12. Біогеоценози (екосистеми), їх структура та динаміка.

У 1935 р. англійський ботанік А.Тенслі уперше увів до екології термін „екосистема‖. Екосистема – система, що складається з живих організмів різних груп та середовища, у якому вони існують. Екосистеми бувають різноманітних розмірів (від краплі води до біосфери), простими і складними, штучними (акваріум, теплиця, пшеничне поле, космічний корабель) і природними (лісів, степів, річок).

Біогеоценоз – організована група популяцій тварин, рослин, грибів і мікроорганізмів, пристосованих до сумісного існування у межах певного простору. Всі складові біоценозу тісно пов’язані між собою обміном речовини та енергії. Головні дві складові біогеоценозу – біотоп та біоценоз.

Біотоп – однорідний за абіотичними факторами середовища життєвий простір. Біоценоз – сукупність усіх представлених у межах біотопу організмів. Його функціональними складовими є фітоценоз, зооценоз, мікоценоз та мікроценоз.

Структура біогеоценозу – це своєрідна анатомія цього складного утворення, динаміка – його фізіологія, яка проявляється в кількісній і якісній специфіці потоків енергії й обміну речовин.

Енергетика біогеоценозу – це забезпеченість екосистеми енергією та її використання. Вона включає такі процеси: 1. Одержання енергії від двох основних джерел – сонячної радіації (фотосинтез) і реакції окислення неорганічних речовин (хемосин

14. Ноосфера. Вчення про ноосферу в.І.Вернадського.

Сучасний стан біосфери В.І.Вернадський назвав ноосферою (від грец. noos – розум). Термін „ноосфера‖ вперше вжили у 20-х роках ХХ ст. французькі вчені та філософи Едуард Леруа та Тейяр де Шарден. У їх розумінні ноосфера – ідеальна, духовна (мисляча) оболонка Землі, що виникла з появою і розвитком людської свідомості. Значний внесок у розвиток концепції ноосфери вніс В.І.Вернадський.

В.І.Вернадський визначив місце людини у біосфері у трьох наступних положеннях:

А) Людина, як і всі живі організми, як і вся жива речовина, є певною функцією біосфери у певному її просторі – часі.

Б) Людина у всіх її проявах становить певну закономірну частину будови біосфери.

В) „Вибух‖ наукової думки в ХХ ст. підготовлений усім минулим біосфери і має глибинні корені. Цивілізація „культурного людства‖ – оскільки воно є формою організації нової геологічної сили, створеної у біосфері, – не може перериватися і знищитися, оскільки це велике природне явище, яке відповідає історично (геологічно) встановленій організованості біосфери.

Ці ідеї покладені в основу закону ноосфери В.І.Вернадського: біосфера неминуче перетвориться в ноосферу, тобто сферу, де людський розум буде тез); 2. Транспортування енергії трофічними рівнями; 3. Використання енергії організмами для продукування біомаси й життєдіяльності.

Продуктивністю називають здатність живої речовини створювати, трансформувати й нагромаджувати органічну речовину (біомасу).

Розрізняють різні рівні продукування, на яких створюється первинна і вторинна продукція. Органічна маса, що створюється продуцентами за одиницю часу, називається первинною продукцією, а приріст за одиницю часу маси консументів – вторинною продукцією.

Первинна продукція поділяється на два рівні – валову і чисту продукцію. Валова первинна продукція – це загальна маса валової органічної речовини, створена рослинами за одиницю часу при даній швидкості фотосинтезу. Та частина валової продукції, яка залишилась після витрат на дихання називається чистою первинною продукцією. Рослини витрачають на дихання від 40 до 70 % валової продукції.

Всі живі організми біогеоценозу (екосистеми) – продуценти, консументи і редуценти – складають загальну біомасу (живу вагу) співтовариства у цілому. Біомасу, як правило, виражають через сиру та суху вагу, але її можна виражати також в енергетичних одиницях – калоріях, джоулях і т.п.

відігравати домінуюючу роль в розвитку системи „людина – природа‖.

Наведені думки та ідеї В.І.Вернадський виклав та обґрунтував у відомій роботі „Декілька слів про ноосферу‖ (1944). Він вважав, що головна сила перетворення біосфери у ноосферу в інтересах людства – це поєднання розуму з ідеалами демократії.

Діалектична взаємодія суспільства і біосфери в ході історичного прогресу людства поступово перетворюється на управління спочатку окремими елементами біосфери, потім її частинами і, нарешті, всією біосферою у планетарному масштабі. Проте, без знання законів функціонування і розвитку екосистем неможливий перехід від стихійного впливу людини на біосферу до свідомого управління нею.

Хижаки, які живляться первинними хижаками складають четвертий трофічний трофічний рівень і називаються третинними консументами та вторинними хижаками і т.д.

Відповідно до закону закону піраміди енергій з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інші рівні не більше 10% енергії – решта розсіюється у вигляді тепла.

Кінцеву ланку кормового ланцюга утворюють деструктори (редуценти). Вони представлені бактеріями, грибами-сапрофітами. Саме вони завершують біологічні цикли речовини в біосфері, повертаючи до середовища вуглекислий газ, мінеральні солі, воду, сірководень, азот та інші речовини, що можуть знову бути використані рослинами.

Вивчення трофічних зв’язків свідчить, що в природі жодний живий організм не може існувати ізольовано, оскільки займає своє визначене місце в потоці речовини та енергії у біосфері.

Ланцюг живлення можна уявити у вигляді так званих екологічних пірамід фундамент яких складають численні види рослин, наступні рівні створюють рослиноїдні та м’ясоїдні тварини, чисельність, біомаса та кількість енергії зафіксована в яких швидко зменшується в напрямку до вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки.

Є три основні види екологічних пірамід:

– піраміда чисел – показує чисельність організмів на різних трофічних рівнях;

– піраміда біомаси – характеризує загальну суху вагу, калорійність або іншу міру загальної кількості живої речовини на різних трофічних рівнях;

– піраміда енергій – відповідає кількості енергії , що проходить через певний трофічний рівень.

Піраміда чисел відображає чітку закономірність, виявлену Ч.Елтоном: кількість особин, що складають послідовний ланцюг від продуцентів до консументів, постійно зменшується. В основі цієї закономірності знаходяться положення про те, що: а) для урівноваження маси великого тіла необхідно багато малих тіл; б) при переході енергії від нижчих трофічних рівнів до вищих відбуваються колосальні втрати енергії – від кожного рівня до наступного доходить лише 10 % енергії; в) зворотна залежність метаболізму від розмірів особини – чим менший організм, тим інтенсивніший обмін речовин, тим більша швидкість росту їх чисельності і біомаси.

В наземних екосистемах діє наступне правило піраміди біомас: сумарна маса рослин перевищує масу всіх травоїдних, а їх маса перевищує всю біомасу хижаків.

Правило піраміди продукції (енергії): на кожному попередньому рівні кількість біомаси, що створюється за одиницю часу більше, ніж на наступному.

Правило накопичення токсичних речовин (біотичного посилення). Якщо енергія при переході на вищий рівень екологічної піраміди десятикратно втрачається, то накопичення ряду речовин, в т.ч. токсичних, радіоактивних в приблизно такій же пропорції зростає.

ною точкою. Між критичними точками знаходиться зона екологічної толерантності.

Pакон В.Вільямса: умови життя рівнозначні за своєю важливістю, ні один із факторів життя не може бути замінений іншим.

Термін екологічна ніша був уперше вжитий американцем Д.Гріннелом у 1928 р.

Tкологічна ніша – фізичний простір з властивими йому екологічними умовами, що визначають існування будь-якого організму.

Кожна популяція характеризується фундаментальною та реалізованою екологічною нішою. Фундаментальна екологічна ніша є комплексом екологічних факторів, необхідних для певного виду за відсутності конкурентів. Реалізована ніша відображає фактичний стан існування популяції в умовах конкурентної боротьби.

Організми, що мають подібний спосіб життя, як правило, не живуть в одних і тих же місцях через наявність жорсткої міжвидової конкуренції. Правило конкурентного виключення Гаузе: Два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці нескінченно довго. В природі діє також правило обов’язкового заповнення екологічних ніш – порожні екологічні ніші завжди і обов’язково заповнюються. Так, наприклад, в містах при підвищеному рівні забрудненості харчовими відходами зростає кількість ворон, при їх знищенні може виникнути ситуація, при якій звільнена воронами екологічна ніша швидко займається щурами.

часу. Головними динамічними показниками популяцій є народжуваність, смертність, швидкість зростання популяції. Народжуваність – кількість особин, що народжуються в популяції за одиницю часу. Смертність – кількість особин, які загинули в популяції за одиницю часу. Швидкість зростання популяції – це кількість організмів, на яку вона збільшується за певний проміжок часу. Зростання популяції характеризується головним чином двома протилежними явищами – народжуваністю і смертністю до яких можна додати іміграцію та еміграцію – кількість особин, що прибули до популяції та вибули з неї.

ЗМІНИ ЧИСЕЛЬНОСТІ ПОПУЛЯЦІЇ = (НАРОДЖУВАНІСТЬ+ІМІГРАЦІЯ) – (СМЕРТНІСТЬ + ЕМІГРАЦІЯ)

Мінімальна чисельність популяції є специфічною для різних видів. Вихід за межі мінімуму веде до загибелі популяції. Принцип мінімального розміру популяції – будь-яка популяція не може складатися із меншої кількості особин, ніж це необхідно для забезпечення належного використання ресурсів середовища та стійкості популяції до факторів цього середовища.

Суспільство стійкого розвитку – це якісно нова фаза постіндустріального (постекономічного) суспільства. При переході до суспільства стійкого розвитку соціально-економічний прогрес має втілюватися не так у нарощуванні обсягу вироблених матеріальних благ, як у зміні ставлення людини до самої себе і свого місця в навколишньому світі. Разом з тим, матеріальний прогрес, належний рівень матеріального забезпечення – необхідна умова формування нового соціально-економічного порядку. Важливою умовою для становлення нового порядку є зміна ціннісних пріоритетів людини, створення такої ситуації, коли головним устремлінням особистості стає вдосконалення її внутрішнього, духовного потенціалу.

Принципи реалізації парадигми підтримуваного (збалансованого, стійкого) розвитку:

1. Боротьба із причинами, а не з наслідками несприятливої діяльності людини. Передбачає зміну характеру діяльності і проведення політики, що виключає несприятливі впливи на природне середовище і нераціональне використання його ресурсів.

2. Відмова від політики необмеженого розвитку виробництва і споживання (склалася у розвинених країнах), оскільки ніякі ресурси не в змозі забезпечити екологічно безпечне проведення такої політики.

3. Призупинення безмежного росту народонаселення планети, особливо в країнах, що розвиваються.

4. Перехід до використання екологічно чистого виробництва на засадах технологій, що значно відрізняються від традиційних за кількістю відходів і споживанням матеріальних і енергетичних ресурсів.

5. Розуміння нерозривної єдності екологічних, економічних і технічних проблем.

6. Проведення аналізу всіх видів діяльності у їх повному життєвому циклі, що дасть можливість вибору таких інженерних рішень, які б сумарно забезпечували на всіх етапах циклу будь-якої продукції мінімальні витрати і мінімальні впливи на навколишнє середовище.

7. Необхідність формування і прийняття визначеності. Фактори, що впливають на екологічну обстановку дуже різноманітні, і характер цього впливу не завжди піддається точному прогнозуванню. Тому сама небезпека несприятливих екологічних наслідків вимагає прийняття превентивних запобіжних заходів, навіть якщо не має впевненості у невідворотності появи цих наслідків.

8. Врахування людського фактора, тобто формування екологічного мислення, розвиток екологічної освіти, що забезпечує підвищення екологічної культури суспільства.

9. Збереження біотичного різноманіття, що допоможе стабілізувати екосистеми планети.