Шпоры по экологии6 / 03 shpora A4

16. Биотические сообщества.

Биоценоз – биологические сообщества. Образуются многообразными живыми организмами в процессе их существования. Биоценоз сост из 3х компонентов: растительности, животных и микроорганизмов.

Биоценоз – совокупность совместно обитающих организмов разного вида, живущих в опред пространстве – биотопе (воздух, вода, почва и подстилающие горые породы). Показатели биоценоза – видовой состав и видовое разнообразие. В биоценозе разные орг-мы вып-ют разную роль: Доминанты – виды, занимающие ведущее место в сообществе (обычно растения: дуб; они преобладают по числ-ти. Предоминанты – живут за счет доминантов. Эдификаторы – виды, которые создают среду для всего сообщества. Консорции – группы разнородных организмов, поселяющихся на теле или в виде.

Биотическое сообщество (биоценоз) – более высокий уровень организации, чем поп-ция, которая явл-ся его составной частью. Биоценоз обладает сложной внут стр-рой. Выделяют видовую (хар-зуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда ф-ров) и пространственную стр-ру биоценозов.

Иерархический ряд экосистем.

Биогеоценоз – участок суши с одинаковой растительностью.

Биогеоценоз – биогеоценотический комплекс – ландшафт – биом – биогеографическая область – экосистема суши, экосистема океана – биосфера.

Сукачев внес большой вклад в изучение биогеоценоза (экосистемы). Тенсли ввел понятие экосистемы (1935).

17. Основные типы экосистем. Наземные экосистемы (биогеоценоз, биомы).

Экосистема – это совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой посредством обмена веществом, энергией, информацией и сохранения устойчивости в течение длительного времени.

Биом - совокупность видов растений и животных, составляющих живое население данного района. Термин ввел Тенсли в 1935году. Биогеоценоз - биоценоз, который рассматривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и в свою очередь изменяющимися под его воздействием.

По происхождению: 1) природные экосистемы (лес, луг, степь и т.д.); 2) антропогенные экосистемы (агроэкосистема, город, квартира и т.д.).

По размеру: микроэкосистемы (ствол дерева); мезоэкосистемы (лес); макроэкосистемы (континенты, океаны); глобальная экосистема (биосфера).

По источникам энергии, обеспечивающей жизнедеятельность: автотрофные (используют энергию Солнца или химической реакции)

; гетеротрофные (энергия берется из пищи (химическая), созданных человеком энергетических установок).

Классификация природных экосистем по Ю. Одуму:

1) Наземные биомы:

тундры (арктические, альпийские): хар-зуются суровыми условиями для произрастания;

бореальные хвойные леса: распростран в северн части умеренной климатич зоны;

листопадные леса умеренного пояса: расп южнее тайги, не имеют сплошного распространения;

степи умеренного пояса, саванны и тропические степи, чапарраль (районы с дождливой зимой и засушливым летом), пустыни (травянистые, кустарниковые), вечнозеленые леса.

2) Водные экосистемы: пресноводные: 1 лентические (стоячие воды) – озера, пруды и т.д., 2 заболоченные зоны, 3 лотические (текучие воды). Морские: 1 открытый океан (пелагическая) (мало орг-мов), 2 воды континентального шельфа (прибрежные воды), 3 р-ны апвелинга (осущ-ся рыболовства активное), 4 эстуарии – места, где сливаются разные зоны (бухты, заливы…).

Границы распространения биомов определяются ландшафтными компонентами материков, в названии, как правило, доминирующая растит-ть. Биом – это экосистема, которая совпадает своими границами с ландшафтами регионального уровня. Он состоит из тех же компонентов, что и ландшафт, но главный компонент его – биота, и основное внимание здесь уделяется процессам, создающим органическое вещество, и биохимическому круговороту веществ.

18. Водные экосистемы и их особенности, отличия от наземных экосистем.

Пресноводные экосистемы.

Пресноводные местообитания делятся на: 1 лентические (стоячие воды) – озера, пруды и т.д., 2 заболоченные зоны – марши и болота, 3 лотические (текучие воды) – реки, ручьи и т.д.

Особенности: 1) пресные воды – практически единств источник для бытовых и промышл нужд, 2) пресноводные экосистемы предствл собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов, 3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды. Лимитирующие ф-ры водной среды: температура, прозрачность, течение, соленость, концентрация О2 и СО2 и др.

Водные организмы: бентос (донные) – перифитон (околодонные) – планктон (фито-, зоо-) (микроскопические) – нектон (крупные плавающие рыбы) – нейстон (личинки комаров, стрекоз…).

Морские экосистемы.

Морская среда занимает более 70% поверхности Земли. В отличие от суши и пресных вод – она непрерывна. В океане практически отсутствуют абиотические зоны, несмотря на то, что барьерами для передвижения животных явл-ся темпер, соленость, глубина.

Наиболее продуктивны в Мировом океане обл-ти апвеллинга. Апвеллинг – процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где ветры постоянно перемещают воду прочь от крутого материкового склона, взамен которой поднимается из глубины вода, обогащенная биогенами.

Средняя соленость океана 35 г/л. Биогенные элементы – важный лимитирующий фактор в морской среде, где их содержится несколько частей на миллиард частей воды. Главным ф-ром, который дифференцирует морскую биоту, явл-ся глубина моря.

Морские экосистемы: 1) обл-ть континентального шельфа, неритическая обл-ть – самая богатая в фаунистическом отношении в океане. 2) обл-ти апвеллинга богаты рыбой и птицами, живущими на о-вах. 3) лиманы – полузамкнутые прибрежные водоемы. 4) океанические области – эвфотическая зона открытого океана, бедны биогенными эл-тами. 5) экосистемы глубоководных рифтовых зон океана.

Океан явл-ся колыбелью жизни на планете. Он определяет во многом, в сочетании с материковыми экосистемами, целостность современной биосферы Земли.

19. Основные этапы использования вещества и энергии в экосистемах. Трофические уровни. Пищевые цепи. Потери энергии.

Жизнь на Земле сущ-ет за счет солнечной энергии, которая через растения как бы передается всем организмам.

Энергия передается от организма к орг-му, создающих пищевую или трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов (создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так 4-6 раз с одного трофич ур-ня на другой. Трофическая цепь (цепь питания) – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим.

Трофический уровень – это место каждого звена в пищевой цепи. Первый троф ур-нь – это продуценты, все остальные – консументы. 2ой тр ур – это растительноядные консументы, 3ий – плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами, 4й – консументы, потребляющие других плотоядных и т.д. => консументов можно разделить по ур-ням: консументы первого, 2го, 3го и т.д. порядков.

По функции в пищевой цепи: продуценты – создают орг. в-во, потребляемое остальными, автотрофы; консументы – потребители орг. в-ва – травоядные, плотоядные, всеядные; редуценты – разлагают мертвое орг. в-во до неорг. в-в и возвращают его в нежив. природу.

Примеры цепей питания:

травалиса,

опавшие листья  насекомые  птицы,

сельскохозяйственная цепь – трава  корова  человек,

в водоеме – фитопланктон  зоопланктон  плотва  щука.

Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.

Энергетические превращения осуществляются по законам термодинамики – энергия переходит из одной формы в другую, но не исчезает и не появляется. Живые системы открыты для обмена энергией. Извне поступает даровая энергия солнца. В живых системах есть компоненты, обладающие механизмом улавливания, концентрации и рассеивания энергии (увеличение энтропии). Процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией, он ведет к уменьшению энтропии.

Фотосинтез – синтез сахара из неорганических веществ – CO2 и H2O, при помощи солнечной энергии. 6CO2 + 12H20 (2816 Дж, хлорофилл)  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Поток энергии в экосистеме: трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах.

Энергия тратится: большая часть – на метаболизм; образование тканей и органов, запас питательного вещества (рост); выделение экскрементов; рассеивание в виде тепла при химических реакциях и активной мышечной работе.

В конечном итоге вся энергия выделяется в виде тепла. При переходе с одного трофического уровня на другой теряется большая часть энергии (около 90%), на каждый следующий уровень передается около 10%. Значительная часть гетеротрофов питается мертвой органикой.

20. Продуктивность экосистем

Продуктивность экосистем – скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя вещество, которое затем может быть использовано как пища.

Различают первичную продукцию – органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени; и вторичную продукцию – прирост за ед вр массы консументов.

((Продуктивность бывает первичной и вторичной:

• первичная (продуценты – оценивается как скорость усваивания лучистой энергии Солнца)

• вторичная (консументы и редуценты – скорость усваивания энергии солнца через продуцентов) ))

Первичная продукция подразделяется на 2 уровня:

• валовая (вся энергия, которую растения уловили и перевели в органическое вещество)

• чистая (все вещество за вычетом расходов на дыхание и отмирание.)

Все живые компоненты экосистемы – продуц, консум, редуц – составляют общую биомассу (живой вес) сообщества в целом или его отдельных частей.

На образование биомассы расходуется не вся энергия, а та, которая используется, создает первичную продукцию и может расходоваться в разных экосистемах по-разному.

В стабильных сообществах практически вся продукция тратится в трофических сетях и биомасса остается постоянной.

21. Экологические пирамиды. Правило пирамиды

Функциональные взаимосвязи, т.е. трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде т.н. экологических пирамид.

Соотношение численности, биомассы или эквивалентной ей энергии живых организмов называется пирамидой численности биомассы или энергии. Длина или площадь пропорциональна числу организмов их биомассе или эквивалентной ей энергии.

С помощью экологических пирамид можно изучать изменения, происходящие в экосистемах, а также взаимоотношения видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает определенный трофический уровень. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие ур-ни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Экологические пирамиды бывают трех типов: 

1. Пирамиды численности - показывают количество особей на каждом уровне. Такие пирамиды удобны тем, что для их создания требуется только подсчет особей. Подчиняются закономерности Элтона: количество особей от продуцентов к консументам неуклонно уменьшается. Неудобство этих пирамид в том, что могут возникать перевернутые пирамиды в цепях паразитов. 

2. Пирамиды биомассы - показывают общую массу особей на каждом уровне на данный период. Такие пирамиды составлять труднее, и они тоже могут быть перевернутыми, т.к. одинаковое количество биомассы разных видов может синтезировать различное количество энергии.  В наземных экосистемах действует правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

3. Пирамиды энергии - отображают скорость синтеза энергии на каждом трофическом уровне. Они являются фундаментальными пирамидами, т.к. не бывают перевернутыми, но для их составления требуется много данных

Правило пирамиды энергий (правило 10%): каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего.

В конечном итоге все три правила пирамид отражают энергетические отношения в экосистеме, а пирамида продукции (энергии) имеет универсальных характер.

22. Экологическая сукцессия

Экологическая сукцессия – поступательная динамика экосистемы – последовательный ряд изменений видовой и трофической структур экосистемы, всей ее организации, или последовательная смена экосистем.

Сукцессия – смена одних видов другими за определенный промежуток времени.

Сукцессии бывают первичными и вторичными:

1. первичная (экосистема возникает на безжизненном месте)

2. вторичная (сообщество развивается на месте уже существующего)

В зависимости от причин сукцессии различают:

1. Экзодинамические – вызванные внешними факторами – изменением климата, понижением уровня грунтовых вод, подъемом уровня мирового океана и т.п. Связаны в основном с действием механической адаптации экосистемы к факторам внешней среды.

2. Эндодинамические - вызванные внутренним механизмом экосистемы. Приводятся в действие особыми законами, механизмами. На любом, даже безжизненном субстрате, рано или поздно расцветает жизнь. При этом типы сообществ, в данном пр-ве последовательно сменяют друг друга, постепенно усложняясь и увеличивая видовое разнообразие, формируя т.н. сукцессионный ряд, состоящий из последовательных стадий, отмечающих смену одного сообщества другим. Сукцессионный ряд заканчивается стадией зрелости, на которой экосистема изменяется очень мало - климаксными экосистемами. Вмешательство человека в природу ведет зачастую также к явлению дигрессии, когда климакс экосистемы достигается на более ранних стадиях сукцессии, вследствие чего экосистемы значительно упрощаются.

Следует различать автотрофные и гетеротрофные сукцессии. Динамика гетеротрофов целиком подчинена динамике автотрофов - смена животных сообществ зависит от смены растительных сообществ. В гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гетеротрофы, консументы). Гетеротрофная сукцессия предполагает обязательное наличие определённого запаса энергии, аккумулированной в органическом веществе. Она заканчивается вместе с исчерпанием ресурса энергии, то есть после полного разложения исходного субстрата. После этого экосистема перестает существовать (гниющее дерево).

Сукцессии бывают (P-производимая биомасса; R-расход на дыхание):

- автотрофные - растущий лес – P/R>1;

- гетеротрофные - расходуется больше вещества, чем производится – P/R<1;

- климаксная система - состояние равновесия – P/R=1.

23. Гомеостаз экосистем. Принцип обратной связи. Отношения "хищник-жертва". Помехи в экосистемах.

Гомеостаз – способность экосистемы к саморегуляции, т.е. способность противостоять изменениям и сохранять равновесие.

В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи.

• Отрицательный (уменьшается отклонение от нормы)

• Положительный (увеличивается отклонение от нормы)

Поддерживать гомеостаз возможно в пределе отрицательной обратной связи. В любой экосистеме, где существуют пищевые цепи, есть определённые каналы передачи информации: химические, генетические, энергетические и др. Стабильность сообщества определяется количеством связей в трофической пирамиде. Сбалансированность экологического круговорота и уравновешенность экосистем обеспечивается механизмом обратной связи: управляющий компонент получает информацию от управляемого и соответственным образом вносит коррективы в дальнейший процесс управления. Возникновение помех – нарушение обратных связей. Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи: частичные (ядохимикаты, отстрел животных, вылов рыбы); предельные – разрушают экосистему (уничтожение основного трофического уровня). Гомеостатическое плато – область в пределе которой экосистема способна сохранять свою устойчивость несмотря на стрессовые влияния.

Рассмотрим отношения «хищник-жертва». Между условно выделенными блоками хищников и жертв управление осущ посредством положит и отрицат связей. Положит обратная связь увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицат – ограничивает рост поп-ции жертвы за счет увеличения численности поп-ции хищников. Эта схема иллюстрирует процесс коэволюции в системе «х-ж». Если в эту систему не вмешиваются другие факторы, то рез-т саморегуляции будет описываться гомеостатическим плато – областью отрицательных связей, а при нарушении системы начинают преобладать обратные положительные связи, что может привести к гибели системы.