Головне рівняння продукції екосистем. Показники продукції.

 

Биологическая продуктивность - это скорость возобновления биомассы растений, животных и микроорганизмов, входящих в состав экосистемы. Она выражается количеством продукции за единицу времени. Продукция - это количество биомассы, образующейся на единице площади или в единице объема биотопа за определенный промежуток времени. Значит, биологическая продуктивность отражает количество биомассы, возобновляемой на единице площади или в единице объема биотопа за единицу времени. Биомасса - это масса всех живых организмов, обитающих на единице площади или в единице объема биотопа. Она выражается в единицах серого веса или веса сухого органического вещества. Биомасса биоценоза и его биологическая продуктивность могут очень сильно отличаться.
Общее количество биомассы, которая образуется продуцентами в процессе фотосинтеза, называется валовая первичная продукция (ВПП). Большая часть ее, которая идет на поддержание жизнедеятельности самих продуцентов, расходуется на этом трофическом уровне и называется траты на дыхание I трофического уровня (ТД1). Та продукиця, которая остается на этом уровне и может быть использована следующим трофическим уровнем, называется чистая первичная продукция (ЧПП). Однако она не вся потребляется консументами I порядка, и часть ее остается на I трофическом уровне в виде неиспользованной продукции (НП1). Потребляемая часть чистой первичной продукции называется корм (КII). Далее корм подвергается перевариванию. Переваренная часть корма называется ассимилированная продукция II трофического уровня (АПII), а непереваренные остатки - экскременты (ЭII). Большая часть ассимилированной продукции используется организмами на поддержание их жизнедеятельности (ТДII), а остальная, которая идет на образование их биомассы, называется вторичная продукция II трофического уровня (ВтПII). Часть этой продукции потребляется III трофическим уровнем в виде корма (КIII), а остальная часть остается в виде не использованной продукции (НПIII). С кормом на III трофическом уровне происходят те же превращения, что и на II трофическом уровне и т.д. Совокупность неиспользованных продукций на всех трофических уровнях экосистемы составляет чистую продукцию сообщества (ЧПС). Процессы превращения продукции в экосистеме можно изобразить с помощью последовательности соответствующих уравнений:
1. ВПП = ТД1 + ЧПП;
2. ЧПП = НП1 + КII;
3. КII = ЭII + АПII;
4. АПII = ТДII + ВтПII;
5. ВтПII = НПII + КIII; и т.д.;
6. ЧПС = НП1 + НПII +... + НПn
Чистая продукция сообщества - это та часть продукции экосистемы, которая может быть использована в пределах самой экосистемы для развития или может быть изъята человеком для удовлетворения его потребностей без ущерба для экосистемы. В молодых экосистемах, где численность консументов еще невелика, запас чистой продукции сообщества большой и такие экосистемы можно вовлекать в хозяйственный оборот. В ходе сукцессии по мере усложнения сообщества количество чистой продукции сообщества постепенно снижается и на климаксовой стадии оно приближается к нулю. Вмешательство в такие равновесные экосистемы чревато нарушением пищевых связей между организмами и может привести к разрушению экосистемы.

 

44. Первинна продуктивність, оцінка ефективності фотосинтезу. Співвідношення Шредінґера.

45. Хемосинтез та його значення у екосистемах.

46. Розвиток та еволюція екосистем.

47. Біогеохімічні кругообіги. Структура та механізми функціонування кругообігів.

48. Резервний та обмінний фонди. Кругообіги елементів та речовин із резервним фондом в атмосфері та в океанах.

49. Осадовий цикл. Кругообіги води, вуглецю, азоту, кисню, фосфору. Антропогенні впливи на кругообіги.

50. Охорона довкілля. Мета, завдання та стратегія. Методи. Моніторинг.

51. Заповідна справа. Заповідні об'єкти. їх типи. Завдання та призначення заповідних установ. Функції заповідних об'єктів.

52. Мережа заповідних територій. Моніторинг заповідних територій. Уявлення про природно-заповідний фонд (ПЗФ) України.

53. Червоні книги, Європейські червоні списки. Міжнародне співробітництво у галузі заповідної справи.

54. Інженерна екологія. Природоохоронні та екологічні технології.

Вопросы ГЭК

 

1. Стратифікація й циркуляція в прісноводних екосистемах (лотичних та лентич-них).

2. Основні кліматичні зони й біоми Землі.

3. Концепція екосистеми. Структура й функції екосистем. Властивості екосистем.

4. Класифікація екологічних факторів за Мончадським.

5. Продукція та деструкція в екосистемах. Продуктивність екосистем. Основні пока-зники продукції.

 

Пресноводные экосистемы

Пресноводные экосистемы занимают наименьшую часть Земного шара по сравнению с другими экосистемами, однако их значение очень велико, потому что они являются единственным источником пресной воды, которая необходима не только для существования всего живого, но и для хозяйственной деятельности человека.
Особенности среды обитания в пресноводных экосистемах сводятся к следующему:
1. Влажность не является лимитирующим фактором.
2. Вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому колебания температуры небольшие, и она не является лимитирующим фактором. Для повышения температуры 1 мл воды на 1 °С необходима 1 калория тепла, только аммиак и немногие другие вещества имеют более высокую теплоемкость.
3. Содержание кислорода и углекислого газа очень непостоянное и является лимитирующим фактором. При недостатке кислорода наблюдаются заморы. Они бывают зимние, когда нарушен контакт с воздухом, и летние, когда не происходит перемешивания воды из-за температурной стратификации. В зависимости от потребности в кислороде организмы пресноводных экосистем подразделяются на три группы: а) неустойчивые к пониженному содержанию кислорода - реофиль- ные организмы, распространены в быстро текущих водоемах; б) устойчивые к пониженному содержанию кислорода организмы - организмы медленно текущих и стоячих водоемов; в) устойчивые к полному отсутствию кислорода - организмы, обитающие на дне.
4. Вода как среда обитания более плотная, чем воздух, поэтому может выполнять функцию опоры. Наибольшая плотность воды при температуре 4 °С, при более высокой и более низкой температуре вода расширяется и становится легче, плотность ее уменьшается. Некоторые организмы могут иметь удельный вес тела больший, равный или меньший, чем удельный вес воды. В зависимости от этого они занимают разное местоположение в экосистеме.
5. Источником биогенов является вода. Грунт утратил свое значение как источник биогенов. Он только может выполнять функцию опоры для некоторых организмов, особенно в прибрежных зонах. В последнее время содержание биогенов в пресноводных экосистемах очень возросло за счет того, что около 90% вносимых на сельскохозяйственные поля удобрений попадает в воду (антропогенная эвт- рофикация).
6. Вода содержит низкие концентрации солей, и все организмы находятся в условиях борьбы с осмотическим давлением, поэтому они имеют приспособления для выведения излишков воды из организма.
7. Для пресноводных экосистем характерна высокая степень прерывистости.
Организмы, населяющие пресноводные экосистемы, представлены пятью жизненными формами: 1) бентос; 2) планктон; 3) нектон; 4) нейстон; 5) перифитон. Охарактеризуем их более подробно.
Бентос - это обитатели дна, удельный вес тела которых больше, чем удельный вес воды. Различают эпифауну, или поверхностный бентос, который представлен организмами, лежащими на дне или ползающими по его поверхности, и инфауну, представленную организмами, зарывающимися в грунт. Инфауна присутствует в тех экосистемах, где имеется илистое дно.
Планктон - это организмы, имеющие удельный вес тела, равный удельному весу воды, и ведущие пассивный образ жизни в толще воды. Противостоять течению они не могут. В зависимости от типа организмов различают фитопланктон (растения), зоопланктон (животные) и микропланктон (микроорганизмы), а в зависимости от размера особей планктон подразделяют на планктон-сетку, который вылавливается гидробиологической сеткой, и нанопланктон, который проходит через сетку и представлен микроскопическими организмами.
Нектон - это организмы, имеющие удельный вес тела, равный удельному весу воды, и ведущие активный образ жизни в толще воды. Он представлен насекомыми, рыбами, земноводными, млекопитающими. Организмы способны противостоять течению.
Нейстон - это организмы, имеющие удельный вес тела меньше удельного веса воды и использующие поверхностное натяжение воды в качестве субстрата. К ним относятся водомерки, жуки-плавунцы и другие организмы, живущие на поверхности воды.
Перифитон - это организмы обрастания. Они образуют сплошную пленку на поверхности живых и неживых объектов экосистемы. Среди них могут быть как растения, так и животные.
Все пресноводные экосистемы по характеру структуры подразделяют на три группы: 1) лентические, или стоячие;2) лотические, или текучие; 3) болота. Лентические экосистемы. Лентические экосистемы довольно молодые, почти все они образовались не ранее ледникового периода. К ним относятся озера, пруды, водохранилища. Характерной чертой лентических экосистем является четко выраженная горизонтальная зональность и вертикальная стратификация.
При достаточно большой глубине водоема горизонтальная зональность экосистемы представлена тремя зонами:
1 - литоральная, или прибрежная, зона, где 95% света доходит до дна (эффективная освещенность);
2 - лимническая зона, или зона открытой воды, она не имеет дна и берегов, нижней границей ее является глубина эффективной освещенности;
3 - профундальная зона, или зона вечной темноты, она имеет дно, но не имеет поверхности, продуценты здесь отсутствуют.
В литоральной зоне присутствуют все пять жизненных форм. Бентос представлен в основном моллюсками и в меньшей степени личинками беспозвоночных. Перифитон представлен преимущественно растительными организмами, нектон - рыбами, земноводными и млекопитающими, разнообразными по составу и богатыми по численности. Планктон в основном представлен эоопланктоном (ракообразные). Ней- стон здесь наиболее богат и разнообразен в количественном и качественном отношении.
Лимническая зона бедна, в ней отсутствуют бентос и перифитон. Планктон представлен в основном фитопланктоном, нектон - рыбами, нейстон - микроорганизмами.
Профундальная зона несколько богаче по сравнению с лимнической. В ней отсутствуют нейстон и перифитон. Планктон не содержит фитопланктона. Нектон достаточно богат и представлен в основном рыбами. Бентос наиболее богат и разнообразен в этой зоне.
Вертикальная стратификация бывает двух видов: температурная и световая. Температурная стратификация обусловлена разницей температур между верхним и нижним слоями воды зимой и летом. Верхний слой воды называется эпи- лимнион, а нижний - гиполимнион. Между ними находится зона термоклина, которая препятствует перемешиванию воды и обмену веществами, в результате чего запас кислорода в гиполимнионе и биогенов в эпилимнионе исчерпывается, и наблюдаются зимние и летние заморы. Весной и осенью, когда разница температур между верхним и нижним слоями воды незначительная, происходит перемешивание воды, и заморы не наблюдаются. Световая стратификация обусловлена разной степенью освещенности верхнего и нижнего слоев воды, в результате чего различают эуфотический слой, который просвечивается, и афотический слой, куда свет не проникает.
Лотические экосистемы. К лотическим экосистемам относятся реки, ручьи, родники. Они отличаются от лентиче- ских экосистем выраженным течением, большим обменом между сушей и водой, в связи с чем реки - более открытые экосистемы с гетеротрофным типом метаболизма, особенно если река небольшая. Концентрация кислорода в них выше и он распределен более равномерно. Слабо выражена или почти совсем отсутствует температурная стратификация, за исключением больших, медленно текущих рек. Световая стратификация имеет аналогичный с лентическими экосистемами характер.
Горизонтальная зональность в лотических экосистемах представлена двумя зонами: 1) перекаты - это участки с узкими берегами, довольно быстрым течением и неглубоким каменистым дном; 2) плесы - это участки с широкими берегами, медленным течением и глубоким илистым дном.
В зоне переката нейстон и перифитон отсутствуют, планктон представлен слабо, из бентоса имеется только эпифауна со специфическими приспособлениями для закрепления на дне, наиболее богатым является нектон, есть рыбы, которые могут жить только в этой зоне, так как она наиболее богата кислородом. В зоне плеса представлены все пять жизненных форм, их состав почти не отличается от лентических экосистем.
Болота. Болота - это участки, которые хотя бы часть года покрыты пресной водой и где уровень воды колеблется по сезонам или от года к году, т.е. наблюдается гидропериодичность. Это очень открытые экосистемы, и в зависимости от степени связи с другими водными экосистемами их подразделяют на три типа:
1. Речные болота - располагаются в заливных долинах и связаны с реками.
2. Озерные болота - связаны с озерами, прудами.
3. Собственно болота - существуют за счет высокого подъема уровня грунтовых вод, бывают верховые и низовые.
Хотя болота занимают только около 2% поверхности Земли, они удерживают от 10 до 14% углерода, некоторые до 20%, а торфяные еще больше. Их осушение и использование способствует поступлению в атмосферу большого количества углекислого газа, что усугубляет проблему парникового эффекта. Несмотря на малую площадь, болота благодаря аэробноанаэробной стратификации играют важную роль в биосферных круговоротах азота, серы, фосфора и углерода. В 70-е годы была выявлена скрытая ценность болот, и сейчас принимаются меры по их охране.