Использовано солнечной энергии на поле люцерны в 4 га - 2,6 х1011 дж Продуктивность и биомасса экосистем

Одно из важнейших свойств живых организмов и экосистем в целом – способность создавать органическое вещество, которое называется ПРОДУКЦИЕЙ.

Продукцию растений называют - первичной.

Продукцию животных – вторичной.

Различают следующие виды продукции:

Валовая первичная продукция – органическое вещество, которое синтезируется растениями в единицу времени на единице площади или объема, включая ту ее часть, которая расходуется на дыхание.

Чистая первичная продукция - органическое вещество, накопленное в растительных тканях, в единицу времени, на единице площади или объема, за вычетом части израсходованной на дыхание растений за то же время.

Чистая первичная продукция экосистемы - это чистая первичная продукция органического вещества в экосистеме за вычетом той части, которая была ассимилирована консументами в единицу времени на единице площади или объема.

Вторичная продукция экосистемы - органическое вещество, синтезированное на уровне консументов в единицу времени на единицу площади или объема.

Чистая первичная продукция считается главным источником питания и является основным показателем потенциала пищевых ресурсов для животных и человека.

Образование продукции в единицу времени на единице площади или объема характеризует ПРОДУКТИВНОСТЬ экосистем.

Продуктивность экосистем характеризует их способность концентрировать солнечную энергию в продукцию органических веществ биомассы различных организмов.

ТИПЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ

Биологическая

продуктивность

Первичная биомасса

производимая

продуцентами

Вторичная биомасса

производимая

всеми консументами

Валовая – общее количество органического вещества Чистая – оставшаяся после расходования на дыхание

Наряду с продукцией экосистем различают БИОМАССУ экосистем, которая так же является ее важной характеристикой.

БИОМАССА – вся живая органическая масса, которую содержит экосистема, вне зависимости от того, за какой период времени она накопилась.

Пирамида биомасс и трофические уровни

в экосистеме

СО₂ ПРОДУЦЕНТЫ ( 1-3 ) Н₂О

КОНСУМЕНТЫ III порядка

КОНСУМЕНТЫ I порядка (0,1- 0,6)

КОНСУМЕНТЫ II порядка (0,01-0,1)

РЕДУЦЕНТЫ

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Питательные Питательные

элементы элементы

Величина БИОМАССЫ экосистем, во многом зависит не столько от ее продуктивности, сколько от продолжительности жизни организмов.

Для экосистем, представленных однолетними организмами, их годичная продуктивность и биомасса практически совпадают.

Для экосистем, имеющих многолетние организмы, они резко отличаются.

Соотношение биомассы и годовой продуктивности выражается формулой:

Б = П_г - Д_г ;

Где Б – биомасса в данный момент времени,

П_г – годовая продукция,

Д_г – годовое дыхание (вся сумма живого вещества отчуждаемого на процессы разложения в результате гибели целых организмов или их частей).

Количество продукции, образующейся в единицу времени не разных трофических уровнях, подчиняется тому же правилу, которое характерно для пирамид энергии: на каждом последующем уровне количество продукции меньше, чем на предыдущем.

ПИРАМИДЫ ПРОДУКЦИИ ЭКОСИСТЕМ СУШИ И ОКЕАНА

4 уровень

3 уровень

2 уровень

1 уровень

Продукция экосистем суши Продукция экосистем океана

Пирамиды биомасс сходны с пирамидами продукции только для суши.

Для экосистем океана закономерности соотношения биомасс на различных трофических уровнях имеют свою специфику. Здесь пирамида биомасс как бы перевернута. То есть биомасса животных потребляющих растительную продукцию – планктон, больше биомассы растительных организмов.

Причина этого – резкое различие в продолжительности жизни организмов сравниваемых уровней.

ПИРАМИДЫ БИОМАСС ЭКОСИСТЕМ СУШИ И ОКЕАНА

Биомасса экосистем суши Биомасса экосистем океана

В океане выделены две категории сгущения живого вещества – поверхностную или планктонную, и донную, или бентосную.

Первый уровень (продуценты) представлен фитопланктоном с крайне коротким периодом жизни (несколько часов), второй уровень более долгоживущими организмами, животными и зоопланктоном питающимися фитопланктоном ( киты, рыбы, зоопланктон и т.п.).

Среда обитания и условия существования живых организмов.

Законы экологии.

Под СРЕДОЙ ОБИТАНИЯ обычно понимают природные тела и явления, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях.

Среда обитания живых организмов слагается из множества неорганических и органических компонентов.

Экологическими факторами называются важные для жизни организма компоненты окружающей среды.

Зависимость жизнедеятельности от количественного значения экологического фактора

«Правило оптимума»

Оптимальные условия

Жизнедеятельность

жизни

Угнетение Угнетение

жизни жизни

Экологический фактор

Экологическая толерантность

Критическая точка Критическая точка

Экологический минимум Экологический максимум

Правило оптимума гласит: для экосистемы и любого из ее организмов имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора.

Количественный диапазон любого экологического фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности организма называется экологическим оптимумом.

Значения фактора, лежащего в зоне угнетения жизнедеятельности организма, называется экологическим пессимумом.

За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения жизни, переходящие в критические точки, за которыми существование организма невозможно.

В зоне оптимума обычно концентрируется максимальная плотность популяции.

Минимальное и максимальное значение экологического фактора, при котором наступает гибель организма, называется экологическим минимумом и экологическим максимумом.

Диапазон значений факторов между критическими точками называют экологической толерантностью или пластичностью.

Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный, широкий диапазон фактора, для других узкий.

Эврибиотными видами называются широкоприспособленные организмы, выдерживающие большую амплитуду колебания экологического фактора от оптимального значения.

Стенобиотные или узкоприспособленные виды способны существовать только при небольших отклонениях экологического фактора от оптимального значения.

Правило взаимодействия факторов заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов.

Например: недостаток света может отчасти компенсироваться высоким содержанием углекислого газа в воздухе, а переизбыток тепла, пониженной влажностью.

Правило лимитирующих факторов заключается в том, что фактор находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления положительного воздействия на организм других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

Представление о лимитирующих факторах представлены двумя законами экологии Законом минимума Либиха и Законом толерантности Шелфорда.

Закон минимума Либиха ( 1840г).

Рост и развитие организмов зависят, в первую очередь, от тех факторов природной среды, значение которых приближается к экологическому минимуму.

Закон толерантности Шелфорда (1913г)

Рост и развитие организмов зависит, в первую очередь, от тех факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму

Таким образом, если значение хотя бы одного из экологических факторов приближается к минимуму или максимуму, существование и процветание организма, популяции или сообщества становится зависимым именно от этого, лимитирующего жизнедеятельность фактора.

Дополнения к закону толерантности Шелфорда:

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого.

2. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространенные.

3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма или вида, то диапазон толерантности к другим экологическим факторам может сузиться.

4. В природе организмы могут оказаться в условиях, не соответствующих оптимальным значениям того или иного фактора , определенного в лаборатории.

5. Период размножения обычно является критическим: в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвязях в экосистемах.

Наиболее важными лимитирующими факторами суши являются:

Свет, температура, вода.

Наиболее важными лимитирующими факторами океана являются:

Свет, температура, соленость.

Важнейшим лимитирующим фактором в современных условиях становитсяя фактор загрязнения природной среды человеком.

Главным лимитирующим фактором по Ю.Одуму являются размеры и качество «ойкоса», нашей природной обители. То есть, ограничение территории – также лимитирующий фактор для популяции.

Территория необходимая для одного человека колеблется от 2 га до 5 га.

В настоящее время плотность населения приблизилась к одному человеку на 2 га суши.

Для сельского хозяйства пригодны лишь 24% суши, хотя с площадь 0,12 га при современном сельскохозяйственном производстве можно получить достаточное для человека количество калорий. Для полноценного питания с высоким содержанием мяса, фруктов и зелени необходимо еще 0,6га.

Еще 0,4 га необходимы для производства разного рода волокон ( бумага, древесина, хлопок), еще 0,2 га для дорог , вокзалов, аэропортов, жилых зданий) и тд.и т.п.

Отсюда возникла концепция «золотого миллиарда», в соответствии с которой оптимальным количеством является 1 миллирд населения планеты. , стало быть сейчас уже 6 миллиардов –«лишние люди».

Человек впервые в истории столкнулся с предельными, а не локальными ограничениями.

Преодоление лимитирующих факторов требует колоссальной затраты вещества и энергии.