- •Научное содержание дисциплины
- •Научные концепции экологии
- •Взаимоотношение организма и среды обитания
- •Экологические системы
- •Превращение энергии в экосистему
- •Классификация экосистем.
- •Эволюция и устойчивость экосистем
- •Биосфера и человек
- •Циркуляция элементов в биосфере.
- •Важнейшие круговороты веществ в биосфере:
- •Основные особенности круговоротов веществ.
- •Эволюция биосферы
- •Экология человека Среды жизни человека и формы его адаптации к ним.
- •Адаптивные типы и расы
Экологические системы
Экосистема – основное понятие экологии. Она может быть представлена самыми различными по масштабу образованиями, от обычной лужи до биосферы в целом. Близким к данному понятию является предложенный Сукачевым термин «биогеоценоза» (однородного участка земной поверхности с определённым составом живых и костных элементов и динамическим взаимодействием между ними)
В каждой экосистеме выделяют 2 блока:
-
Её костная и биокостная часть – экотоп
-
Живая часть – биоценоз.
В биоценозе живут 3 группы живых существ: продуценты, редуценты, консументы
Схема Реймерса
Общий перечень экосистемы включает:
-
Неорганические вещества (азот, кислород, вода и др.) – содержатся в виде газа, жидкости и ингредиентов субстрата
-
Органические вещества (белки, жиры, углеводы)
-
Субстрат (среда, основа), в котором постоянно обитают и развиваются организмы. В него входит верхний слой атмосферы и донные отложения гидросферы
-
Автотрофы (продуценты) – организмы, способные к фото- и хемосинтезу. Они являются создателями органических веществ из неорганических;
-
Гетеротрофы (консументы) – потребители органических веществ
-
Редуценты (микроконсументы) – разлагают мертвую органику и превращают в органическую составляющую
Три последних компонента экосистемы обычно разделены в пространстве и во времени.
Некоторые органические вещества могут только находится в живых организмах, другие – только вне организма, третьи находятся и в живом, и в костном веществе, но активно функционируют только в составе живого вещества (пр: хлорофилл). Чисто биологические компоненты экосистемы различаются по типу питания и местом в круговороте веществ и энергии. Продуценты, к которым, прежде всего, относятся зеленые растения, обеспечивают в процессе фотосинтеза за счёт энергии солнечного света образование нового органического вещества – углеводов. В процессе фотосинтеза в биосфере за год создается более 100 миллиардов тон углеводов, усваивается 200 миллиардов тон углекислого газа и выделяется 175 миллиардов тон кислорода.
В природе существует и бактериальный фотосинтез, в котором окислителем выступает сероводород и органические соединения. Такой вид фотосинтеза очень важен для круговорота серы.
Вновь создаваемое органическое вещество вместе с содержащейся в нём энергии является источником питания для консументов. Различают несколько видов консументов. Консументы первого порядка – травоядные, консументы второго порядка – хищники (могут быть нескольких порядков).
Последним экологическим компонентом экосистемы являются редуценты, которые представлены микроорганизмами. Редуценты разлагают органическое вещество в присутствии кислорода (аэробное разложение) и в его отсутствие (анаэробное разложение).
Существенная роль в разложении органического вещества принадлежит и мелким консументам. Также разложение органических веществ может обеспечиваться и другими путями.
Пример экосистем: наземная (лугопастбищная) и озёрная. В каждой из этих систем источником энергии является солнце. Среда в первой системе представлена атмосферным воздухом и почвой, а во второй системе – водой и водными осадками. Продуцентами в первой системе будут относительно крупные растения, во второй – очень мелкие, часто микроскопические формы (фитопланктон). Функции консументов первого порядка выполняют растительноядные животные, в озёрах – зоопланктон, который находится в толще воды. Консументами второго порядка на лугу являются хищники и птицы, а в озере – рыбы. Таким образом, структура и функционирование систем сходны, но их среда и рядовой состав биоценоза различен.
Скорость разложения мертвых организмов зависит от вида органического вещества. Ткани животных могут разлагаться сравнительно быстро, а древесина – медленнее. Наиболее устойчивым продуктом разложения является гумус, который накапливается в почвах столетиями. Процесс разложения ускоряется человеком за счёт сжигания органических веществ, ускорения распада гумуса при интенсивном или нерациональном сельхоз производстве и сжигании лесов. Часть вновь образованного органического вещества может храниться в экосистеме в форме запасов веществ.
Параллельно круговороту веществ в экосистеме идет круговорот энергии с неизбежными её потерями на каждом этапе. Сток тепла означает неизбежное рассеивание энергии для поддержания экосистемы на более высоком уровне упорядоченности, то есть на более низком уровне энтропии. В этой системе создаются определённые запасы вещества и энергии, часть из которых может экспортироваться из системы.
В наше время в биосфере в целом распадается количество вещества, примерно равное вновь образуемым, однако более трехсот миллионов лет назад распад органического вещества был меньше. В последующие эпохи наблюдались колебания в создании и распаде органики, что привело к изменению содержания углекислого газа в атмосфере планеты, и, соответственно, к глобальным изменениям климата, одним из проявления которого были оледенения.