Глава 2. Экосистемы - предмет экологии
Глава 2, Экосистемы - предмет экологии
никнут космические поселения, обеспечиваемые функционированием тщательно отобранной биоты, свободной от паразитов и других непродуктивных организмов. Для поддержания таких поселений можно будет использовать солнечную энергию и минеральные богатства спутников планет Солнечной системы. В связи с тем что буферные объемы воздуха и воды будут невелики, возможность поддержания такого поселения без поступлений извне кажется сомнительной.
В заключение еще раз следует подчеркнуть, что функционирование экосистемы обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих:сообщества, потока энергии и круговорота веществ (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Блоковая модель экосистемы (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями): А - автотрофы; Г - гетеротрофы; 3 - запасы питательных веществ
Поток энергии направлен в одну сторону, часть ее преобразуется автотрофами в органическое вещество, которое затем используется гетеротрофами. Но большая часть энергии покидает экосистему в виде рассеивающегося тепла.
В отличие от энергии, элементы питания и вода могут использоваться многократно.
Все экосистемы в составе биосферы являются открытыми, они должны получать энергию, вещества и организмы из среды на входе и отдавать ихв среду на выходе экосистемы. Экосисте ма не может быть герметичной, так как ее живое сообщество не вынесло бы такого заключения./тч
Контрольные вопросы
Из каких компонентов состоят экосистемы?
Какие биосистемы изучает экология?
Какие компоненты экосистемы относятся к абиотическим?
Какие компоненты экосистем относятся к биотическим?
Какие организмы называются продуцентами?
Какие организмы называются консументами?
Какие свойства экосистемы называются эмерджентными?
Напишите уравнение фотосинтеза.
9. Напишите уравнение реакции аэробного дыхания. 10. Напишите уравнение реакции анаэробного дыхания. 1 1. Напишите уравнение реакции брожения.
Как соотносятся скорости автотрофных и гетеротрофных процессов в биосфере?
Чем можно объяснить накопление кислорода в атмосфере и горючих ископаемых в недрах Земли?
Что такое гомеостаз, с действием какого технического устройства его можно сравнить?
Чем различаются управляющие механизмы в технических и экологических системах?
Приведите примеры положительной и отрицательной обратной связи в экосистемах.
Что понимается под стабильностью экосистем?
Какие типы устойчивости экосистем вы знаете?
84
85
Глава 2. Экосистемы - предмет экологии
Что такое сукцессии?
Какие типы сукцессии вы можете назвать?
Как изменяются растительные сообщества при перемещении с юга на север и при подъеме в горы?
Какие морские и пресноводные экосистемы вам известны?
Каково основное отличие экосистемы города от агроэкоси-стемы?
Можно ли космический корабль назвать экосистемой?
Глава 3
ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ
Глава 3. Энергия в экосистемах
Глава 3. Энергия в экосистемах
3.1. Преобразование ЭнерГИЯ (гр. energeia - деятельность] - ИСТОЧ-
энергии в экосистемах ник жизни, основа и средство управления всеми природными и общественными системами. С помощью энергии выращиваются продукты питания, необходимые человеку и другим организмам; поддерживается температура тела и обогреваются жилища; производится промышленная продукция; создаются сложнейшие технические сооружения и устройства, интеллектуальные и культурные ценности. Энергия позволяет переводить вещества из одного состояния в другое, перемещать предметы и организмы, осуществлять круговорот веществ в природе и т. д.
Очевидно, что законы превращения энергии проявляются во всех процессах, происходящих в природе и обществе, включая экономику, культуру, науку и искусство. Энергия - движущая сила мироздания. Компонент энергии есть во всем: в материи, информации, произведениях искусства и человеческом духе.
Энергия - одно из основных свойств материи - способность производить работу.
Все, что происходит внутри и вокруг нас, основано на работе, в процессе которой одни виды энергии переходят в другие согласно фундаментальным законам физики.
Законы термодинамики имеют универсальное значение в природе. Лауреат Нобелевской премии Ф. Садди писал: «Законы термодинамики определяют взлеты и падения политических систем, свободу и ограничения государств, развитие торговли ипромышленности, причины богатства и нищеты, благосостояние человечества».
Для управления энергетическими процессами прежде всего необходимо понять роль энергии в экологических системах.
Энергетический подход помогает определять, какой уровень жизни людей наиболее соответствует природным возможностям биосферы. Ясно, что будущее зависит от объединения энергети-
ки, экономики и экологии (трех «э») в единую систему взаимосвязанных явлений и процессов. Изучение таких систем требует системного и энергетического подхода, поскольку энергия - это тот фундамент, который позволяет природные ценности перевести в разряд экономических, а экономические - оценивать с позиций экологии.
Природные экологические системы могут служить моделью общих принципов функционирования систем, основанных на энергетических процессах. Эти системы существуют на Земле много миллионов лет. Изучив движение потоков энергии в природных экосистемах, можно познать многие законы, справедливые для антропогенных систем.
Несмотря на огромное разнообразие биосистем, приспособленных к конкретным климатическим и биологическим условиям существования, в их поведении есть общие черты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов.
Превращение энергии Солнца в энергию пищи путем фотосинтеза, происходящего в зеленом листе, иллюстрирует действие двух законов термодинамики, которые справедливы и для любых других систем.
Первый закон термодинамики - закон сохранения энергии - гласит: энергия не создается и не исчезает, она превращается из одной формы в другую.
Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено: нельзя из ничего получить нечто. Однако на выходе из системы энергия преобразуется в иные формы.
Второй закон термодинамики утверждает: при любых превращениях энергия переходит в форму, наименее пригодную для использования и наиболее легко рассеивающуюся.
Действительно, солнечная энергия Qсопн, получаемая поверхностью зеленого листа, уравнивается рассеянной и концентриро-
89