарушать естественное устойчивое развитие экосистем, снижая биоразнообразие, нарушая круговорот веществ, лежащих в основе многих механизмов саморегуляции, и изменяя среду обитания организмов. Внезапные изменения в экосистемах, вызывающие резкое увеличение численности одних видов и гибель других, могут быть спровоцированы также внесением человеком в экосистему нового вида, у которого на новом месте нет естественных врагов или редуцентов их выделений (например, завоз кроликов и разведение овец в Австралии). Поэтому сохранение биологического разнообразия -- важная задача, решение которой направлено на сохранение природных экосистем.

Ряд экологических проблем связан с уничтожением лесов, болот, других природных биогеоценозов при открытой разработке полезных ископаемых, работе промышленности и сельского хозяйства.

Поскольку основной причиной уменьшения биоразнообразия является разрушение и загрязнение среды обитания, пути охраны природы связаны с безотходными технологиями производства, утилизацией мусора, переходом на новые источники энергии, грамотным применением удобрений и средств защиты организмов в сельском хозяйстве и т. д.

Последствия деятельности человека в экосистемах. Известно, какое важное значение для любого живого организма имеет воздух: без пищи человек может прожить месяц, без воды -- неделю, без воздуха -- считанные секунды. Вместе с тем то, чем мы дышим, подвергается сильному влиянию целого ряда факторов -- результатов интенсивного развития таких производств, как: топливно-энергетического, металлургического, нефтехимического и др. Топливо-энергетический комплекс включает деятельность теплоэлектростанций, работа которых связана с выбросом в атмосферу окиси серы, азота, образующихся в процессе сгорания необогащенного угля. Не менее опасным загрязнителем воздуха являются предприятия металлургической промышленности, выбрасывающие в воздух различные химические соединения, особенно тяжелых н редких металлов. Опасным источником загрязнения воздуха стали и продукты переработки нефтехимической промышленности, особенно углеводородные соединения.

На сегодняшний день влияние человека на экосистему стало практически абсолютным. За последние несколько веков, благодаря существенному развитию технологического прогресса, загрязнение окружающей среды достигло критической отметки и начало представлять серьёзную опасность.

Подробный анализ и оценка последствий человека в экосистемах позволяют судить о том, что основные ухудшения экологического состояния на Земле связаны в основном с умышленно направленной деятельностью человека. К этой сфере можно отнести браконьерство и увеличение численности химических предприятий, выбросы которых оказывают сильнейшее влияние на экологию. Если в ближайшее время человечество не осознает, к какому результату приведут в итоге его действия, и не начнёт активно использовать очистительные технологии, включая увеличение количества зелёных насаждений, особенно в крупных промышленных городах, в дальнейшем это может привести к необратимым последствиям во всём мире.

Размещено на Allbest.ru