Энергия солнца это элемент экосистемы
Изучая поток энергии в экосистеме, т. е. ее энергетику, пользуются соответствующими физическими единицами. В системе СИ количество энергии измеряют в джоулях (Дж), но до сих пор часто употребляются калории. Определение этих единиц дано в таблице, где приводится также их запас в некоторых пищевых продуктах и организмах (их энергоемкость, или калорийность), а также суточные потребности в энергии трех групп животных (их энергозатраты).
Итак, Солнце — практически единственный исходный источник энергии для экосистем. Из того количества солнечной энергии, которое достигает Земли, примерно 40% сразу же отражается облаками, пылью в атмосфере и поверхностью планеты, не давая никакого эффекта. Еще 15% поглощается и превращается в тепловую энергию атмосферой, главным образом озоном в стратосфере и парами воды.
Озоновый экран поглощает практически все коротковолновые ультрафиолетовые лучи, что очень важно, поскольку они вредны для живого. Оставшиеся 45% энергии «эффективно» достигают поверхности Земли. В среднем это соответствует примерно 5 • 106 кДж м -2 год -1 , но в каждом конкретном месте количество получаемой энергии зависит от географической широты, климата и ориентации участка относительно сторон горизонта (экспозиции). Лишь менее половины падающих на планету лучей относятся к видимой части спектра, т. е. к фотосинтетически активной радиации (ФАР).
Однако даже при оптимальных условиях только около 5% поступающей солнечной энергии (10% ФАР) используется в процессе фотосинтеза и запасается в валовой первичной продукции (ВПП). Более типичная доля для хороших условий — 1% обшей получаемой Землей радиации (2% ФАР), а в среднем по биосфере — 0,2% ее суммарного количества. Чистая первичная продукция (ЧПП), т. е. прирост органической массы в ходе фотосинтеза после вычета расходов автотрофов на собственное дыхание, варьирует от 50 до 80% ВПП (разд. 10.3.5).
Итак, в среднем на планете фиксируется в органических веществах лишь 0,1% падающей на нее солнечной энергии. Наземные экосистемы, занимающие 30% площади Земли, улавливают половину этого количества. В пересчете на их короткий вегетационный период для зерновых культур характерны максимальные величины ВПП и ЧПП, но при нормальных полевых условиях устойчивого подъема интенсивности фотосинтетической фиксации выше определенного предела достичь не удается.
Источник
Научная электронная библиотека
Хамзина Ш. Ш., Жумабекова Б. К.,
4.2. Экосистема как структурно-функциональная единица биосферы. Энергия в экосистемах. Фотосинтез и хемосинтез, поток энергии и круговорот химических элементов в экосистеме
Экологическая система, или экосистема, ввел термин английский ученый А. Тенсли, 1935 г., – 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». 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.
Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.
С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса:
1) 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, экологическая роль которых важна:
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;
5) консументы, или фаготрофы (пожиратели), – гетеротрофные организмы;
6) редуценты, или сапротрофы (питающиеся гнилью), – гетеротрофные организмы (рис. 13).
Рис. 13. Необходимые компоненты экосистемы
Гомеостаз – способность биологических систем (организма, популяции и экосистем) противостоять изменениям и сохранять равновесие.
Для понимания различного вида существующих связей в экосистемах и обусловленности механизмов их функционирования важно познакомиться с одним из основополагающих понятий экологии – экологической нишей.
Экологическая ниша – место вида в природе, преимущественно в биоценозе, включающее как положение его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение к абиотическим условиям существования. Ю. Одум (1975) образно представил экологическую нишу как занятие, «профессию» организма в той системе видов, к которой он принадлежит, а его местообитание – это «адрес» вида.
Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организмов, называют фундаментальной, а ту, в пределах которой вид реально встречается в природе, – реализованной. Реализованная ниша – это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция в состоянии «отстоять» в конкурентной борьбе.
Конкуренция, по Ю. Одуму (1975), – отрицательные взаимодействия двух организмов, стремящихся к одному и тому же. Межвидовая конкуренция – это взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Конкуренция проявляется в борьбе видов за экологические ниши. Два различных вида никогда не занимают одинаковые экологические ниши; из близкородственных видов, ниши которых могут перекрываться, в конечном итоге, нишу занимает один вид. Явление экологического разобщения близкородственных видов получило название принципа конкурентного исключения, или – принципа Гаузе, в честь русского ученого Гаузе, доказавшего его существование экспериментально.
Результатом межвидовой конкуренции за ресурсы может быть либо взаимное приспособление двух видов, либо популяция одного вида замещается популяцией другого вида, а первый вынужден переселиться на другое место или перейти на другую пищу. Процесс разделения популяциями видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш (рис. 14).
Рис. 14. Экологические ниши некоторых птиц, населяющих хвойные леса
Если близкородственные виды живут в одном месте, то они, как правило, либо используют разные ресурсы, например, питаются в разных ярусах леса, либо активны в разное время. В любом случае их жизнедеятельность не должна пересекаться. Выживает, как правило, только один из конкурирующих видов, лучше удовлетворяющий требованиям данного места обитания, проигравший либо погибает, либо мигрирует из данной экосистемы. Есть еще один выход, по которому часто идет природа: переадаптация, изменение своих требований, например, переход на новый вид пищи. Таким путем обычно создаются новые виды. Иногда достаточно просто сменить время питания или найти новое место обитания. В любом случае острота конкуренции обязательно снимается, то есть экосистема опять приходит в гармоничное состояние, характеризующееся минимумом конфронтаций.
Ярусность в лесу – это пример разделения экологических ниш разных организмов.
Результат дифференциации ниш – снижение конкуренции.
Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле – солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений.
Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой идет с потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает. В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ.
Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности. Экологические системы суши и мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.
Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым. Часть органических и неорганических веществ выносится за пределы экосистемы, и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. В отдельных случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов круговорота веществ составляет 90–98 %. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Таким образом, накапливаются полезные ископаемые – уголь, нефть, газ, известняки и т.п.
Энергию можно определить, как способность совершать работу, а организмы представить в виде машин, требующих энергии для своей работы, т.е. жизнедеятельности. Источником энергии дня функционирования практически всех экосистем является – Солнце. Энергия солнечного излучения улавливается фотоавтотрофами в процессе фотосинтеза и преобразуется в химическую энергию, которая запасается в органических молекулах. Запас этих молекул служит источником энергии для всех других организмов экосистемы.
Образование органических веществ зелеными растениями при использовании энергии солнечного света происходит в процессе фотосинтеза:
Углекислый газ + вода + солнечная энергия = = глюкоза + кислород 6CO2 + H2O + солнечная энергия = = C6H12O6 + O2.
Хемосинтез – преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.
Только продуценты способны сами производить для себя пищу. Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.
Каждый год продуцентами на Земле создается около 100 млрд. т органического вещества, что составляет глобальную продукцию биосферы. За этот же промежуток времени приблизительно такое же количество живого вещества, окисляясь, превращается в СО2 и H2O в результате дыхания организмов.
Соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами, а также соотношения консументов разных порядков образуют экологическую структуру сообщества. Благодаря взаимодействию между этими организмами возникает главное свойство экосистемы – способность к саморегулированию.
Все три компонента тесно связаны в экологических системах. Организмы разных трофических групп (т.е. с разными способами питания) участвуют в процессе передачи пищи и энергии, т.е. образуют пищевые цепи.
Продуценты составляют начало всех пищевых цепей. Консументы, поедая продуцентов, передают органические вещества от одного звена пищевой цепи к другому и соответственно делятся на несколько групп по порядку нахождения в цепи. Редуценты как бы заканчивают круговорот веществ, завершают пищевые цепи, образуя неорганические вещества для вступления в новый цикл.
Однако в реальных условиях в экосистемах различные цепи питания перекрещиваются между собой, образуя разветвленные сети.
Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в той или иной природной экосистеме, влияя на нее в целом или на отдельные ее звенья. Эти воздействия могут проявляться, например, в следующем:
1) введение в экосистему новых компонентов (проникновение колорадского жука в Европу из Северной Америки);
2) отстрел растительноядных копытных;
3) вырубка части деревьев;
4) загрязнение тех или иных составляющих абиотической компоненты экосистемы и т.д. не всегда эти воздействия ведут к распаду всей системы, к нарушению ее стабильности, однако давление помех не может быть беспредельным.
При определенном уровне стрессового фактора, например, при нашествии других (новых) хищников или массовой гибели особей одного вида из-за болезней, информационная обеспеченность экосистемы не может за счет отрицательной обратной связи компенсировать отклонений, определяемых положительной обратной связью. Тогда данная система прекратит свое существование.
Источник
Какие бывают экосистемы по источнику энергии
Источник энергии в экосистеме
Основным (и практически единственным) источником энергии в экосистеме является солнечный свет, который трансформируется в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии деградирует, проходит через систему покидает её в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток).
Следует отметить, что только около 2 % поступающей на поверхность земли энергии усваивается автотрофными организмами, большая часть (до 98%) рассеивается в виде тепловой энергии.
Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно цепь энергетическая, т. е. последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям.
Организмы-потребители (консументы), питаясь органическим веществом продуцентов, получают от них энергию, частично идущую на построение собственного органического вещества и связывающуюся в молекулах соответствующих химических соединений, а частично расходующуюся на дыхание, теплоотдачу, выполнение движений в процессе поиска пищи, ускользания от врагов и т. п.
Таким образом, в экосистеме имеет место непрерывный поток энергии, заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеиванием энергии на каждом последующем звене, т. е. с ее потерями и возрастанием энтропии. Понятно, что это рассеивание все время компенсируется поступлением энергии от Солнца.
Экологические пирамиды
Трофическую структуру можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид.
Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.
Известны три основных типа экологических пирамид:
— пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона);
— пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества;
— пирамида энергии, имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных трофических уровнях.
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.).
Рис. 5. Упрощенная схема пирамиды Элтона
Рис.7. Пиpамида пеpедачи энеpгии по пищевой цепи
Виды экосистем
Существует несколько классификаций экосистем.
Экосистемы по характеру происхождения:
— природные (болото, луг);
— искусственные (пашня, сад, космический корабль).
Экосистемы по размерам:
— микроэкосистемы (например, ствол упавшего дерева или поляна в лесу);
— мезоэкосистемы (лесной массив или степной колок);
— макроэкосистемы (тайга, море);
— экосистемы глобального уровня (планеты Земля).
Экосистемы по типу источника энергии:
— движимые Солнцем, малосубсидируемые – получают энергию практически только от Солнца и имеют низкую продуктивность (открытые океаны, высокогорные леса);
— движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками – экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться (заливы, дождевые леса);
— движимые Солнцем и субсидируемые человеком – наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде орошения, удобрения (поля зерновых и т.п.);
— движимые топливом (индустриально-городские экосистемы) – высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию, а пища привозится извне (города, мегаполисы).
Экологическая система (экосистема) – пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.
Различают водные и наземные природные экосистемы.
Водные экосистемы – это реки, озера, пруды, болота – пресноводные экосистемы, а также моря и океаны – водоемы с соленой водой.
Наземные экосистемы – это тундровая, таежная, лесная, лесостепная, степная, полупустынная, пустынная, горная экосистемы.
В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп.
Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов.
Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз ( биотоп+биоценоз).
Биогеоценоз — элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем.
В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различимые по способу питания:
— гетеротрофы (“питающиеся другими”);
— консументы – потребители органического вещества живых организмов;
— дитритофаги, или сапрофаги, — организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных;
— редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.
Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии.
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: упавшее дерево, труп животного, маленький водоем, 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. Поэтому экосистемы делятся по пространственному масштабу на микроэкосистемы, мезоэкосистемы и макроэкосистемы.
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.
Антропогенное воздействие на природные экосистемы
Антропогенные факторы, т.е. результаты деятельности человека, приводящие к изменению среды обитания можно рассматривать на уровне региона, страны или глобальном уровне.
Антропогенное загрязнение атмосферы приводит к глобальному изменению.
Загрязнения атмосферы поступают в виде аэрозолей и газообразных веществ. Наибольшую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится около 80% всех выбросов. Прежде всего — это соединения серы, углерода, азота.
Углекислый газ сам по себе не ядовит, но с его накоплением связана опасность такого глобального процесса как «парниковый эффект». Последствие мы видим по потеплению климата на Земле.
С попаданием в атмосферу соединений серы и азота связано выпадение кислотных дождей. Двуокись серы и окислы азота в воздухе соединяются с парами воды, затем вместе с дождями выпадают на землю фактически в виде разбавленных серной и азотной кислот.
Такие осадки резко нарушают кислотность почвы, способствуют гибели растений и высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера угнетающе действуют на флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни — от рыб до микроорганизмов.
Расстояние между местом образования кислотных осадков и местом их выпадения может составлять тысячи километров.
Эти отрицательные воздействия глобального масштаба усугубляются процессами опустынивания и вырубки лесов. Главный фактор опустынивания — это деятельность самого человека. Среди антропогенных причин — это избыточный выпас скота, вырубка лесов, чрезмерная и неправильная эксплуатация земель.
Ученые подсчитали, что общая площадь антропогенных пустынь превысила площадь естественных. Вот почему опустынивание относят к числу глобальных процессов.
Теперь рассмотрим примеры антропогенного воздействия на уровне нашей страны.
Россия занимает одно из первых мест в мире по запасам пресной воды. И учитывая, что общие ресурсы пресной воды составляют от общего объема гидросферы Земли всего 2%, становится ясно, каким богатством мы обладаем.
Главною опасность для этих ресурсов представляет загрязнение гидросферы. Основные запасы пресной воды сосредоточены в озерах, площадь которых в нашей стране больше территории Великобритании. В одном только Байкале находится примерно 20% мировых запасов пресной воды.
Ученые различают три вида загрязнения гидросферы : физическое, химическое и биологическое.
Под физическим понимается прежде всего тепловое загрязнение, образующееся в результате сброса подогретых вод, используемых для охлаждения на ТЭС и АЭС.
Сброс таких вод приводит к нарушению природного водного режима. Например, реки в местах сброса таких вод не замерзают.
В замкнутых водоемах это приводит к уменьшению содержания кислорода, что приводит к гибели рыб и бурному развитию одноклеточных водорослей («цветению» воды). К физическому загрязнению относят также радиоактивные загрязнения.
Химическое загрязнение гидросферы возникает в результате попадания в нее различных химических веществ и соединений.
Примером служит сброс в водоемы тяжелых металлов (свинец, ртуть), удобрений (нитраты, фосфаты) и углеводородов (нефть, органические загрязнения). Главным источником выступает промышленность и транспорт.
Биологическое загрязнение создается микроорганизмами, часто болезнетворными. В водную среду они попадают со стоками химической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности и животноводческих комплексов.
Такие стоки могут явиться источниками различных заболеваний.
Особый вопрос в этой теме загрязнение Мирового океана.
Оно происходит тремя путями.
Первый из них — речной сток, вместе с которым в океан попадают миллионы тонн различных металлов, соединений фосфора, органические загрязнения. При этом почти все взвешенные и большинство растворенных веществ осаждаются в устьях рек и прилегающих шельфах.
Второй путь загрязнения связан с атмосферными осадками, с ними в Мировой океан поступает большая часть свинца, половина ртути и пестицидов.
Наконец, третий путь непосредственно связан с хозяйственной деятельностью человека в акваториях Мирового океана.
Наиболее распространенный вид загрязнения — нефтяное загрязнение при транспортировке и добыче нефти.
Результаты антропогенного воздействия
В наше время последствия антропогенного воздействия на географическую среду многообразны и не все они контролируются человеком, многие из них проявляются позже. Перечислим основные из них.
Изменение климата (геофизики) Земли на основе усиления тепличного эффекта, выбросов метана и других газов, аэрозолей, радиоактивных газов, изменения концентрации озона.
Ослабление озонового экрана, образование большой «озоновой дыры» над Антарктидой и «малых дыр» в других регионах.
Загрязнение ближайшего космического пространства и его замусоривание.
Загрязнение атмосферы ядовитыми и вредными веществами с последующим выпадением кислотных дождей и разрушением озонового слоя, в котором участвуют фреоны, окислы азота, водяные пары и другие газовые примеси.
Загрязнение океана, захоронение в нем ядовитых и радиоактивных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, загрязнение нефтепродуктами, тяжелыми металлами, сложноорганическими соединениями, разрыв нормальной экологической связи между океаном и водами суши из-за строительства плотин и других гидросооружений.
Истощение и загрязнение поверхностных вод суши и подземных вод, нарушение баланса между поверхностными и подземными водами.
Радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, в связи с чернобыльской аварией, эксплуатацией атомных устройств и атомными испытаниями.
Продолжающееся накопление на поверхности суши ядовитых и радиоактивных веществ, бытового мусора и промышленных отходов (особенно неразлагающихся пластмасс), возникновение в них вторичных химических реакций с образованием токсичных веществ.
Опустынивание планеты, расширение уже существующих пустынь и углубление самого процесса опустынивания.
Сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к уменьшению количества кислорода и исчезновению видов животных и растений.
Нарушение регионального и глобального экологического равновесия в результате вышеперечисленных процессов, вследствие чего возникают незаполненные экологические ниши, которые заполняются нежелательными организмами — вредителями, паразитами, возбудителями новых болезней растений, животных и человека.
Вероятно, так возник и распространяется вирус иммунодефицита человека — ВИЧ, вызывающий неизлечимое заболевание — СПИД, и возбудителей лейкозов скота и коровьего бешенства.
Классификация и свойства экосистем
Впервые термин «Экосистема» был предложен в 1935 году английским экологом А. Тенсли. Экосистема – это основная структурная единица экологии, представляет собой единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные экологические компоненты, объединены причинно-следственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии.
Экосистемы очень разнообразны. Существует несколько классификаций экосистем.
По происхождению различают следующие типы экосистем.
1. Природные (естественные) экосистемы — это такие экосистемы, в которых биологический круговорот протекает без прямого участия человека. По энергетическому признаку они делятся на два вида:
— экосистемы, полностью зависящие от прямого солнечного излучения, получающие мало энергии, и поэтому малопродуктивны.
Однако они крайне важны, так как занимают огромные площади, на которых очищаются большие объемы воздуха, формируются климатические условия и т.д.
— экосистемы, получаемые энергию и от Солнца, и от других естественных источников. Данные экосистемы намного продуктивнее первых.
2. Антропогенные (искусственные) экосистемы — экосистемы, созданные человеком, которые способны существовать только при поддержке человека.
Среди данных экосистем выделяют:
— агроэкосистемы (греч. agros — поле) — искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека;
— техноэкосистемы — искусственные экосистемы, возникающие в результате промышленной деятельности человека;
— урбаноэкосистемы (лат. urbanus — городской) — экосистемы, возникающие в результате создания поселений человека.
В индустриально-городских экосистемах энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Потребность в энергии плотно заселенных городов на 2-3 порядка больше того потока, который поддерживает жизнь в эстественных экосистемах, движимых Солнцем. Существуют и переходные между природными и антропогенным типы экосистем, например, экосистемы естественных пастбищ, используемых человеком для выпаса сельскохозяйственных животных.
Все экосистемы взаимосвязаны и взаимозависимы. Существует классификация естественных экосистем в зависимости от природных и климатических условий, основанная на преобладающем типе растительности в крупных регионах-биомах. Биом – совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне.
Биом характеризуется основным типом климата, растительности или особенностями ландшафта. К основным типам природных экосистем и биомов (по Ю.Одуму, 1986) относятся следующие наземные экосистемы:
— вечнозеленый тропический дождевой лес;
— полувечнозеленый тропический лес (выраженный влажный и сухой сезоны);
— пустыня травянистая кустарниковая;
— чапараль – районы с дождливой зимой и засушливым летом;
— тропические злаковники (грасленд) и саванна;
— степь умеренной зоны;
— листопадный лес умеренной зоны;
— бореальные хвойные леса;
— тундра арктическая и альпийская.
В водных местообитаниях, где растительность малозаметна, в основе выделения экосистем находятся гидрологические и физические особенности среды, например «стоячая вода», «текучая вода».
Водные экосистемы делятся на пресноводные и морские.
— ленточные (стоячие воды) – озера, пруды и т.д.;
— лотические (текучие воды) – реки, ручьи и т.д.;
— заболоченные угодья – болота и болотистые леса.
— открытый океан (пелагическая экосистема);
— воды континентального шельфа (прибрежные воды);
— районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством);
— эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек и др.);
— глубоководные рифтовые зоны.
Общая характеристика экосистем
Лекция 2. Экологическая система
Общая характеристика экосистем
Определение и понятие экосистемы.Понятие экосистемы является одним из основных понятий в современной экологии.
Термин «экосистема» был введен в употребление А. Тенсли в 1935 г., спустя более полувека после выделения экологии как самостоятельной отрасли научных знаний (1866).
Экосистема— это функциональное единство живых организмов и среды их обитания.
Под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни
Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально- энергетическими связями.
Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода.
В любом конкретном месте обитания запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись.
Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.
Следовательно, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.
В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г.B.НСукачевым.
Рис. 1. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами
В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока:экотоп — совокупность условий абиотической среды ибиоценоз — совокупность всех живых организмов (рис..1).
Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп — как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов.
Структура экосистемы достаточно полно проявляется на примере биогеоценоза, все компоненты которого тесно связаны между собой
— общим потоком энергии (от Солнца к автотрофам и от них к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов,
— сезонными колебаниями климатических условий,
— численностью и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.
Виды экосистем.
Важнейшей с точки зрения организации экосистем является их видовая структура.
Экосистема – сложный объект, при изучении которого используют методы системного анализа.
Классификация таких сложных систем должна проводиться по различным основаниям, или признакам деления на классы.
По пространственному масштабу выделяются экосистемы различного ранга:
- микроэкосистемы,
- мезоэкосистемы,
- макроэкосистемы и
- глобальная экосистема.
Наименьший ранг имеют микроэкосистемы, примерами которых могут служитьмаленький водоем, труп животного с населяющими его организмами или ствол упавшего дерева в стадии биологического разложения, домашний аквариум и даже лужица или капля воды, пока в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот веществ.
Экосистемы промежуточного ранга называются мезоэкосистемами(лес, пруд, река )
Макроэкосистемы имеют большой пространственный масштаб и связаны с крупными географическими объектами, составляющими по размерам значительную часть земной поверхности (например, океан, континент и т.п.).
Самый большой ранг имеет глобальная экосистема, эквивалентная биосфере Земли в целом.
Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга.
Для удобства рассмотрения некоторых особенностей взаимодействия общества и природыв рамках изучаемой дисциплины по степени антропогенного воздействия на природную среду будем различать три следующих вида экосистем:
Природные экосистемы, – это естественные экосистемы, при изучении которых не учитываются какие бы то ни было антропогенные воздействия.
По характеру среды обитания сообществ живых организмов природные (естественные) экосистемы разделяют на наземные и водные, среди последних иногда выделяют пресноводные и морские экосистемы.
Основные экологические свойства экосистем существенно зависят от различия условий среды обитания (географических, гидрографических, климатических, почвенных и др).
Поэтому указанные виды природных экосистем разделяются в свою очередь на различные типы экосистем. В классе наземных экосистем выделяют тундровые, таежные, степные и др., а пресноводные экосистемы делят на озерные, речные, болотные и т.п.
Антропогенные экосистемы— искусственные экосистемы, непосредственно и целенаправленно созданные человеком для удовлетворения своих потребностей.
Их удобно разделять на техногенные и агроэкосистемы.
К техногенным относятся экосистемы, целенаправленно созданные для решения определенных задач охраны окружающей среды и природопользования, например, сложные очистные сооружения и комплексы биологической очистки сточных вод во многих крупных городах мира.
Агроэкосистемы создаются практически во всех странах и предназначены для резкого повышения плодородия земель и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур на основе химизации и применения новых технологий сельскохозяйственного производства.
Социоприродные экосистемы, которые формируются не в результате целенаправленной деятельности человека, а возникают опосредованно вследствие взаимодействия человеческого общества с природной средой.
Неосознанная деятельность человека, связанная с удовлетворением его постоянно растущих потребностей, приводит к тому, что естественные экосистемы в окружающей его среде трансформируются (преобразуются) в социоприродные экосистемы, состоящие из живой и неживой природы и неприроды, т.е. культуры.
Особенностью рассмотрения социоприродных экосистем является включение в состав экосистемы человека как носителя культуры.
Необходимость такого социоприродного подхода к рассмотрению экосистем в современной экологии обусловлена и тем, что человек в современных условиях стал геологической преобразующей силой, без учета которой невозможно разрабатывать стратегии устойчивого развития цивилизции и рационального природопользования.
Экологические системы разных уровней представляют собой основные функциональные единицы биосферы.
Все экосистемы, в зависимости от вида используемой энергии, можно разделить на следующие типы.
1 тип. Экосистемы, для которых основным источником энергии является Солнце. Эти экосистемы имеют низкую продуктивность: не более 10000ккал/м2·год. Примерами таких систем являются открытый океан, горные массивы, и другие системы, вместе занимающие большую часть поверхности Земли.
Эти экосистемы играют важную роль в биосфере Земли, обеспечивая ее устойчивость и в значительной мере формируя на климат планеты.
2 тип. Экосистемы, в которых источниками энергии кроме Солнца являются некоторые другие природные объекты. Источником дополнительной энергии в этом случае может быть энергия приливов, отливов, океанских течений и т.д.
Избыток органического вещества в таких системах может откладываться, образуя запас питательных веществ.
Источник