Общие представления о первичной продукции

Продуктивность – наиболее важный показатель природных сообществ.

Скорость создания органического вещества называется биологической продукцией, а масса тела живых организмов – биомассой. Следовательно, биологическая продукция экосистем – это скорость создания в них биомассы. Органическая масса, создаваемая растением за единицу времени, – первичная продукция сообщества. Валовая первичная продуктивность – общая скорость фотосинтеза, включая те органические вещества, которые за время измерений были израсходованы на дыхание. Чаще ее выражают как количество сухого органического вещества в г/м2*год, или как энергию в ккал/м2*год. Чистая первичная продуктивность – скорость накопления органического вещества в растительных тканях после вычета расходов на дыхание. Человек и другие животные могут пользоваться только чистой первичной продукцией. Первичная продуктивность находится под воздействием ограничивающих факторов – наличия воды и питательных веществ, интенсивности солнечной энергии, а также способности экосистем использовать имеющиеся вещества. Во всех определениях термины «продуктивность», «продукция», «скорость продуцирования» являются синонимами. Количество энергии, поступающей за год в определенную местность, варьирует в зависимости от широты этой местности и от облачного покрова. Местности, расположенные в умеренном поясе, обычно получают от 2*105 до 2*106 ккал/м2*год, что составляет от 2 до 20% солнечной постоянной. Только половина этой световой энергии может быть ассимилирована растениями; другая ее половина лежит за пределами спектра поглощения растительных пигментов. Общая первичная продуктивность всего земного шара за год составляет 162*1015 г (около 730*1015 ккал), из которых две трети дают наземные местообитания. Качество пищи и распределение энергии для обеспечения различных функций организмов определяет характер потока энергии через сообщество. Наиболее сильные различия в этом отношении существуют между водными и наземными средами, что обусловлено глубокими различиями в приспособлениях организмов к каждой из этих сред.

Динамика экосистем.

Биоценозы непрерывно изменяются и развиваются под влиянием многих эндогенных и экзогенных факторов. Динамичность — одно из фунда­ментальных свойств экосистем. Масштабы времени, в которых выражается динамика экосистем, различны: изменения в биоценозах могут иметь суточную или сезонную ритмику длиться на протяжении ряда лет или же охватывать целые геологические эпохи, отражая развитие биосферы в целом. Суточные аспекты определяются суточной ритмикой жизнедеятельности: днем господствуют насекомые, птицы; растения раскрывают цветки днем, ночью активны ночные виды животных; вертикальные миграции планктона и сопутствующие им перемещения ряда планктоноядных животных. Сезонные: миграция ряда видов в районы с лучшими условиями существования; диапауза насекомых, оцепенение пойкилотермных и спячка гомойотермных животных, инцистирование простейших; листопад, изменение интенсивности фотосинтеза.

Сукцессии и климакс биоценоза

Экологическая сукцессия - последовательная смена биоценозов, выраженная в изменении видового состава, возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообщества - сукцессионная серия. Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены её состава не происходит. Такое равновесие наз-ют климаксом, а систему климаксовой. Первичная сукцессия – процесс развития и смены биоценозов на незаселенных ранее участках и не измененных деятельностью жив. организмов. Первичная делится на 2 типа: 1) ксерическая (создается или изменяется почва на сухопутных участках) например, формирование скальных биоценозов(накипные лишайники затем водоросли-простейшие-нематоды-насекомые- клещи-растения).2) гидрическая сукцессия(происходит зарастание мелких озер, верховых болот, маршей.) Вторичная сукцессия происходит на месте сформировавшегося ранее биоценоза после его нарушения по какой-либо причине(пожар, вырубка, засуха).Такие сукцессии имеют восстановительный-демутационный характер(после вырубки появляются травы, лиственные породы, кустарники, насек, грызуны и т.д.).

Автогенная сукцессия вызывается в сообществе при изменении его структуры и системы связей. Аллогенная – вызваны внешними причинами. Конструктивные сукцессии- в течении которых в биотопе до определенного уровня постепенно накапливается биомасса, и деструктивные, при которых накопленная ранее биомасса разрушается(приурочена к подстилке, где разрушается раст опад.).

Биоценозы, характеризующиеся определенной устойчивостью, постоянным видовым составом, хорошо отработанной структурой, находятся в устойчивом равновесии с окружающей средой, называются климаксами. Климакс – открытая система, находящаяся в равновесном состоянии, компоненты которой меняются только в связи с особенностями прохождения жизненного цикла организмов, колебаниями природных режимов и местными локальными нарушениями.

Таким образом, при достижении стадии климакса сообщество не прекращает свое развитие. Развитие сообщества всегда имеет место, поскольку оно происходит не только под влиянием несоответствия общества внешним условиям, но и в результате его самодвижения, без всякого изменения внешних условий.

Климаксовый тип биоценоза – результат длительной сопряженной эволюции всех компонентов растительного и животного мира в глубоком взаимодействии с условиями среды и под контролем климатических условий. Время достижения климакса – сотни лет (до тысячи). Чем жестче природные условия, чем больше видовой состав, тем больше время достижения климакса.

Биосфера, понятие, границы биосферы.

Биосфера - "живая" оболочка Земли. Либо Оболочка Земли пронизанная живым веществом.

Границы:

Литосфера 3 км

Гидросфера 11 км

Атмосфера 15 км

Распределение живого вещества

неоднородно.

Основные свойства биосферы.

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

1.Биосфера - централизованная система. Центральным зве­ном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свой­ство всесторонне раскрыто В. И. Вернадским, но, к сожалению, часто не дооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид - человек (ан­тропоцентризм).

2. Биосфера - открытая система. Ее существование немыс­лимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организ­мы (гелиобиология) разработаны А. Л. Чижевским (1897-1964), ко­торый показал, что многие явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью солнца. Все больше накапливается дан­ных, свидетельствующих, что резкое увеличение численности от­дельных видов или популяций («волны жизни») - результат измене­ния солнечной активности. Высказываются мнения, что солнечная активность оказывает воздействие на многие геологические про­цессы (катаклизмы, катастрофы), а также на социальную актив­ность человеческого общества или отдельных его этносов.

3. Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В. И. Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями, рассмотренными выше. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам, и справлялась с ними (извер­жения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообра­зование и т. п.) благодаря действию гомеостатических механиз­мов и, в частности, принципа, который в настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, пос­леднее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушаются многие механизмы гомеостаза и прин­цип Ле Шателье-Брауна, если не в планетарном, то в крупных регио­нальных планах. Их следствие - региональные кризисы. В стадию глобального кризиса биосфера, к счастью, еще, по-видимому, не всту­пила. Но отдельные крупные возмущения она уже гасить не в силах. Результатом этого является либо распад экосистем (например, рас­ширяющиеся площади опустыненных земель), либо появление неус­тойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценозов или урбанизированных (городских) комплексов. Челове­честву, к сожалению, отпущен крайне малый промежуток" времени для того, чтобы не произошел глобальный кризис и следующие за ним катастрофы и коллапс (полный и необратимый распад системы).

4. Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфе­ра как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Последнее обусловливается многими при­чинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воз-душная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, раз­личающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биоти­ческим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

5. Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним не­исчерпаемость отдельных химических элементов и их соеди­нений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого - углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоро­там и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обес­печивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциаль­ное бессмертие. Как отмечал академик-почвовед В. Р. Вильямс, есть единственный способ сделать какой-то процесс бесконечным - пустить его по пути круговоротов. Одно из мощнейших антиэколо­гических действий человека связано с нарушением и даже разруше­нием природных круговоротов. Эти вопросы будут рассмотрены во второй части работы