- •Лекция 1 Краткая история экологии. Определение и содержание
- •Строение биосферы. Живое, косное и биокосное вещество.
- •Лекция 2
- •Три основных направления в биоэкологии
- •Иерархия биосистем
- •Лекция 2 Популяции.
- •Лекция 3
- •Сообщество, абиотическая среда и биогеоценоз.
- •Соотношение понятий «биоценоз» и «сообщество», «биогеоценоз» и «экосистема».
- •Экологическая система.
- •Лекция 4 Энергия в экосистемах.
- •Лекция 5 Трофические цепи и уровни.
- •Лекция 6 Экологический смысл фотосинтеза.
- •Перенос энергии и вещества по пищевым цепям.
- •Солнечная энергия
- •Структура и основные компоненты экосистем.
- •Лекция 6 Свойства экологических систем.
- •Закономерности функционирования экосистем.
- •Лекция 7 Гомеостаз экосистемы.
- •Лекция 8 Популяционный анализ.
- •Лекция 9 Образование и разложение органических веществ. (Фотосинтез, дыхание, транспирация)
- •Основные закономерности водопотребления растениями.
- •Развитие экосистем.
- •Лекция 10 Искусственные экосистемы.
- •Лекция 11 Экологические факторы.
- •Лекция 12 Экологическая пластичность.
- •Лимитирующие факторы.
- •Обобщающая концепция лимитирующих факторов.
- •Лекция 13 Примеры лимитирующих факторов.
- •Закон конкурентного исключения
- •Основной закон экологии.
- •Лекция 14 Виды и методы экологических исследований
- •Моделирование экосистем.
- •Лекция 15 Основные экологические системы
- •Лекция 16 Систематика растений
- •Методы исследования в систематике.
- •Понятие о виде.
- •Лекция 17
- •Лекция 18 Основы климатологии
- •Лекция 19 Основы почвоведения. Роль почвы в биосферных процессах
- •Основы почвоведения
- •Роль почвы в биосферных процессах
- •Лекция 21 Основные понятия системной экологии
- •Общие свойства систем
- •Понятие о причинных связях
- •Причинные связи
- •Система «природа человек»
- •Система «чэбс»
- •Лекция 22 Основы биогеохимии
- •Лекция 23 Биогеохимический круговорот вещества и связанные с ним формы удержания, перераспределения и накопления энергии
- •Биогеохимический круговорот вещества
- •Биогеохимические круговороты основных биогенных элементов и их нарушение человеком Биогеохимические циклы отдельных элементов.
- •Круговорот второстепенных элементов
- •Возвращение веществ в круговорот
- •Поток энергии
- •Лекция 24 Экология человека и проблемы экоразвития
- •Экология и здоровье человека.
- •Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека
- •Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека
- •Гигиена и здоровье человека
- •Взаимодействие человека с окружающей средой
- •Факторы, источники и последствия экологической опасности
- •Технологический кризис
- •Глобальный кризис
- •Лекция 25 Экологическое нормирование
- •Лекция 26 Глобальные и региональные экологические проблемы
- •1.Глобальные экологические проблемы
- •1.1 Глобальное потепление
- •1.2 Озоновый кризис
- •1.3 Загрязнения морей и мирового океана
- •1.4 Опустынивание
- •2. Региональные экологические проблемы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •1. Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье человека
- •2. Парниковый эффект
- •3. Кислотные дожди.
- •4. Разрушение озонового слоя.
- •5.Системный анализ.
- •6. Методы исследования.
- •7.Заключение.
- •6. Список литературы.
- •Введение
- •Эксплуатация биологических ресурсов.
- •Заключение
- •Библиографический список
Структура и основные компоненты экосистем.
Для решения глобальных экологических проблем необходимо изучить экосистемный уровень организации жизни.(Термин экосистема был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли.) Сторонники системного подхода для обозначения природных комплексов использовали и другие термины, например, «биокосное тело» (В. И. Вернадский, 1944), геобиоценоз, холон и др. В конце ХХ века, когда была разработана общая теория систем, утвердился термин экосистема.
Структура экосистем. Любую экосистему можно разделить на совокупность организмов и совокупность неживых (абиотических) факторов окружающей природной среды. Структура биогеоценоза приведена на рис. 6.1.
В свою очередь экотоп состоит из климата во всех многообразных его проявлениях и геологической среды (почв и грунтов), называемой эдафотопом (от греч. почва). Экотоп - это то, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты жизнедеятельности. Структура живой части биогеоценоза определяется трофоэнергетическими связями и отношениями, в соответствии с которыми выделяют три главных функциональных компонента:
1.комплекс автотрофных организмов-продуцентов, обеспечивающих органическим веществом и энергией остальные организмы (фитоценоз (зеленые растения), а также фото- и хемосинтезирующие бактерии);
2.комплекс гетеротрофных организмов-консументов, живущих за счет питательных веществ, созданных продуцентами (зооценоз (животные), а также бесхлорофилльные растения);
3.комплекс организмов-редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мертвым органическим веществом).
В качестве наглядной модели экологической системы и ее структуры Ю. Одум предложил использовать космический корабль при длительных путешествиях, например, на планеты Солнечной системы или еще дальше.
Состав экосистемы представлен двумя группами компонентов: абиотическими и биотическими.
Абиотические компоненты - это элементы неживой природы:
-неорганические вещества и химические элементы, участвующие а обмене веществ между живой и мертвой материей (диоксид углерода, вода, кислород, кальций, магний, калий, натрий, железо, азот, фосфор, серо, хлор и др.).
- органические вещества связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки, гуминовые вещества и др.);
- воздушная, водная или твердая среда обитания;
- климатический режим и др.
Биотические компоненты состоят из трех функциональных групп организмов.
|
Первая группа организмов - продуценты или автотрофные организмы (греч.сам, пища) Они подразделяются но фото- и хемоавтотрофов.
Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - неорганические вещества, в основном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии В процессе жизнедеятельности сами синтезируют на свету органические вещества углеводы или сахара (СН2О)n:
СО2 + Н2О à (СН2О)n
Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотисюй и затем азотной кислоты:
СО2 + 3О2 à 2НNО2 + 2Н2О + Qr
НNО2+ О2 à 2НNО3+ Q2
Химическая энергия Q, выделенная при этих реакциях, используется бактериямй для восстановления СО2 до углеводов.
Главная роль в синтезе органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика,
Вторая группа организмов – консументы (лат. потребитель) или гетеротрофные организмы осуществляют процесс разложения органических веществ.
Эти организмы используют органические вещества а качестве источника, питательного материала и энергии. Их делят на фаготрофов (гр. пожирающий) и сапротрофов (гр. Гнилой). Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся в основном крупные животные макроконсументы. Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков.
Третья группа организмов – редуценты (лат. возвращающий). Они участвуют в последней стадии разложения - минерализации органических веществ до неорганических соединений (СО2, Н2О и др.). Редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др) – микроконсументы. Роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без редуцентов в биосфере накопились бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в такой форме, которую мы знаем, прекратилась бы.
Функционирование экосистемы обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии и круговорота веществ. Поток энергии направлен в одну сторону, часть ее преобразуется автотрофами в органическое вещество, но большая часть энергии, проходя через экосистему, покидает ее в виде тепловой энергии. В отличие от энергии, элементы питания и вода могут использоваться многократно. Размеры импорта и экспорта элементов питания варьируют в зависимости от типа, размера и возраста экосистемы. Все экосистемы в составе биосферы являются открытыми, они должны получать энергию, вещества и организмы из среды на входе и отдавать их на выходе экосистемы. Часто экосистему выделяют внутри естественных границ. Например, границей озеро служит береговая линия, а границами города - административные границы. Но эти границы могут быть и условными. Экосистема не может быть герметичной, так как ее живое сообщество не вынесло бы такого заключения.
Пространственная структура экосистем обусловлена тем, что автотрофные и гетеротрофные процессы обычно разделены, а пространстве. Первые активно протекают в верхних слоях, где доступен солнечный свет, а вторые интенсивнее в нижних слоях (почвах, донных отложениях). Кроме того, эти процессы разделены во времени, поскольку существует временной разрыв между образованием органических веществ растениями и разложением их консументами. Например, в пологе леса лишь небольшая частъ зеленой массы немедленно используется животными, паразитами и насекомыми. Большая часть образованного материала (листья, древесина, семена, корневища и др.) потребляется сразу, и переходит в почву или в донные осадки. Могут пройти недели, месяцы, годы или даже тысячелетия (ископаемые виды топлива), прежде чем накопленное органическое вещество будет использовано.
Следовательно, с точки зрения пространственной структуры, в природных экосистемах можно выделитъ два яруса:
Верхний, сапротрофный ярус или «зеленый пояс» Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл; здесь преобладают фиксация света, использование простых неорганических соединений и накопление солнечной энергии в сложных фотосинтезируемых веществах;
Нижний, гетеротрофный ярус или «коричневый пояс» Земли, представлен почвами и донными осадками, в которых процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных.
Живые и неживые компоненты экосистем так тесно переплетены друг с другом в единый комплекс, что разделить их крайне трудно. Большая часть биогенных элементов и органических соединений встречается как внутри, так и вне живых организмов и образует постоянный поток между живым и неживым. Хотя некоторые вещества могут принадлежать только одному из этих состояний. Например, АТФ-азы (аденозинтрифосфотазы) встречаются только в живых клетках, ДНК (дезоксирибонуклеиновся кислота) и хлорофилл не функционируют вне живых клеток, а гумус никогда не встречается в организмах.
Это еще раз подтверждает необходимость использования при изучении экосистем двух подходов: холистического и мерологического (гр. часть). Первый предполагает измерение входов и выходов экосистемы (энергии, веществ, организмов), оценку эмерджентных свойств целого, затем, в случае необходимости, - изучение ее составных частей. При мерологическом подходе изучаются свойства отдельных организмов и частей экосистемы.
Практически тот или иной подход зависит от цели исследования и степени взаимосвязанности компонентов. При сильных взаимосвязях качественно новые (эмерджентные) свойства проявятся только на уровне целого. При мерологическом подходе эти свойства могут быть упущены. Т.е. одни и те же организмы в разных системах могут вести себя совершенно по- разному, т. к. взаимодействуют с другими компонентами. Например, многие насекомые в агроэкосистемах - опасные вредители, а в естественных местообитания они не опасны, т. к. их численность контролируют конкуренты, хищники, паразиты, химические ингибиторы и т. п.