2. Учение о биосфере. Структура биосферы. Биотический круговорот воды, углерода и азота в биосфере.

Биосфера – это совокупность оболочек земного шара (атмосферы, гидросферы, литосферы), заселенных живыми существами, находящимися во взаимодействии между собой и с неживой природой.

Учение о биосфере создано В.И.Вернадским, который определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от +50С до –50С и давлением около 1 атм. Это границы жизни для большинства организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте 15-20 км, охватывая нижнюю часть стратосферы и тропосферу. Нижняя граница – в океане на глубине до 10 км и в литосфере - твердой земной оболочке – на глубине до 4-7 км (рис.78).

Атмосфера состоит в основном из кислорода и азота, углекислого газа и озона. Гидросфера на 95% заключена в Мировом океане, остальное содержится в ледниках, в виде рек и озер, под землей и в составе организмов.

Согласно Вернадскому биосфера включает четыре основных компонента:

1. Живое вещество - все живые организмы, которые образуют биомассу планеты. Биомасса составляет около 0,01% массы земной коры, из этого 99% приходится на растения (300 тыс. видов), 1% - животные (1,5 млн. видов).

2. Биогенное вещество - неорганические вещества, создаваемые живыми организмами – каменный уголь, известняк, нефть…,

3. Биокосное вещество (неживая природа, создаваемая совместно живыми организмами и абиогенными процессами в природе – воздух, вода, почва);

4. Косное вещество (образующееся без участия живых организмов (основные породы, метеориты…).

Биосфера находится в состоянии устойчивого равновесия, что обеспечивается круговоротом веществ: воды (океан – испарение – атмосфера – о

садки – почва – океан), углерода (атмосфера – растения – фотосинтез – растения и животные – дыхание – атмосфера), азота (аммиак, нитриты – почва – азотфиксирующие бактерии – растения – животные - белки – растительные и животные отходы, мертвые организмы – почва).

Элементарной единицей биосферы является биогеоценоз.

3. Биогеоценоз  элементарная единица биогеоценотического уровня организации. Основные компоненты биоценоза. Структура биоценозов (пространственная, трофическая, видовая и т.Д.). Цепи питания.

Биогеоценотический уровень организации живого

Биогеоценоз или экосистема – это исторически сложившееся динамическое и устойчивое сообщество живых организмов разных видов (растения, животные, микроорганизмы), совместно обитающих на одной относительно однородной территории и находящихся в постоянном взаимодействии между собой и с окружающей средой.

Биогеоценоз состоит из биотической части (биоценоз) и абиотической (биотоп). Биоценоз – это сообщество живых организмов, биотоп – территория их обитания.

Биоценозы характеризуются видовым разнообразием, численностью популяций, плотностью и биомассой. Основные компоненты биоценоза: продуценты (растения-автотрофы, синтезирующие органические вещества из неорганических), консументы (животные-гетеротрофы, потребители органического вещества) и редуценты (детритные бактерии и грибы – разрушители органического вещества до неорганического).

Биоценозы имеют определенную пространственную, трофическую и видовую структуру. Пространственная структура проявляется в размещении видов относительно друг друга в пространстве. Каждая популяция биоценоза занимает экологическую нишу, т.е. определенное место в пространстве, где она не конкурирует с другими видами за источник энергии. Взаимоотношения между особями, их распределения в пространстве определяются пищевыми потребностями. Например, места кормежки 5 видов славок.

Трофическая структура биоценоза представлена цепью питания. Цепь питания – это ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему. Видовая структура определяется видовым составом популяций, входящих в цепи питания. Каждая цепь состоит не более чем из 3-6 уровней. Например, растение, насекомое, насекомоядная птица, хищное млекопитающее.

Закономерно, что количество особей, включенных в цепь питания, последовательно уменьшается, и численность жертв значительно больше их потребителей. Это происходит потому, что в каждом звене цепи происходит потеря энергии на теплоту. Эта закономерность носит название правило экологической пирамиды. Основанием пирамиды служат продуценты. Различают три основных вида экологических пирамид: 1) пирамида чисел – отражает количество особей, 2) пирамида биомассы – отражает массу живого вещества, 3) пирамида энергии – отражает законы расходования энергии в трофических цепях.

Биогеоценозы могут быть разных размеров (пруд, озеро, тайга, аквариум, пень). В качестве примера рассмотрим биогеоценоз пресноводного водоема. Основные компоненты биоценоза: продуценты - растения, редуценты – бактерии и простейшие на дне водоема и консументы – рыбы, лягушки.

Главное свойство экосистем - их способность к саморегуляции, т.е. способность к восстановлению после воздействия природного или антропогенного фактора. Наряду с этим, все биогеоценоза подвержены сукцессии т.е. смене одного сообщества на другое.

Экологические факторы

Все, что окружает биоценоз, называется средой обитания. Компоненты среды, способные оказывать влияние на организмы, называются экологическими факторами. Жизнедеятельность организмов ограничена лимитирующими факторами. Наиболее благоприятные для жизнедеятельности факторы называются оптимальными (зона нормальной жизнедеятельности) (например, оптимальными для развития яиц аскариды являются условия при температуре +25С, чем ниже температура, тем дольше развиваются яйца). В зоне угнетения жизнедеятельность снижена. В пределах лимитирующих факторов находится зона толерантности. Организмы, которые способны выдерживать широкий диапазон толерантности, называются эврибионтными, узкий - стенобионтными.

За пределами лимитирующих факторов и зоны толерантности жизнедеятельность невозможна, т.е. наступает гибель организмов.