Биогеоценоз и экосистемы-сходства и различия.

Биогеоценоз и экосистемы-сходства и различия.

Экосистема — система, состоящая из взаимосвязанных между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема — более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз, в свою очередь — класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды — почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Не являются биогеоценозами большинство искусственных экосистем.Таким образом, каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп — это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую занимает биогеоценоз и организмы из других биогеоценозов.

Что понимается под биоразнообразием?

Разнообразие жизни во всех её проявлениях, а также показатель сложности биологической системы, разнокачественности её компонентов.

Что такое биологическая ниша?

Совокупность всех факторов и условий среды обитания в пределах которых может существовать вид в природе.

Концепция экосистемы.

Экосистема-два неразрывных элемента(биоценоз и биотоп), действующие друг на друга и образующие более или менее устойчивую систему.

Продуцирование и разложение в природе.

Фотосинтезирующие, и отчасти хемосинтезирующие, организмы создают органические вещества на Земле – продукцию в количестве 100 млрд. тонн в год и примерно такое же количество веществ должно превращаться в результате дыхания растений в углекислый газ и воду. Однако этот баланс неточен, т.к. известно, что в прошлые геологические эпохи создавался избыток органического вещества, в особенности, 300 млн. лет назад, что выразилось в накоплении в осадочных породах угля.

Этот избыток образовался вследствие того, что в соотношении О₂/СО₂ баланс сдвинулся в сторону СО₂и заметная часть продуцированного вещества, хоть и очень небольшая, не расходовалась на дыхание и не разлагалась, а окаменевала и сохранялась в осадках. Сдвижение баланса в сторону повышения содержания кислорода около 100 млн. лет назад сделало возможным эволюцию и существование высших форм жизни.

Без процессов дыхания и разложения, так же как и без фотосинтеза, жизнь на Земле была бы невозможна.

Дыхание – это процесс окисления, который еще в древности справедливо сравнивали с горением. Благодаря дыханию как бы «сгорает» накопленное при фотосинтезе органическое вещество.

Дыхание – это процесс гетеротрофный, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение.

Аэробное дыхание – процесс, обратный фотосинтезу, где окислитель, газообразный кислород присоединяет водород.

Анаэробное дыхание происходит обычно в бескислородной среде, и в качестве окислителя служат другие неорганические вещества, например, сера.

Брожение – такой анаэробный процесс, в котором окислителем становится само органическое вещество.

На основе сказанного можно утверждать, что происходит некоторое отставание гетеротрофного разложения от продуцирования во времени. И такое соотношение наблюдается на уровне биосферы. «Отставание гетеротрофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма есть одно из важнейших свойств экосистемы». Однако в результате деятельности человека это свойство находится под угрозой и прежде всего из-за непомерного потребления кислорода огромными двигателями и други аппаратами, которое может привести к снижению продукции.

 

Гомеостаз экосистемы.

Гомеостаз – это способность биологических систем – организма, популяции и экосистем – противостоять изменениям и сохранять равновесие.

Гомеостаз обеспечивает саморегулирование системы.Действие гомеостаза заключается в механизме обратной связи, отрицательной и положительной.Рассмотрим в качестве примера субсистему «хищник-жертва», которая является частью экосистемы.Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например, увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», напр., ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции хищников.Если в систему «хищник – жертва» не вмешиваться (напр., человек не уничтожает хищника), то результат саморегуляции будет описываться гомеостатическим плато – областью отрицательных связей.При нарушении системы начинают преобладать положительные обратные связи, что может привести к гибели системы.Наиболее устойчивыми являются крупные экосистемы. Это происходит за счет взаимодействия круговоротов веществ и потоков энергии.

Энергия экосистемы.

Трофическая цепь – пищевая цепь.

Трофический уровень – место каждого звена в пищевой цепи.

Посредством трофической цепи солнечная энергия передается всем организмам.

Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полностью – от 12 до 20% у некоторых растительноядных, до 75% и более у плотоядных.

Энергетические затраты связаны с:

· поддержанием обмена веществ, дыханием,

· значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и особенно при активной мышечной работе. В конечно счете вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде.

· часть пищи выделяется в виде экскрементов,

· некоторая часть идет на образование тканей и некоторого запаса питательных веществ, т.е. на рост.

Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется. Потери приблизительно составляют 90 %: на каждый последующий уровень передается не более 10 % энергии от предыдущего уровня. Например, если калорийность продуцента составляет 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т.е. 0,1 % от калорийности растительной пищи.

Различают два вида трофических цепей:

· цепи выедания, или пастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и

· детритные цепи разложения, которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных.

Таким образом, входя в экосистему, поток лучистой энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических цепей, но источник энергии общий – солнечный свет

Цикличность фитоценозов.

1. Сезонные изменения

2. Разногодичные- типы флюктуаций:

1. экотопические, связанные с различиями по годам метеорологических, гидрологических и других условий экотопа,

2. фитоциклические, связанные с особенностями жизненного цикла растений или с неравномерным по годам семенным или вегетативным размножением,

3. зоогенные, вызванные погодичной динамикой численности травоядных и роющих животных,

4. микогенные, обусловленные периодическим размножением паразитических грибов.

Экологическая сукцессия.

Сукцессия – последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопа) под влиянием природных факторов (в т.ч. и внутренних противоречий самих биоценозов) или воздействия человека. Изменения в сообществе в результате сукцессии носят закономерный характер и обусловлены взаимодействием организмов между собой и с окружающей абиотической средой.Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая структура его существования вплоть до кульминации его развития – возникновения стабилизированной системы – климакса.В этом состоянии система находится тогда, когда в ней на единицу энергии приходится максимальное количество симбиотических связей между организмами.Стабильность сообщества может быть длительной лишь в том случае, если изменения среды, вызванные одними организмами, точно компенсируются деятельностью других, с противоположными экологическими требованиями. Это условие нарушается при нарушении круговорота веществ, и тогда часть популяций, которые не могут выдержать конкуренцию, вытесняются другими, для которых эти условия благоприятны, и гомеостаз восстанавливается.

Для возникновения сукцессии необходимо свободное пространство. В зависимости от первоначального состояния субстрата различают первичную и вторичную сукцессию.

Первичная сукцессия – это если формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате.

Вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий.

Состав и границы биосферы.

Границы:

· Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

· Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

· Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Состав:

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·10¹² т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·10¹⁸ т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

3. Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество — вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Пресноводные экосистемы.

Реки, озера, пруды. Они снабжают водой города, села, деревни. В них водятся ценные виды рыб.

Морские экосистемы.

Одни из крупнейших водных экосистем Земли. Они включают в себя океаны, солончаки, зоны приливов, лиманы, лагуны, мангровые заросли, коралловые рифы, глубокое море и морское дно. Морские воды занимают две трети поверхности Земли. Подобные места считаются экосистемами, потому что жизнь растений поддерживает жизнь животных и наоборот.

Человек и экосистемы.

Человек в конкурентной борьбе за выживание в окружающей среде начал строить свои искусственные экосистемы десять тысяч лет назад, создав сельское хозяйство - растениеводство и животноводство. На современном этапе он для удовлетворения все возрастающих потребностей вынужден изменять и даже разрушать природные экосистемы, может, и не желая этого.

Энергия - это изначальная движущая сила природных и антропогенных экосистем. Их энергетические ресурсы могут быть неисчерпаемы (солнце, ветер, приливы) и исчерпаемы (топливно - энергетические). Используя топливо, человек может добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти представления, Ю. Одум (1986) выделил «четыре фундаментальных типа экосистем»:

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые.

2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4. Индустриально - городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным).

Третий и четвертый типы экосистем следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля. Они неспособны поддерживать высокую плотность фауны и флоры, но занимают громадные площади на Земле. Ими движет энергия Солнца, они основа, стабилизирующая и поддерживающая жизнеобеспечивающие условия на планете.

Ко второму типу экосистем относят эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра. Они обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы приспособились использовать энергию приливов и течений, ветра и дождя и т.п. Здесь «производится» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» без затрат со стороны человека. Более того, здесь создается заметная доля пищевых продуктов и других материалов для человека. Но главное, здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и т.д.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже можно отнести третий тип - агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы. Эти системы походят на природные - саморазвитие культурных растений в период вегетации - процесс природный, за счет солнечной энергии. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая - это энергетические затраты человека. Более того, он меняет экосистему, что выражается в ее упрощении, т.е. в снижении видового разнообразия.

Современное сельское хозяйство позволяет удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессии, добиваясь максимальной первичной продуктивности одного или нескольких растений (кукурузы, пшеницы, и т.п.). Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но ценой больших затрат на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на обработку почв и т.п. Сорняки - это пионерные виды растений естественного сукцессионного цикла, как и «свежие» паразиты - вредители полей - насекомые и микроорганизмы. Все вместе они могут уничтожить весь урожай.

Животноводство - это также путь к упрощению экосистемы. Охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких животных: хищников и травоядных - конкурентов в пище. Рыбоводство упрощает экосистемы водоемов.

В целом же, по мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые, продуктивные (например, уничтожая тропические леса). На поддержание этих систем возрастет использование топливно - энергетических ресурсов, произойдет утрата их видового разнообразия и природных ландшафтов.

Молодые, продуктивные экосистемы очень уязвимы из - а монотипного видового состава, так как в случае ее разрушения, например, засухой, ее уже не восстановить из - за разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы. Поэтому основная задача - сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

В экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально - городские системы, энергия топлива полностью сменяет солнечную и расход ее на два-три порядка выше, чем, природных экосистемах. Годовая потребность человека в пище - около 1 млн. ккал, но реальные затраты энергии на душу населения в десятки раз больше (в США они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты заметно различаются, например, в странах третьего мира они в несколько десятков раз меньше, чем в развитых странах. Эти страны как бы находятся в стадии экосистемы первого - второго типа, в то время как развитые страны уже прошли через все четыре типа экосистем.

Биогеоценоз и экосистемы-сходства и различия.

Экосистема — система, состоящая из взаимосвязанных между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема — более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз, в свою очередь — класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды — почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Не являются биогеоценозами большинство искусственных экосистем.Таким образом, каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп — это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую занимает биогеоценоз и организмы из других биогеоценозов.