Archive > июня 2012

ПРОДУКТИВНОСТЬ СООБЩЕСТВА - важный функциональный показатель сообщества, а также его отдельных элементов (автотрофного и гетеротрофного компонентов, отдельных трофических уровней, популяций каких-либо видов) является их способность к созданию (продуцированию) новой биомассы.

Экологическая пирамида — графические изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме.

Эти пирамиды возникают в экосистемах (биогеоценозах) в цепях питания. Цепи питания образуются в экосистемах в результате жизнедеятельности различных видов. Так, продуценты (автотрофные растения) являются единственными создателями органического вещества. В биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные (консументы 1, 2 и т. д. порядков), и, наконец, разрушители органических остатков (редуценты). В экосистеме виды, относящиеся к этим трем главным группам, находятся в сложных взаимоотношениях и образуют цепи питания,

Правило экологической пирамиды

Закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую.

Цепь питания

Цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для следующего звена.

Сообщество - это совокупность взаимодействующих популяций, занимающих определенную территорию, живой компонент экосистемы. Сообщество функционирует как динамическая единица с различными трофическими уровнями, через него проходит поток энергии и совершается круговорот питательных веществ.

Некоторые типы взаимодействий например взаимоотношения хищник-жертва (включая поедание растений) и паразитизм. Существуют и другие типы взаимоотношений, такие, как симбиоз и конкуренция.

Структура сообщества создается постепенно в течение определенного времени. Примером, который можно использовать как модель развития сообщества, служит заселение организмами обнаженной горной породы на недавно образовавшемся вулканическом острове. Деревья и кустарники не могут расти на голой скальной породе, так как здесь нет необходимой для них почвы. Однако водоросли и лишайники разными способами попадают на такие территории и заселяют их, образуя пионерные сообщества. Постепенное накопление отмерших и разлагающихся организмов и эрозия горной породы в результате выветривания приводят к формированию слоя почвы, достаточного для того, чтобы здесь смогли поселиться более крупные растения, такие, как мхи и папоротники. В конце концов за этими растениями последуют еще более крупные и требовательные к питательным веществам формы - семенные растения, включая травы, кустарники и деревья.

Такая смена одних видов другими за некоторый период времени называется экологической сукцессией. Завершающее сообщество - устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой - называется климаксным сообществом. В животном мире этих сообществ тоже происходит смена одних видов другими, в значительной мере обусловленная сменой растительности, но этот процесс зависит еще и от того, какие животные могут мигрировать из соседних сообществ.

Описанный выше тип сукцессии, начинающейся с заселения обнаженной горной породы или другой поверхности, лишенной почвы (например, песчаных или бывшего ложа ледника), называется первичной сукцессией. В отличие от этого вторичной называют сукцессию, начинающуюся там, где поверхность полностью или в значительной степени лишена растительности, но прежде находилась под влиянием живых организмов и обладает органическим компонентом. Таковы, например, лесные вырубки, выгоревшие участки или заброшенные сельскохозяйственные угодья. Здесь в почве могут сохраняться семена, споры и органы вегетативного размножения, например корневища, которые будут оказывать влияние на сукцессию. Как при первичной, так и при вторичной сукцессиях флора и фауна окружающих территорий являются главным фактором, определяющим типы растений и животных, включающихся в сукцессию в результате случайного расселения и миграций.

Биоразнообразие (биологическое разнообразие) — разнообразие жизни во всех ее проявлениях. В более узком смысле, под биоразнообразием понимают разнообразие на трех уровнях организации: генетическое разнообразие (разнообразие генов и их вариантов — аллелей), разнообразие видов в экосистемах и, наконец, разнообразие самих экосистем.

Биоразнообразие — ключевое понятие в природоохранном дискурсе. биоразнообразие было определено как «вариабельность живых организмов из всех источников, включающих, наземные, морские и прочие водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются: это включает разнообразие в пределах вида, разнообразие видов и разнообразие экосистем».

Существует три основных типа биоразнообразия:

- генетическое разнообразие, отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;

- видовое разнообразие, отражающее разнообразие живых организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов). В настоящее время описано около 1,7 млн. видов, хотя их общее число, по некоторым оценкам, составляет до 50 млн.;

- разнообразие экосистем охватывает различия между типами экосистем, разнообразием сред обитания и экологических процессов. Отмечают разнообразие экосистем не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу - от микробиогеоценоза до биосферы;

Иногда в отдельную категорию выделяют разнообразие ландшафтов, отражающее особенности территориального устройства и влияние местных, региональных и национальных культур общества.

Причин необходимости сохранения биоразнообразия много: потребность в биологических ресурсах для удовлетворения нужд человечества (пища, материалы, лекарства и др.), этический и эстетический аспекты (жизнь самоценна) и т. д. Однако главная причина сохранения биоразнообразия состоит в том, что оно выполняет ведущую роль в обеспечении устойчивости экосистем и Биосферы в целом (поглощение загрязнений, стабилизация климата, обеспечение пригодных для жизни условий). Биоразнообразие выполняет регулирующую функцию (см. Концепция биотической регуляции, Горшков В. Г.) в осуществлении всех биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. Каждый вид, каким бы незначительным он не казался, вносит свой вклад в обеспечение устойчивости не только “родной” локальной экосистемы, но и Биосферы в целом.

Гомеостаз— способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.

Гомеостаз – способность экосистемы к саморегуляции, т. е. способность сохранять равновесие.

В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи.

– Отрицательный (уменьшается отклонение от нормы)

– Положительный (увеличивается отклонение от нормы)

Поддерживать гомеостаз возможно в пределе отрицательной обратной связи. В любой экосистеме, где существуют пищевые цепи, есть определённые каналы передачи информации: химические, генетические, энергетические и др. Стабильность сообщества определяется количеством связей в трофической пирамиде. Сбалансированность экологического круговорота и уравновешенность экосистем обеспечивается механизмом обратной связи: управляющий компонент получает информацию от управляемого и соответственным образом вносит коррективы в дальнейший процесс управления. Пример олени-волки. Возникновение помех – нарушение обратных связей. Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи: частичные (ядохимикаты, отстрел животных, вылов рыбы); предельные – разрушают экосистему (уничтожение основного трофического уровня). Гомеостатическое плато – область в пределе которой экосистема способна сохранять свою устойчивость несмотря на стрессовые влияния

Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов. Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биотический). Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши. ДУНУДАЦИЯ суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн. т/год), общего привноса вещества на сушу (4043 млн. т/год) и составляет 48947 млн. т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землятрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах. МАЛЫЙ (биотический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоциноза или биогеохимического цикла.

Энергетический баланс биосферы - соотношение между поглощаемой и излучаемой энергией. Определяется приходом энергии Солнца и космических лучей, которая усваивается растениями в ходе фотосинтеза, часть преобразуется в другие виды энергии и еще часть рассеивается в космическом пространстве.

Круговорот в биосфере - повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов.

Круговорот воды на Земле, называемый также гидрологическим циклом, включает поступление воды в атмосферу при испарении и возвращение ее назад в результате конденсации и выпадения осадков.

В общих чертах круговорот воды всегда состоит из испарения, конденсации и осадков. Но он включает три основные "петли":

Поверхностного стока: вода становится частью поверхностных вод;

Испарения - транспирации: вода впитывается почвой, удерживается в качестве капиллярной воды, а затем возвращается в атмосферу, испаряясь с поверхности земли, или же поглощается растениями и выделяется в виде паров при транспирации;

Грунтовых вод: вода попадает под землю и движется сквозь нее, питая колодцы и родники и таким образом вновь попадая в систему поверхностных вод.

Согласно схеме круговорота воды, фонд воды в атмосфере невелик; скорость оборота выше, а время пребывания меньше, чем для углекислого газа. На круговороте воды начинают сказываться глобальные последствия деятельности человека. Учет осадков и речного стока во всем мире сейчас хорошо поставлен; необходимо, однако, как можно быстрее наладить более полный контроль всех основных путей движения воды в круговороте. Следует подчеркнуть два других аспекта круговорота воды.

1. Отметим, что море теряет из-за испарения больше воды, чем получает с осадками; на суше положение обратное. Другими словами, та часть осадков, которая поддерживает наземные экосистемы, включая и поставляющие пищу человеку, приходит благодаря испарению с моря. Установлено, что во многих областях 90% осадков приносится с моря

2. Согласно оценкам, вес воды пресных озер и рек - 0,25 геограмма (1геограмм=1020 г), а годовой сток - 0,2 геограмма; следовательно, время оборота составляет около года. Разность между количеством осадков за год (1,0 геограмм) и стоком (0,2 геограмма) составляет 0,8; это и есть величина годового поступления воды в подпочвенные водоносные горизонты. Как уже указывалось, увеличение стока в результате деятельности человека может уменьшить очень важный для круговорота фонд грунтовых вод. Нам следовало бы возвращать больше воды в водоносные слои, не пытаясь хранить ее всю в озерах, откуда она быстрее испаряется

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА.

Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде

Многочисленных соединений. Свободный углерод встречается в виде алмаза и

Графита.

Соединения углерода очень распространены. Кроме ископаемого угля, в недрах

Земли находятся большие скопления нефти, представляющей сложную смесь

Различных углеродсодержащих соединений, преимущественно углеводородов.

Кроме того растительные и животные организмы состоят из веществ, в

Образовании которых главное участие принимает углерод.

Углекислый газ поглощается растениями-продуцентами и в процессе

Фотосинтеза преобразуется в углеводы, белки, липиды и другие органические

Соединения. Эти вещества с пищей используют животные-консументы.

Одновременно с этим в природе происходит обратный процесс. Все живые

Организмы дышат, выделяя углекислый газ, который поступает в атмосферу.

Мертвые растительные и животные остатки и экскременты животных разлагаются

(минерализуются) микроорганизмами-редуцентами. Конечный продукт

Минерализации - углекислый газ - выделяется из почвы или водоемов в

Атмосферу. Часть углерода накапливается в почве в виде органических

Соединений.

Углерод поступает в атмосферу также с

Выхлопными газами автомашин, с дымовыми выбросами заводов и фабрик.

В процессе круговорота углерода в биосфере образуются энергетические

Ресурсы - нефть, каменный уголь, горючие газы, торф, древесина, которые

Широко используются человеком. Все эти вещества произведены

Фотосинтезирующими растениями за разное время. Возраст лесов - десятки и

Сотни лет; торфяников - тысячи лет; угля, нефти, газов - сотни миллионов

Лет. Следует учитывать, что древесина и торф - восполнимые ресурсы, т. е.

Воспроизводящиеся за относительно короткие промежутки времени, а нефть,

Горючий газ и уголь - ресурсы невосполнимые.

КРУГОВОРОТ АЗОТА.

Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Неорганические соединения азота не встречаются в природе в больших

Количествах, если не считать натриевую селитру NaNO3, образующую мощные

Пласты на побережье Тихого океана в Чили. Почва содержит незначительные

Количества азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты. Но в виде

Сложных органических соединений - белков - азот входит в состав всех живых

Организмов.

Азот - незаменимый элемент. Он входит в состав белков, и нуклеиновых

Кислот. Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Частично

Азот поступает из атмосферы благодаря образованию оксида азота (IV) из

Азота и кислорода под действием электрических разрядов во время гроз.

Однако основная масса азота поступает в воду и почву благодаря фиксации

Азота воздуха живыми организмами.

Самые эффективные фиксаторы азота - клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений. Азот из разнообразных источников поступает к корням растений, поглощается ими и транспортируется в стебли и листья, где в процессе биосинтеза строятся белки.

Белки растений служат основой азотного питания животных. После отмирания

Организмов белки под действием бактерий и грибов разлагаются с выделением

Аммиака. Аммиак частично потребляется растениями, а частично используется

Бактериями-редуцентами. В результате процессов жизнедеятельности некоторых

Бактерий аммиак превращается в нитраты. Нитраты, как и аммонийные ионы,

Потребляются растениями и микроорганизмами. Часть нитратов под действием

Особой группы бактерий восстанавливается до элементарного азота, который

Выделяется в атмосферу. Так замыкается круговорот азота в природе.

КРУГОВОРОТ ФОСФОРА

Вследствие

Легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии в природе не

Встречается. Из природных соединений фосфора самым важным является

Ортофосфат кальция, который в виде минерала фосфорита иногда образует

Большие залежи. Богатейшие месторождения фосфоритов находятся в Южном

Казахстане в горах Каратау. Фосфор, как и азот, необходим для всех живых

существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного,

Так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным

Образом в белках семян, в животных организмах - в белках молока, крови,

Мозговой и нервной тканей. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот - сложных органических

Полимерных соединений, принимающих непосредственное участие в процессах

передачи наследственных свойств живой клетки. Сырьем для получения

Фосфора и его соединений служат фосфориты и апатиты. Природный фосфорит

Или апатит измельчают, смешивают с песком и углем и накаливают в печах с

Помощью электрического тока без доступа воздуха всех живых организмах.

Основной источник его - горные породы (главным образом изверже-

ные). Представлен он в основном апатитом и фторапатитом. В осадочных породах это обычно вивианит, вавелит, фосфорит. С образованием биосферы высвобождение фосфора из горных пород усилилось, в результате произошло значительное перераспределение его. В превращениях фосфора

Большую роль играет живое вещество. Организмы усваивают фосфор из почв,

Водных растворов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, и

Других органически соединений.

Особенно много фосфора в костях животных. С гибелью

Организмов фосфор возвращается в почву он концентрируется в виде

Морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для

Образования богатых фосфором пород, которые в свою очередь служат

Источником фосфора в биогенном цикле.

КРУГОВОРОТ СЕРЫ.

Сера встречается в природе как в свободном состоянии (самородная сера), так

И в различных соединениях. Очень распространены соединения серы с

Различными металлами. Из соединений серы в природе распространены также

Сульфаты, главным образом, кальция и магния. Наконец, соединения серы

Содержаться в организмах растений и животных.

Сера широко используется в народном хозяйстве. В виде серного цвета серу

Используют для уничтожения некоторых вредителей растений. Она применяется

Также для приготовления спичек, ультрамарина (синяя краска), сероуглерода и

Ряда других веществ.

Круговорот серы происходит в атмосфере и литосфере. Поступление серы в

Атмосферу происходит в виде сульфатов, серного ангидрида и серы из

Литосферы при вулканических извержениях, в виде сероводорода за счет

Распада пирита (FeS2 ) и органических соединений. Антропогенным источником

Поступления серы в атмосферу являются тепловые электростанции и другие

Объекты, где происходит сжигание угля, нефти и других углеводородов, а

Поступление серы в литосферу, в частности в почву, происходит с удобрениями

И органическими соединениями. Перенос соединений серы в атмосфере

Осуществляется воздушными потоками, а выпадение на земную поверхность либо

В виде пыли, либо с атмосферными осадками в виде дождя (кислотные дожди) и

Снега. На поверхности Земли в почве и водоемах происходит связывание

Сульфатных и сульфитных соединений серы кальцием с образованием гипса

(CaSO4). Помимо этого происходит захоронение серы в осадочных породах с

Органическими остатками растительного и животного происхождения, из которых

В дальнейшем происходит образование угля и нефти. В почве изменение

Соединений серы происходит с участием сульфобактерий использующих

Сульфатные соединения и выделяющих сероводород, который поступая в

Атмосферу и окисляясь снова переходит в сульфаты. Кроме этого сероводород в

Почве может восстанавливаться до серы, которая денитрифицирующими

Бактериями окисляется до сульфатов.

Получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Этот принцип гармонирует с законом сохранения массы. Поскольку атомы не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых различных соединениях и запас их практически неограничен. Именно это и происходит в природных экосистемах.

Очень важно подчеркнуть, однако, что биологический круговорот не совершается исключительно за счет вещества, поскольку он - результат деятельности организмов, для обеспечения жизнедеятельности которых требуются постоянные энергетические затраты, поставляемые Солнцем. Энергия солнечных лучей, поглощаемая зелеными растениями, в отличие от химических элементов, не может использоваться организмами бесконечно. Данное заключение вытекает из второго закона термодинамики: энергия при превращении из одной формы в другую, то есть при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде.

Следовательно, каждый цикл круговорота, зависящий от активности организмов и сопровождаемый потерями энергии из них, требует все новых поступлений энергии.

Итак, существование экосистем любого ранга и вообще жизни на Земле обусловлено постоянным круговоротом веществ, который, в свою очередь, поддерживается постоянным притоком солнечной энергии. В этом состоит второй основной принцип функционирования экосистем:

Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.