11. Що таке екологічний резерв екосистеми
Для оцінки стійкості екосистем та біосфери щодо природних катастроф та антропогенних порушень корисним є поняття про екологічний резерв екосистеми, що було введене Ю.А. Ізраелем (1989). Екологічний резерв екосистеми - це різниця між гранично допустимим відхиленням та фактичним станом екосистеми. Вона вказує на розміри тієї буферної зони, в межах якої можливі зміни, що не руйнують екосистему. На жаль, методів оцінки екологічного резерву екосистем різного типу поки що немає. У багатьох випадках екологічний резерв екосистем оцінюється інтуїтивно, "на око". Наукові розробки в цьому напрямку дуже актуальні. Розвиток-загальна властивість матерії, що охоплює всі її форми від неживих структур до людського суспільства - соціуму.
12,15 Що таке екологічна піраміда? Сформулюйте закон екологічної піраміди.
Правило екологічної піраміди відбиває кількісні співвідношення продукції, створеної на різних трофічних рівнях: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси (або запасеної енергії), створеної за одиницю часу, більша, ніж на наступних. Графічно це правило виражають у вигляді піраміди, окремі блоки якої відповідають масштабам продукції на відповідних трофічних рівнях. Тобто екологічна піраміда є графічним відображенням трофічної структури ланцюга живлення.
Кількісні оцінки трофічних рівнів екосистеми вказують на існування певної закономірності у відповідності нижчого трофічного рівня відносно іншого. Ч. Елтон встановив, що кількість особин, що утворюють послідовний ланцюг, невпинно зменшується. В подальшому дане твердження Елтона неодноразово перевірялось і підтверджувалось. На сьогодні даний висновок більше відомий як "піраміда Елтона", так як схематичне зображення даної закономірності має вигляд піраміди (мал.4).
Подальший аналіз енергетичних зв'язків в екосистемі показав, що встановлена "пірамідальна" закономірність має своє відображення і при оцінціпараметрів біомаси та енергії, (табл.2).
Мал.4 . Схематичне зображення піраміди Елтона.
Закон екологічної піраміди: Повне використання чи перетворення речовини, енергії або інформації в системі без втрат неможливо.
Цей закон широко відомий у біологів як правило трофічної (харчової) піраміди, а в інженерів - як другий закон термодинаміки.
Для підтримки життя потрібні енергія та поживна речовина. їх першоджерелом є Сонце, енергія якого дозволяє продуцентам (рослинам та найпростішим) з вуглекислого газу та води будувати біомолекули власного тіла (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) за рівнянням (7).
Для утворення одного молю глюкози, а це 180 г, необхідно 264 г вуглекислого газу, 108 г води і 6,7*104 калорії енергії. Так утворюється перший щабель (рівень) піраміди - її фундамент, представлений автотрофними організмами (рослинами) - продуцентами.
Другий рівень трофічної піраміди займають рослиноїдні гетеротрофні організми - тварини (консументи-1), третій - хижаки (консументи-2) і так далі, аж до редуцентів (мікроорганізмів), які перетворюють органічну речовину в мінеральну, замикаючи кругообіг.
На кожному рівні піраміди живлення поглинута їжа, тобто речовина й енергія, засвоюється не повністю, а згідно з рівнянням:
де Р - поглинута їжа; З - збільшення маси (енергії) консумента; Д - витрати енергії на "дихання", тобто на підтримку процесів у клітинах та органах; В - виділення невикористаної їжі у вигляді екскрементів.
Відношення
називають коефіцієнтом використання їжі, або (за аналогією зі штучними системами) коефіцієнтом корисної дії. Ця величина мала, оскільки витрати на "дихання" набагато більші, ніж величина 3.
Як приклад у табл. 6.2 наведені дані, що характеризують триланцюгову трофічну піраміду.
Таблиця 6.2 Екологічна піраміда
У цілому по біосфері вважається, що екосистеми суші стабільні за такого співвідношення використання рослинної продукції: 0,90 - бактерії, гриби; біля 0,10 - хробаки, молюски, членистоногі; біля 0,01 -хребетні тварини.
Штучні людські творіння (машини, механізми, апарати), як правило, мають кращу енергетичну ефективність, ніж природні; їх ККД 30..95%. Але в штучних системах, які характеризуються великою кількістю щаблів піраміди, коефіцієнт використання природного ресурсу (КВПР) теж буде невеликим.
13. Що вивчає синекологія?
Синекологія, розділ екології, присвячений вивченню життя біоценозов, тобто багатовидових співтовариств тварин, рослин і мікроорганізмів.
Синекологія (екологія угруповань, біоценозів - біоценологія) – вивчає угруповання організмів, що населяють екосистеми та взаємодію їх з абіотичними факторами середовища.
16. В чому полягає біологічна та екологічна рівновага?
Екологічна рівновага - це стан екосистеми, при якому зберігаються постійними біологічне різноманіття (склад біоти), біологічна продукція і кругообіг елементів живлення.
Абсолютна екологічну рівновагу неможливо, так як на екосистему постійно впливають змінюються зовнішні екологічні фактори, що викликає флуктуації екосистем з підвищенням і зниженням чисельності популяцій різних видів, їх біологічної продукції. (Приклад - коливання врожаю сіна на одному і тому ж ділянці сінокосу в сухий і вологий роки. У РБ в рік посуху врожай сіна може знижуватися в 10 разів.)
При екологічній рівновазі все засвоєні організмами екосистеми елементи повертаються в середу і здійснюють багаторазові кругообіги. Кількість новопосталої рослинного органічної речовини виявляється приблизно рівним тому, який було використано гетеротрофами, а потім зруйновано редуцентамі. Вся засвоєна в процесі фотосинтезу енергія поступово розсіюється.
Екологічна рівновага виникає в результаті "ринкових" відносин організмів при конкуренції, взаємовідносинах "фітофаг - рослина", "хижак - жертва" і "паразит - господар", мутуалізм. Велику роль у підтримці екологічної рівноваги грають редуценти. Екологічна рівновага можливо на будь-якому рівні, від невеликих екосистем і їх блоків (рослина - фітофаг - зоофаги) до біосфери в цілому.
Збереження екологічної рівноваги в екосистемах - головне завдання при формуванні стратегії співіснування людини і природи в суспільстві сталого розвитку (див.
розділ 16). У рамках цієї стратегії можна сформулювати чотири основні варіанти ставлення людини до екологічній безпеці:
збереження екологічної рівноваги за рахунок мінімізації втручання в екосистеми (особливо охоронювані природні території);
підтримання екологічної рівноваги при раціональному природокористуванні в природних екосистемах, коли вплив людини не досягає рівня, що руйнує ці екосистеми;
конструювання екологічної рівноваги - створення такої структури штучної екосистеми, при якій винесення з неї елементів живлення компенсується антропогенними субсидіями. Це можливо при створенні агроекосистем (глава 10).
Захист екологічної рівноваги природних і сільськогосподарських екосистем від впливу екосистем, в яких неможливо створити рівновагу (міські та промислові екосистеми, глави 1 Екологічна рівновага — це відносний баланс стійкості видового складу живих організмів, їх чисельності, продуктивності, просторового розміщення, сезонних змін, біотичного кругообігу речовин та інших біологічних процесів у природних або змінених людиною екологічних системах.1-12).
Біологічна рівновага -