Гомеостаз и сукцессия
Экологические системы обладают определённой стабильностью в пространстве и во времени. Для поддержания этой стабильности необходима сбалансированность потоков вещества и энергии, процессов обмена вещества со средой. Но в экосистеме всегда колеблются абиотические и биотические факторы.
Гомеостаз – это подвижно сбалансированное равновесие в экосистеме.
Гомеостаз является важнейшим условием существования экосистем. В естественных экосистемах гомеостаз поддерживается за счёт их открытости, в искусственных – за счёт антропогенного фактора.
Сукцессия – направленные изменения в структуре сообщества, последовательная смена одного компонента другим в результате смены биотических или абиотических факторов среды, изменения вещества и энергии.
Виды сукцессий:
зоогенная;
фитогенная;
микробиогенная;
катастрофогенная;
антропогенная.
Со сменой сукцессии меняются и биотические факторы, и, следовательно, меняются абиотические факторы.
Энергия в экосистемах и их продуктивность
Первичное органическое вещество на земле образуется зелёными растениями под воздействием энергии солнца в процессе фотосинтеза. Этот эндогенный (внутренний) процесс происходит при фотосинтезе.
Фотосинтез определяет газовый баланс и стабильность газового состава атмосферы.
Синтез питательных веществ осуществляет хлорофилл.
Для образования органического вещества бактерии используют: CO2 как источник углерода, H2S. Эти организмы называются хемосинтезирующими. Они автотрофы, используют энергию неорганических веществ для усвоения CO2 из воздуха.
Понятие трофической цепи
гр. trophe – питание, питаюсь
В отличие от растений, животные не способны использовать для построения своего тела солнечную энергию.
Трофическая цепь – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентного ему количества энергии.
Трофическая цепь:
Автотрофы
продуцентыы
1-й трофический
уровень
Консументы 1-го
порядка
(травоядные)
2-й трофический
уровень
Консументы 2-го
порядка
(хищники)
Консументы 3-го
порядка
(пит. конс. 1 и 2 пор.)
3-й трофический
уровень
отходы
редуценты
гетеротрофы
Редуценты – особые существа в трофической цепи.
В почву поступает 45% кислорода, 42% водорода, 6,2 % азота, 1,5% воды, зольные элементы.
Большую роль в круговороте веществ играют организмы: в воздушной среде – аэробы, в отсутствии воздуха – анаэробы.
Виды трофических цепей:
простые (короткие)
Пример: осина заяц лиса
длинные.
Энергия и продуктивность биогеоценоза
Трофические цепи есть одновременно и цепь передачи вещества и цепь передачи энергии.
Энергией богаты семена растений, мясо животных.
Трофические звенья, получая энергию друг от друга, используют её на конструктивный обмен, создание собственного органического вещества, расходуют её на движение, на испарение, на поиск пищи.
Согласно 2-му закону термодинамики, по которому энергия рассеивается на каждом трофическом уровне, т.е., возрастает энтропия, она компенсируется за счёт поступления энергии от солнца.
Продуктивность
В процессе жизнедеятельности любого организма создаётся и расходуется органическое вещество. Это значит, что каждая экологическая система обладает определённой продуктивностью. Продуктивность оценивается соотношением её с единицей времени и рассматривается как скорость образования органического вещества, т.е., идёт накопление биомассы.
Продуктивность – это количество биомассы, производимое данной популяцией или экосистемой в единицу времени.
Биомасса – это количество органического вещества, отнесённое к площади или объёму.
Вся продукция, произведённая за определённое время, называется валовой продукцией.
Разность между накопленной продукцией и израсходованной на дыхание, называется чистой продукцией.
Чистая продукция у автотрофов мала – всего 0,5%.
Консументы производят вторичную продукцию.
Продуктивность также подразделяется на:
общую (за всё время);
текущую (годичный прирост биомассы).
Пирамиды продуктивности
Продуктивность различных трофических уровней принято выражать в виде пирамид.
|
|
Консументы 3-4-го порядка |
|
|
|
Консументы 1-го порядка |
|
||
Автотофы |
||||
Количество энергии на каждом трофическом уровне уменьшается по мене её переноса с одного уровня на другой. Наибольшее количество энергии получают продуценты.
Уменьшение доступной энергии сопровождается уменьшением численности организмов на каждом трофическом уровне.
Пирамиды биомассы
В наземных сообществах пирамиды биомассы схожи с пирамидами продуктивности.
В водных экосистемах:
Фитопланктон |
||||
|
Зоопланктон |
|
||
|
|
Млекопитающие, питающиеся зоопланктоном |
|
|
Пирамиды численности ещё менее устойчивы, чем пирамиды биомассы.
Продуктивность различных экосистем неодинакова и зависит от ряда абиотических факторов: температуры, давления и т.д.
Самые продуктивные экосистемы: лиманы, мелководье и т.д.
Самые непродуктивные экосистемы: пустыни.
Чем определяется и от чего зависит продуктивность экосистем?
В любом живом организме осуществляется 2 параллельных процесса: фотосинтез и дыхание.
В водных экосистемах толща воды мешает поступлению солнечной энергии. С глубиной фотосинтез ослабевает.
Зона, в пределах которой растения ещё способны увеличивать биомассу, называется эвфотической.
Водные системы делятся на:
олиготрофные (малокормные);
эвтрофные (богатые биогенными элементами).
Эвтрофикация – это процесс загрязнения водных объектов различными ксенобиотическими веществами.
Ксенобиотики – вещества, чуждые жизни.
Круговорот веществ в биосфере
Поскольку Земля – конечное тело, то и имические элементы также физически конечны.
Единственная способность придавать чему-либо кнечному свойства бесконечного – заставить его вращаться по замкнутой кривой или вовлечь его в круговорот.
Виды круговоротов:
большой геологический;
малый биологический.
Большой геологический круговорот
Этапы:
Выветривание кристаллического вещества из горной поверхности.
Растворение кристаллического вещества в воде.
Образование напластования в морском дне. Напластования состоят в основном из минеральных веществ. Образуется органическое вещество. Только часть этого вещества возвращается наружу.
Геотекнотические процессы. Например, извержения вулканов, сдвиг литосферных плит.
Малый биотический круговорот
Это часть большого круговорота.
Этапы:
Создание органического вещества и его распад. Питательные вещества почвы аккумулируются в веществе растений.
Распад органического вещества. В почве органические вещества перерабатываются обратно в неорганические.
Круговорот веществ из неорганической среды через растения и животные обратно в неорганическую среду, с использованием солнечной энергии, называется биогеохимическим циклом.
Круговорот азота
Азот – важный биогенный элемент.
Азот находится: в атмосфере воздуха (80%), в почве (в виде аммонийных солей, NO2, NO3). В органических соединениях азот содержится в белках.
Круговорот фосфора
Фосфор является важнейшим элементом. Он входит в состав: нуклеиновых кислот, клеточных мембран, энергоёмких веществ (АДФ, АТФ), костей, зубов. Фосфор является подвижным веществом.
Усвоение фосфора растением зависит от pH-среды почвенного раствора. В воде фосфаты кальция и натрия мало растворимы. В щелочной среде фосфаты практически нерастворимы.
Антропогенное влияние нарушает круговорот веществ. Создаётся процесс эвтрофикации водоёмов.
Ежегодно в наземных экосистемах в круговорот вовлекается примерно 12% диоксида углерода (углекислого газа).
Круговорот воды
Большая часть воды, проходящая через экосистему, связана с процессом фотосинеза, испарения, транспирации.
Транспирация – это испарение различными частями растения.