12 Билет.
Круговорот биогенов. Из почти 100 химических элементов, которые встречаются в природной среде, почти 40 необходимы для функционирования живых организмов. Из этих химических элементов N (азот), С (углерод), Н (водород), О (кислород), Р (фосфор), S (сера). Химические элементы циркулируют в биосфере по различным путям биологического круговорота: поглощаются живым веществом, "заряжаются" энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопительную энергию во внешнюю среду.
Биогеохимические циклы с круговоротными принципами функционирования в геосферах Земли подразделяются на два основных типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Процессы круговорота происходят в конкретных экосистемах, но в полном виде биогеохимические циклы реализуются лишь на уровне биосферы в целом.
Поток солнечной энергии. Жизнедеятельность всех живых организмов, включая человека, представляет собой работу, для осуществления которой требуется энергия. Энергия солнечной радиации первична на Земле и имеет преимущественное значение для жизни в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Непрерывный поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. Химические вещества последовательно переходят от одних организмов к другим, то есть происходит последовательный упорядоченный поток вещества и энергии. Продукция фотосинтеза обеспечивает человека пищей, одеждой, энергией. Например, каменный уголь это солнечная энергия, аккумулированная в продуктах фотосинтеза растений прошлых геологических эпох.
Снижение биомассы с повышением трофического уровня. Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов - биомассой - на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых цепей характерно увеличение плотности популяций, скорости размножения и продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10-15% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды. Экологическая пирамида - графические изображения соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме.
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: первичная (экосистема возникает на безжизненном месте) вторичная (сообщество развивается на месте уже существующего)
В зависимости от причин сукцессии различают: 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. Эндодинамические - вызванные внутренним механизмом экосистемы.
Видовое разнообразие - число видов в данном сообществе или в данной области. Различают альфа-разнообразие (число видов в рассматриваемом биотопе), бета-разнообразие (число видов во всех биотопах данной области) и гамма-разнообразие.
Любая экосистема составлена определенным числом видов растений и животных, между которыми установлено своеобразное равновесие. Для каждой популяции отдельных видов свойственно определенное соотношение между образованием новых особей и отмиранием старых. Для системы в целом характерно периодическое появление одних видов (в результате дивергенции или заноса) и отирание других.
Среди наиболее общих и важных особенностей водных экосистем можно отметить следующие: сложность внутреннего строения; многофакторность воздействий внешней среды; незамкнутость(информационная, энергетическая, морфологическая, структурная); существенная нелинейность структурно-функциональных связей; существенная неоднородность и гетерогенность; высокая скорость биотического круговорота; трофические сети во многих сообществах включают большое количество всеядных организмов; в отсутствие экстремальных условий численность популяций и сообществ организмов регулируется либо ограничением ресурсов, либо прессом хищников; структурная и функциональная стабильность экосистем обеспечивается за счет сложных регуляторных процессов, среди которых огромное значение имеют положительные и отрицательные обратные связи; “буферный” характер реакции природных систем на воздействия; конструктивный характер реакции природных систем на внешние воздействия.
Наземные экосистемы характеризуются целым рядом отличительных особенностей среды обитания, которые можно свести к следующем:
1)В наземных экосистемах лимитирующим фактором является влажность. Она колеблется в довольно широких пределах и относится к непереодическим факторам. Продуценты тратят много воды на транспирацию, поэтому количество влаги в экосистеме является определяющим фактором для её существования.
2)Температура также имеет значительные колебания и приводит к видовому разнообразию, но она играет меньшую лимитирующую роль, чем влажность, потому что изменяется периодически. Все организмы в ходе эволюции уже приспособились к тому уровню температуры, который существует в данных условиях. Размах колебаний температуры может быть большим, но он не выходит за пределы толерантности организмов.
3)Газовый состав атмосферы постоянен, потому концентрации кислорода и углекислого газа не являются лимитирующим фактором.
4)Воздух как среда обитания не может выполнять функцию опоры, потому что он очень разрежён. Опорой служит субстрат(почва).
5)Почва является не только опорой, но и практически единственным источником биогенов.
6)Суша в значительной степени прерывиста, поэтому разобщённость организмов велика. Островные экосистемы – пример наибольшей разобщённости. Прерывистости обусловлена присутствием гор, рек, озёр и т.д.
Удельная продуктивность экосистемы рассчитывается как отношение продукции к биомассе.
Урожай - общий сбор растениеводческой продукции, полученной в результате выращивания определённой сельскохозяйственной культуры со всей площади её посева (посадки).
По отношению к межбиоценотическим связям можно выделить три основные группы экосистем суши:
Стабильные сообщества, расположенные на равнинных междуречьях, в которых вынос веществ в другие экосистемы и получение их со стороны незначительны;
Мало теряющие, но много получающие биоценозы, расположенные на низких уровнях рельефа, где накапливаются большие запасы органического вещества;
Много теряющие, но мало получающие экосистемы на крутых склонах. Так образуется цепь экосистем, перераспределяющая вещество и энергию в биосфере.
Экосистемы, структуру и функцию которых создает, поддерживает и контролирует человек в своих интересах, называют агроценозами. К ним относятся, сады, парки, лесные насаждения, огороды, поля, пастбища.