Лімітуючи екологічні фактори, принцип Лібіха -Шефельда.

Межа толерантності екосистеми

 

Живі організми, а значить і екосистеми, реагують на силу впливу того або іншого екологічного фактора. Негативний вплив екологічного фактора може виникати як у випадку надлишку, так і нестачі його дози.Тому є поняття сприятлива доза, або зона оптимуму екологічного фактора й зона песімуму - дози фактора, при якій організми почуваються пригнічено. Залежність ступеня впливу екологічного фактора від його дози показана на рис. 1.1.2.

Мінімальні і максимальні стерпні значення екологічного фактора звуться критичними значеннями (критичними точками).

Зона між критичними значеннями екологічного фактора зветься зоною толерантності (зоною виживання) екосистеми стосовно даного екологічного фактора. Найбільше поширені організми із широким діапазоном толерантності щодо всіх екологічних факторів.

Зона оптимуму – набір значень екологічного фактора оптимально сприятливих для життя й розвитку живих організмів.

Для нормальної життєдіяльності екосистеми будь-який екологічний фактор повинен приймати оптимальні значення або хоч би не виходити за межі критичних точок - закон оптимуму.

1,3 – зона пригнічення; 1+2+3 – зона толерантності; 2 – зона оптимуму; 4- зона смерті Рисунок 1.1.2 - Залежність ступеня впливу екологічного фактора на життявід його дози

Лімітуючи екологічні фактори - це ті екологічні фактори, доза яких наближається до критичних значень, тобто значення яких вище або нижче оптимального значення. Таким чином, лімітуючи фактори здержують розвиток організмів за рахунок недоліку або надлишку цього фактора порівняно з потребою.

Принцип Лібіха-Шефельда - стійкість екосистеми визначається найслабшою ланкою в ланцюзі її екологічних потреб (тобто стійкість визначається тим компонентом, що у мінімум, або у максимумі).

Уся сукупність умов необхідних для існування того або іншого виду живих організмів, а також його роль у біологічному співтоваристві становлять екологічну нішу. Кожний вид займає свою нішу у співтоваристві.

Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини у

Екосистемах

Функціонування екосистеми будь-якого рівня здійснюється лише за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища. Визначальною характеристикою життя як особливої форми існування матерії є обмін речовин. Обмін речовин окремих організмів із навколишнім середовищем у процесі подиху, харчування, різноманітних виділень, або в більш загальному виді - кругообіг речовини в екосистемах можливий лише в процесі використання й передачі енергії.

В екосистемі, як і у біосфері в цілому, основними потоками енергії є потоки концентрованої (в основному Сонячної) і розсіяної енергії (теплової). Живі організми, у деякому змісті, можна порівнювати зі своєрідними машинами, що виробляють біомасу. Розрахунки показали, що КПД рослинної машини не більше 1%, тобто тільки 1% сонячної енергії, запасено в рослинній продукції. Куди ж витрачаються інші 99%? Достатньо велика кількість (30-40%) променистої енергії не проникає в листя і відбивається від їхньої поверхні. Велика частина (60-70%) витрачається на подих, випар, екскрецію, перетворюючись у тепло. Потік сонячної енергії перетворюється рослинами в процесі фотосинтезу в енергію хімічних зв'язків, яка послідовно переходить із їжею від рослин до тварин - консументів першого порядку, від них – до консументів другого і більш високих порядків, а по мірі загибелі організмів або виділення ними покидьків - до редуцентів.

Фотосинтез – це синтез рослинами органічних речовин (білків, жирів та вуглеводів) із СО₂, Н₂О, мінеральних солей азоту, фосфору й інших елементів за допомогою енергії світла.

Реакцію фотосинтезу можна записати у вигляді:

(1.1.2)

У перерахунку на глюкозу, реакцію фотосинтезу можна записати у вигляді:

(1.1.3)

Особливістю перетворення енергії в екосистемах є її одностороння спрямованість - промениста енергія, пройшовши ряд перетворень, у значній мірі розсіюється у вигляді тепла. Таким чином, для нормального функціонування еко-системи необхідна постійна й достатня притока концентрованої енергії, спроможної перетворюватися в роботу, при цьому ентропія навколишнього середовища збільшується, тому обов'язково необхідний стік теплової енергії з екосистем. Потоки енергії і речовини в екосистемах подані на рисунку 1.1.3.

Ряд організмів, у якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальшої ланки має назвутрофічного (харчового) ланцюга.

Довжина трофічного ланцюга, не може бути занадто великою. Вона, як правило, не перевищує п'яти - семи рівнів. Це обумовлено тим, що до кожного наступного організму трофічного ланцюга переходить тільки мала доза енергії споживаної на попередньому рівні, інша йде на підтримку життєвих процесів і значна частина розсіюється у виді тепла. При переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої передається тільки 10-20% зв'язаної енергії, а 80-90% її розсіюється у виді тепла. Тому, загальна маса живої речовини, наступної харчової

З.Р. Р.

З.Е.

П

К

Р

З. Е.

К

З.Р.

З.Р.

Т

К

ланки, різко зменшується.

 

1 - сонячне світло, 2 – потік речовини, Т – теплова енергія,

З.Е. - запасена енергія, З.Р. - запас речовини, П - продуценти,

К - консументи, Р – редуценти

 

Рисунок 1.1.3 - Потоки енергії і речовини в екосистемах

 

В екології співвідношення чисельності організмів, або їх біомас, або зв'язаної у біомасі енергії, звичайно, зображують у формі екологічних пірамід. Живі організми екосистем взаємозалежні з навколишнім середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біологічні структури й кругообіг речовини між живою й неживою частинами екосистеми.

Під біогеохімічним кругообігом речовини розуміється надходження хімічних елементів із ґрунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки й повернення їх потім у ґрунт, атмосферу, гідросферу з щорічними опадами частини органічної речовини й переробкою їх редуцентами - розкладанням на прості хімічні елементи. Рівняння розкладання має вигляд:

(1.1.4.)

У перерахунку на глюкозу, реакцію розкладання можна записати у вигляді: (1.1.5.)

Екосистеми будуть нормально функціонувати, якщо немає порушень при проходженні енергії через трофічні ланцюги і нормально функціонують біогеохімічні кругообіги речовини.

Збільшення забруднення атмосфери промисловими викидами ускладнює засвоєння сонячної енергії рослинами, тому що пилюкою “забиваються ” їхні устячка, через які відбувається живлення й газообмін. В результаті, зменшується кількість їжі, а отже, і енергії, що надходить всім іншим живим організмом, усе більша їхня кількість не зможе протистояти збільшенню ентропії і загине. При визначених розмірах цього процесу вся система може загинути.