Синэкология. Экосистема как единица организации жизни на Земле. Понятие и структура экосистемы. Вклад А. Тенсли. Концепция экосистемы

1.Синэкология (от греч. syn — вместе и экология), раздел экологии, изучающий сообщества организмов (биоценозы, экосистемы).

2. Экосистема — это функциональное единство живых организмов и среды их обитания. Основные характерные особенности экосистемы — ее безразмерность и безранговость. Замещение одних биоценозов другими в течение длительного периода времени называется сукцессией. Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.

Единицей классификации экосистем является биом — природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных.

Особая экосистема — биогеоценоз — участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп), а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз).

С целью получения продуктов питания человек искусственно создает агроэкосистемы. Они отличаются от естественных малой устойчивостью и стабильностью, однако более высокой продуктивностью.

17. Блоковая модель экосистемы. Понятие «биоценоза». Вклад в изучение экосистем академика В.Н. Сукачева. Термин «биогеоценоз». Блоковая модель наземной экосистемы по В.Н. Сукачеву.

БЛОЧНЫЕ МОДЕЛИ ЭКОСИСТЕМЫ - графические схемы пищевых сетей в экосистемах, состоящие из “резервуаров” и “каналов”, которые хорошо превращаются в блочные модели, где поток энергии между блоками (отсеками) выражается коэффициентами переноса. Такие модели особенно удобны для обработки с помощью цифровых и аналоговых ЭВМ. Чтобы избежать путаницы в определениях, необходимо объективировать различия в терминах «экосистема» (А. Тенсли, 1935), «биоценоз» (К. Мебиус, 1877) и «биогеоценоз» (В.Н. Сукачев, 1942). В общем, все эти три термина обозначают одно – надвидовой уровень организации биологических систем. Однако разница существует.

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющих свою специфику взаимодействия этих слагаемых ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии» (В. Н. Сукачев, 1964).

«Экосистема» и «биогеоценоз» – близкие по сути понятия, но если первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, то «биогеоценоз» – понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определенными единицами растительного покрова – фитоценозами. Наука о биогеоценозах – биогеоценология – выросла из геоботаники и направлена на изучение функционирования экосистем в конкретных условиях ландшафта в зависимости от свойств почвы, рельефа, характера окружения биогеоценоза и составляющих его первичных компонентов – горной породы, животных, растений, микроорганизмов.

В биогеоценозе В. Н. Сукачев выделял два блока: экотоп – совокупность условий абиотической среды и биоценоз– совокупность всех живых организмов.

Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп– как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов. Во внутреннем сложении биогеоценоза выделяют такие структурно-функциональные единицы, как парцеллы (термин предложен Н. В.Дылисом). Биогеоценотические парцеллы включают в себя растения, животное население, микроорганизмы, мертвую органику, почву и атмосферу по всей вертикальной толще биогеоценоза, создавая его внутреннюю мозаику. Биогеоценотические парцеллы различаются визуально по растительности: высоте и сомкнутости ярусов, видовому составу, жизненному состоянию и возрастному спектру популяций доминирующих видов. Иногда они хорошо отграничены по составу, строению и мощности лесной подстилки. Названия им дают обычно по растениям, доминирующим в разных ярусах. Например, в волосистоосоковом дубо-ельнике можно выделить такие парцеллы, как елово-волосистоосоковая, елово-кисличная, крупнопапоротниковая в окнах древесного яруса, дубово-снытевая, дубово-осиново-медуничная, березово-елово-мертвопокровная, осиново-снытевая и др.

18. Классификация экосистем по разным критериям.

Самой большой экосистемой является биосфера — оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Толщина биосферы немногим больше 20 км (организмы обитают над поверхностью суши не выше 6 км над уровнем моря, опускаются не глубже 15 км в толщу суши и на 11 км в глубь океана), но основная масса живого вещества сконцентрирована в приповерхностном слое толщиной 50 - 100 м — это высота лесного полога и глубина проникновения основной массы корней. В этих же границах сконцентрированы наземные и почвенные животные и микроорганизмы. В океане наиболее обжиты растениями и животными освещаемые солнцем и прогреваемые до глубины 10 - 20 м приповерхностные толщи воды. В этом тонком слое биосферы сконцентрировано более 90% биомассы растений и животных. В экосистемах устанавливается постоянный баланс процессов синтеза и распада органических веществ, который под воздействием внешних факторов приспосабливается путем перестройки или разрушается. В этом случае наступает экологический кризис.

Искусственно создаваемые экосистемы обеспечивают непрерывный процесс обмена веществ и энергии как внутри природы, так и между ней и человеком. В зависимости от воздействия хозяйственной деятельности человека эти системы подразделяются на:

· естественные, сохранившиеся в неприкосновенности;

· модифицированные, изменившиеся от деятельности человека;

· трансформированные, преобразованные человеком.

Как правило, экосистема состоит из четырех основных элементов:

1. Неживая (абиотическая) среда — это вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

2. Продуценты (производители) — живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. Такую работу выполняют главным образом зеленые растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Этот процесс называют фотосинтезом. При нем высвобождается кислород. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, кислород используется для дыхания.

3. Консументы — потребители растительной продукции. Организмы, питающиеся только растениями, называют консументами первого порядка. Животных, питающихся только (или преимущественно) мясом, называют консументами второго порядка.

4. Редуценты (деструкторы, разлагатели) — группа организмов, которые разлагают остатки отмерших существ, например, растительные остатки или трупы животных, превращая их снова в исходное сырье (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов, превращающих эти составные части снова в органические вещества. К редуцентам относятся многие черви, личинки насекомых и другие мелкие почвенные организмы. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы, превращающие живое вещество в минеральное, называют минерализаторами.

19. Типы биотических взаимоотношений: конкуренция, симбиоз, мутуализм, хищничество, паразитизм, комменсализм, аменсализм, нейтрализм и др.

Основу возникновения и существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же биотоп (местообитание биоценоза, от латинского bios - жизнь, top - место). Эти связи определяют основное условие жизни в сообществе, возможность добывания пищи и завоевывания нового пространства. Живые организмы поселяются друг с другом не случайно, а образуют определенные сообщества, приспособленные к совместному обитанию. По направленности действия на организм все воздействия подразделяются на позитивные, негативные и нейтральны.

Позитивные отношения. Симбиоз - сожительство (от греческого sym - вместе, bios - жизнь) - форма взаимоотношений, при которых оба партнера или один из них извлекает пользу от другого. Есть несколько форм симбиоза: Кооперация - общеизвестное сожительство раков-отшельников с мягкими коралловыми полипами-актиниями. Мутуализм - (от латинского mutuus - взаимный) форма взаимовыгодных отношений видов - от временного, необязательного контакта до симбиоза - неразделимой полезной связи двух видов. Лишайники - это сожительство гриба и водоросли. Комменсализм, нахлебничество (от латинского com - вместе, mensa - трапеза). Одна из форм симбиоза- взаимоотношения, при которых один вид получает пользу от сожительства, а другому это безразлично. Квартирантство - для некоторых организмов тела животных других видов или их местообитания (постройки) служат убежищами.

Негативные отношения. Антибиотическая форма взаимоотношений, при которой обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывают отрицательное влияние. Отношения хищник - жертва, паразит - хозяин - это прямые пищевые связи, по существу к этому типу экологических взаимодействий можно отнести все варианты пищевых связей. Хищничество. Одна из самых распространенных форм, имеющих большое значение в саморегуляции биоценозов. Хищниками называют животных (а также некоторые растения), питающихся другими животными, которых они ловят и умерщвляю Паразитизм - организмы могут использовать другие виды не только как место обитания, но и как постоянный источник питания. Конкуренция - одна из форм отрицательных взаимоотношений между видами. Ч. Дарвин считал конкуренцию одной из важнейших составных частей борьбы за существование, играй ей большую роль в эволюции видов. Конкуренция - это взаимоотношения, возникшие между видами со сходными экологическими требованиями. Когда такие виды обитают совместно, каждый из них находится в невыгодном положении, т.к. присутствие другого уменьшает возможности в овладении ресурсами, убежищами и прочими средствами к существованию, которым располагает местообитание. Конкуренция может быть внутривидовой и межвидовой. Внутривидовая борьба происходит между особями одного и того же вида, межвидовая конкуренция имеет место между особями разных видов.

Нейтральные отношения. Нейтрализм – форма взаимоотношений, при которых обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно, но, формируя биоценоз, зависят от состава сообщества в целом.

Все перечисленные формы биологических связей между видами служат регистраторами численности животных и растений в биоценозе, определяя степень его устойчивости; при этом чем больше видовой состав биоценоза, тем устойчивее сообщество в целом.

20. Состав и функциональная структура экосистемы. Автотрофы (фотосинтетики или хемосинтетики) и гетеротрофы (консументы и редуценты).

Среди всех сфер Земли особое место занимает биосфера. Это геологическая оболочка Земли вместе с населяющими её живыми организмами: микроорганизмами, растениями и животными. Она включает верхнюю часть литосферы - твёрдую оболочку Земли, всю гидросферу - океаны, моря, озёра и реки и большую часть атмосферы. Границы биосферы определяются верхним пределом жизни, ограниченным губительным влиянием космических ультрафиолетовых лучей, и нижним пределом, ограниченным высокими температурами земных недр. Отличительная и определяющая особенность биосферы состоит в её целостности и населенности жизнью. Экологической системой называют совокупность живых и неживых компонентов природы, находящихся во взаимодействии. Условия существования - это совокупность экологических факторов, обуславливающих рост, развитие, выживание и воспроизводство организмов. Всё многообразие экологических факторов подразделяют на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.

Вторая группа организмов - консументы, или гетеротрофные организмы, осуществляют процесс разложения органических веществ. Консументы - организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые продуцентами, но в ходе потребления не доводящие разложение органических веществ до простых минеральных составляющих. К консументам относятся все растительноядные, паразитические ихищные животные, часть микроорганизмов, паразитические инасекомоядные растения. В экосистемах консументы играют роль управляющего звена. Различают консументы первого (растительноядные животные), второго и других порядков (хищники и паразиты). Живые существа, не способные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступления органического вещества извне, в составе пищи, относятся к группе гетеротрофных организмов, живущих за счет продуктов, синтезированных фото- или хемосинтетиками. Пища, извлекаемая тем или иным способом из внешней среды, используется гетеротрофами на построение собственного тела и как источник энергии для различных форм жизнедеятельности. Таким образом, гетеротрофы используют энергию, запасенную автотрофами в виде химических связей синтезированных ими органических веществ. В потоке веществ по ходу круговорота они занимают уровень потребителей, облигатно связанных с автотрофными организмами (консументы I порядка) или с другими гетеротрофами, которыми они питаются (консументы II порядка).

21. Поведение энергии в экосистеме. Обобщенная графическая модель экосистемы по Ю. Одуму. Поток энергии в экосистеме по Ф. Рамаду.

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т.е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизнедеятельности и самовоспроизведения (рис. 12.19).

Рис. 12.19. Поток энергии в экосистеме (по Ф. Рамаду, 1981)

В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно использоваться, входить в круговорот, энергия может быть использована только раз, т.е. имеет место линейный поток энергии через экосистему.

Односторонний приток энергии как универсальное явление природы происходит в результате действия законов термодинамики. Первый закон гласит, что энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но не может быть создана или уничтожена. Второй закон утверждает, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потерь некоторой ее части. Определенное количество энергии в таких превращениях рассеивается в недоступную тепловую энергию, а следовательно, теряется. Отсюда не может быть превращений, к примеру, пищевых веществ в вещество, из которого состоит тело организма, идущих со 100-процентной эффективностью.

Таким образом, живые организмы являются преобразователями энергии. И каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конечном итоге вся энергия, поступающая в биотический круговорот экосистемы, рассеивается в виде тепла. Живые организмы фактически не используют тепло как источник энергии для совершения работы - они используют свет и химическую энергию.

Y-образная модель потока энергии, показывающая связь между пастбищной и детритной пищевыми цепями (Ю. Одум, 1986):

22. Трофическая структура экосистемы. Автотрофный ярус и гетеротрофный ярус. Уровни трансформации энергии. Экологические пирамиды.

С точки зрения пищевых взаимодействий организмов трофическая структура экосистемы делится на 2 яруса:

1. Автотрофный ярус («зеленый пояс»). В этом поясе преобладает фиксация солнечной энергии и преобразуется органическое вещество из неорганических элементов.

2.Гетеротрофный («коричневый пояс»). Преобладает использование, трансформация и разложение сложных органических веществ на неорганические.

Пищевые связи – механизмы передачи энергии от одного организма другому.

Последовательность передачи энергии от одного организма другому называется трофической или пищевой цепью.

Трофический уровень – это место каждого звена в цепи питания, поэтому различают несколько трофических уровней:

1.автотрофы

2.консументы

3.вторичные консументы

Правило Линдемана(10%):

При переходе с одного трофического уровня на другой неизменно теряется часть энергии и переходит на следующий уровень не более 10% ее.

Функциональные взаимосвязи в трофической цепи изображают графически в виде экологических пирамид. Экологические пирамиды строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины. Высота пирамид пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи или числу трофических уровней. А форма экологической пирамиды отражает эффективность превращения энергии при переходе с одного уровня на другой.

Известны 3 основных вида экологических пирамид:

1.Пирамида численности (отражает численность или плотность организмов на каждом трофическом уровне).

Основное правило: в любой среде растений больше, чем животных.

2.Пирамида биомассы (учитывается суммарная масса или биомасса организмов на каждом трофическом уровне. И прямоугольники в таких пирамидах отражают биомассу организмов, отнесенную на единицу площади. Есть прямые и перевернутые пирамиды).

3. Пирамида энергии (отражает эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей).

Поиск по сайту: