Середня біомаса і первинна продукція в різних біогеоценозах.

Тип біогеоценозу		Середня біомаса 2 м2	Первинна продукція 2 м2
11.	Вологий тропічний ліс	45.000	2200
22.	Широколисті ліси	30.000	1200
33.	Хвойні ліси	20.000	800
44.	Степи	2000	600
55.	Тундра	600	140
66.	Пустелі	20	3

Неоднорідні біогеоценози й по горизонталі : є густі , є розріджені плями рослинності і ділянки різняться ступенем освітленості, вологості.

Горизонтальна і вертикальна неоднорідність біогеоценозів зумовлює деяку неоднорідність процесів трансформації енергії в його межах. Основною коміркою трансформації енергії є консорція – окрема особина або популяція і просторово і трофічно пов‘язані з нею популяції інших рослин , тварин, грибів, бактерій. Назва консорцій пов‘язана з назвою рослин навколо якої групуються всі інші організми так звані консорти.

Наприклад , в широколистому лісі консорція дуб, а консорти : шапкові гриби, птахи, гусениці, довгоносики, павуки, гриби – трутовики, бактерії.

Саме на рівні консорцій рухаються енергія і речовина трофічними ланцюгами в біогеоценозах. Ступінь насиченості біогеоценозу різноманітними консорціумами залежить від його видового багатства, тобто, кількості видів. Чим більше видів в біогеоценозі , тим краще він саморегулюється , тим стійкішим він до несприятливих умов.

3.Трофічна мережа. Харчові зв‘язки між видами утворюють трофічну мережу. Суть в тому, що в меню одного виду, за винятком продуцентів, входить не один , а декілька видів. Кожен з цих видів є їжею ще для кількох видів. Безліч ланцюгів живлення переплітаються між собою, утворюючи складну сітку живлення.

Біомаса і продуктивність біогеоценозу. Біомаса – кількість живої речовини на одиниці площі в момент спостереження. Одиниця біомаси 1 г сухої речовини на 1 м² площі. Продуктивність біогеоценозу, здатність живої речовини створювати, трансформувати й нагромаджувати органічну речовину ( біомасу). Це динамічний показник , а біомаса – статичний показник. Продуктивність виражають через показник продукції. Розрізняють продукцію первинну : швидкість засвоєння сонячної енергії продуцентами. Продукція вторинна: швидкість трансформації і накопичення речовини консументами і рецудентами. Вимірюється в 2 см² за одиницю часу. Вторинна продукція завжди менша за первинну, бо діє закон екологічної піраміди : при з нижчого до наступного вищого трофічного рівня складає всього 10% попереднього рівня.

На конкретне значення продукції впливає багато факторів : вологість, температура, забезпеченість елементами мінерального живлення.

Найбільша продукція – вологих лісів. Важливим показником є також деструкція – швидкість розкладання органічної речовини. Різниця між первинною продукцією і деструкцією – показник акумуляції ( накопичення органічної речовини).

Лекція №5

Тема: Біосфера – глобальна екосистема планети Земля

План

1.Поняття « біосфера». Вчення Вернадського про біосферу.

2.Роль живої речовини в біосфері.

3.Глобальні процеси в біосфері. Колообіги речовини та енергії ; великий геологічний колообіг , великий біологічний колообіг. Загальний великий біосферний колообіг речовин та енергії.

4.Роль людини в біосфері.

Література

1. Білявський Г.О. , Бутченко Л.І.. Основи екології .

( теорія та практика). Навчальний посібник. – К.- Лібра., Світ. 2000р.

2. Кучерявий В.П. Екологія.- Львів. : Світ. 2000р.

3. Білявський Г.О., Р.С.Фурдуй. Основи екології. Підручник К.: Либідь .2004 р.

4. Небел Б. Наука об окружающей среде.- М. Мир: 1993 г.

5. Заверуха Н.М., Сребряков В.В., Скиба Ю. А. Основи екології: Навч. Посібн. – К.: Каравела, 2006. – 368 с.

Після вивчення матеріалу теми студенти повинні знати :

визначення біосфери та її межі , а також властивості живої речовини;

біохімічні функції живої речовини; кругообіги таких речовин : води, оксигену, карбону, нітрогену, фосфору, сірки тощо; вчення Вернадського про ноосферу.

Після вивчення матеріалу теми студенти повинні вміти :

характеризувати біосферу; обґрунтувати зв‘язок кругообігів речовин та енергії в біосфері; дати оцінку вченню В.І.Вернадського про ноосферу.

Ключові поняття та терміни :

Біосфера , жива речовина, закони термодинаміки, ноосфера, кругообіги,

оксиген, карбон, нітроген, сірка, фосфор.

1. Вперше термін «біосфера» - «сфера життя» - був використаний

австрійським вченим Е. Зюссоном ще в 1875 р.

Сучасне його тлумачення , яке сприйняте в усьому світі , належить видатному українському вченому В.І.Вернадському. Отже, біосфера – це оболонка Землі , яка включає частину атмосфери, гідросферу, літосферу, заселені живими організмами.

Біосфера в сучасному розумінні – це глобальна відкрита система зі своїм « входом» і « виходом». «Вхід» - потік сонячної енергії з Космосу, а « вихід» - утворення в процесі життєдіяльності організмів речовини , які з різних причин « випали» з кругообігу в «геологію» - кам‘яне вугілля, нафта , осадові породи.

Біосфера в її речах є саморегульованою, само організованою системою. Екологи пояснюють самоорганізацію системи інформацією , яка пронизує всю екосистему. Інформація міститься в живих організмах , в їх генетичному коді і здатності адаптуватися до змінних умов існування.

Такий підхід дає підстави вважати біосферу централізованою кібернетичною системою , оскільки в ній один елемент ( підсистема) – живі організми – відіграє центральну роль в функціонуванні системи в цілому. Згідно із законом необхідної різноманітності ( основний закон кібернетики) лише тоді володіє стійкістю до блокування зовнішніх і внутрішніх збурень , коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття, яке створюється живими організмами. Досить повідомити , що на Землі на сьогодні існує 2 млн видів організмів , з них частка рослин – 500 тисяч видів , а тварин 1,5 млн видів.

Виходячи з екологічних уявлень видове різноманіття не просто арифметична величина нижче якої не має опускатися живий світ , це загальна тенденція розвитку біосфери, яка сприяє підтриманню системи стані гомеостазу.

Верхня межа біосфери в атмосфері сягає нижніх шарів стратосфери( 30 км), де трапляються спори, клітини бактерій, грибів, водоростей. Межа біосфери в літосфері складає біля 2 – 3 км, але деякі дослідники вважають межею 7 – 8 км , де температура нижче + 100 ° С. В гідросфері життя існує на всіх глибинах, навіть в заглибинах – 11 км.

2. Наша планета принципово відрізняється від інших планет Сонячної системи наявністю унікального явища – життя . Життя на Землі реалізується в формі живої речовини. Поняття «жива речовина» ввів в науку В.І.Вернадський. Під «живою речовиною» розуміється сукупність усіх живих організмів планети. Вона виконує надзвичайно важливу роль в процесах усіх сфер Землі.

Жива речовина протистоїть хаосу і ентропії. Використовуючи прямо чи опосередковано сонячну систему, вона створює з простих , бідних на енергію молекул, в першу чергу з води й вуглекислого газу, складніші органічні сполуки вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх в зеленій корі. Жива речовина руйнує і агрегує неживу матерію, окислює, відновлює і перерозподіляє хімічні сполуки. Можна без перебільшення сказати , що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети формується живими організмами.

Кількість живої речовини : суха маса живої речовини складає 2 - 3 трлн т приблизно в млрд разів менше маси планети Земля. Проте , жива речовина надзвичайно активна , зокрема , через кругообіг речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні , а фітомаса – за одну добу.

Життєдіяльність живих організмів супроводжується безперервним обміном речовин.

Таким чином, основні властивості живої речовини :

• високорганізована внутрішня структура;

• здатність уловлювання із зовнішнього середовища й трансформувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності ;

• здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища незважаючи на коливання умов зовнішнього середовища;

• здатність до самовідтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць – організмів , які в свою чергу об‘єднуються в більш – менш дискретні одиниці існування матерії.

3. Як уже говорилось, біосфера – це відкрита термодинамічна система, що отримує променисту енергію Сонця і теплову енергію процесів радіоактивного розпаду ядра планети. Основне джерело енергії – це сонячна енергія. Щороку Земля отримує енергії 10,5 помножене на 10 у степені кдж. Лише 0,023 % сонячної енергії , що потрапляє на Землю , уловлюється продуцентами – зеленими рослинами й запасається в процесі фотосинтезу у вигляді енергії хімічних зв‘язків органічних речовин. За рік в результаті фотосинтезу утворюється близько 100 млрд органічних сполук, в яких запасається 1,8 помножене на 10 у 17 кдж енергії. Ця зв‘язана енергія використовується консументами і редуцентами в ланцюгах живлення і за її рахунок жива речовина виконує роботу – концентрує , акумулює , перерозподіляє хімічні елементи в земній корі , роздрібнює та агрегує неживу речовину.

Робота живої речовини супроводжується розсіянням у вигляді тепла майже всієї накопиченої в процесі фотосинтезу сонячної енергії. Лише частки проценту цієї енергії не потрапляють у ланцюги живлення , й консервуються в осадових породах у вигляді органічної речовини торфу, вугілля, нафти, природного газу. Отже, в процесі роботи , яку здійснює біосфера , вловлена сонячна енергія трансформується, тобто , йде на виконання корисної роботи і розсіюється. Ці два процеси підпорядковуються двом фундаментальним природним законам – першому й другому законам динаміки.

Перший закон термодинаміки часто називають законом збереження енергії , а в екології – закон концентрації енергії. Це означає, що енергія не може бути ні народжена , ні знищена, вона лише може трансформуватися з однієї форми в іншу. В екологічних системах відбувається багато перетворень енергії : промениста енергія Сонця , завдяки фотосинтезу , перетворюється на енергію хімічних зв‘язків органічної речовини продуцентів ( зелених рослин) , ця енергія акумулюється в органічній речовині консументів 1 роду ( рослинної до тварини) , далі в органічні речовини консументів 2 роду ( хижаки) , потім в органічні речовини редуцентів (мікроорганізми), які користуються мертвою органічною речовиною тіл продуцентів та консументів. Людське суспільство також перетворює величезні кількості однієї енергії на іншу.

Другий закон термодинаміки ( в екології його називають закон розсіювання енергії) визначає напрям якісних змін енергії в процесі її трансформації з однієї форми в другу , співвідношення корисної і марної роботи під час переходу енергії, дає уявлення про якість самої енергії.

За будь якої трансформації енергії лише частина її переходить в новий вид енергії, решта безповоротно розсіюється у вигляді тепла, тобто , здійснюється марна робота , що пов‘язана їз збільшенням швидкості безладного руху частинок. Енергією найнижчої якості є енергія невпорядкованого руху частинок, не придатної для здійснення корисної роботи, називають ентропією. Спрощено, ентропія – це міра дезорганізації, безладу, випадковості систем та процесів.

Отже, за другим законом термодинаміки , будь – яка робота супроводжується трансформацією високоякісної енергії в енергію нижчої та найнижчої якості - тепло й призводить до зростання ентропії. Знизити ентропію в термодинамічно закритій системі неможливо – вся якісна енергія врешті решт перетворюється на низькоякісну теплову