Основи загальної екології

Одиниці одного рівня організації є частинками з яких утворюється наступний вищий рівень. Молекули, об'єднуючись, утворюють клітини, клітини утворюють тканини і органи, які в свою чергу утворюють багатоклітинний організм, організми утворюють надорганізмові системи: види, популяції, біоценози, біогеоценози. Живе на нашій планеті виступає як окремі організми, особини. Кожен організм з однієї сторони складається з одиниць підпорядкованих йому рівнів організації (органів, клітин, молекул), з іншої - сам є одиницею, що входить в склад надорганізмових біологічних макросистем (популяцій, видів, біоценозів, екосистем, біосфери). На всіх рівнях життя спостерігається певна впорядкованість, обмін речовин, енергії, інформації і т.п. Завдяки обміну речовин та енергії встановлюється єдність живого з середовищем.

2. Поняття екосистеми. Структура екосистеми

Екосистема (біогеоценоз) - основна одиниця біосфери. Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін увів англійський біолог А.Тенслі у 1935 році. Екосистема - це просторова система, що охоплює історично сформований комплекс живих, істот, пов'язаних між собою трофічними зв'язками та неживих компонентів середовища їх існування, які залучаються в процесі обміну речовин та енергії. В кожній екосистемі відбувається кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.

Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу. Біотоп - це ділянка поверхні землі з більш - менш однотипними умовами існування (грунтом, мікрокліматом тощо).

Біоценоз - це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп.

Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угрупування рослин), зооценозу (угрупування тварин) та мікробіоценозу (угрупування мікроорганізмів).

Екосистема може бути різних розмірів і складності. Наприклад, можна говорити про екосистему лісу в цілому і про екосистему окремого пня. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно - енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється внаслідок існування в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).

Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній - дрібною рибою, що є здобиччю великих риб - хижаків, які в свою чергу споживаються людиною.

Мова йде про певні угруповання рослин, тварин і мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем.

Дуже великі наземні екосистеми називають біомами. Наприклад, ліси помірного поясу, пустині, хвойні ліси, савани тощо. Кожний біом включає в себе цілий ряд менших за розмірами взаємозв'язаних одна з одною екосистем. Одна з них може бути великою - площею декілька мільйонів квадратних кілометрів, можуть представляти собою невелику галявину. Важливо те, що кожну екосистему можна визначити як більш-менш своєрідне угруповання рослин і тварин, які взаємодіють одне з одним і з довкіллям.

Структура екосистем. Щоб вияснити цілісність біосфери, необхідно вияснити, як вона функціонує. Оскільки, вона складається з безлічі екосистем, необхідно знати їх структури. В кожній екосистемі два основних компоненти: організми, з однієї сторони, і фактори неживої природи - з іншої. Всю таку сукупність організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) називають біотою (від лат. bio - життя) екосистеми. Шляхи взаємодії різних категорій організмів - це її біотична структура; неживі (хімічні і фізичні) фактори навколишнього середовища називають абіотичними.

Не дивлячись на велику різноманітність екосистем - від пустинь до тундри, всім їм, на думку екологів, властива приблизно однакова біотична структура. Іншими словами всі вони включають одні і ті ж категорії організмів, які подібно взаємодіють у всіх екосистемах. Це категорії наступні: продуценти, консументи, редуценти. Про їх роль у біосфері ми говорили у попередньому розділі.

Іншу складову екосистем ми детально розглянули вивчаючи структуру природного середовища (абіотичне середовище від грецьк. а - не, bio - живий-нежива), яке оточує організми. Одна з причин, що впливає різноманітність екосистем (біоценозів) у природі - це своєрідність абіотичних умов кожного регіону.

Таким чином, не дивлячись на різноманітність екосистем, всі вони володіють певною подібністю. В кожній із них можна виділити фотосинтезуючі рослини - продуценти, різні типи консументів і редуцентів.

Важливим елементом біотичної структури екосистем є своєрідність ланцюгів живлення в кожній з них.

3. Обмін речовин і енергії в екосистемах

Завдяки фотосинтезу рослини акумулюють енергію сонячного світла, створюючи при цьому біомасу первинної продукції з неорганічних речовин. Гетеротрофні організми використовують її для задоволення власних життєвих потреб. Продукти життєдіяльності організмів та їхні рештки поповнюють запаси неорганічних речовин в природі. Реалізується циклічний процес обміну речовин та енергією між організмами в екосистемі, яка є відкритою системою, діє на основі фундаментальних властивостей живого і підпорядковується певним загальним закономірностям.

Енергія потрапляє в екосистему з сонячним випромінюванням, яке зелені рослини перетворюють в енергію хімічних звязків органічних сполук. Показник ефективності, з якою відбувається асиміляція екосистемою сонячної енергії, є її первинна продукція. Це кількість енергії, асимільованої екосистемою. Загальна продукція - це вся енергія, асимільована в ході фотосинтезу. Чиста продукція - частка загальної продукції, котра виражається в прирості біомаси. У наземних і водних екосистем показники чистої продукції суттєво різняться. Серед наземних найбільша продукція утворюється тропічними лісами, найменша тундрою і пустелями, серед водних - у відкритому океані.

Рослинами асимілюється лише 0,1% світлової енергії, що падає на поверхню планети, (в наземних екосистемах - 0,3%). Біля 40% її поглинається атмосферою та випромінюється в космос у вигляді тепла. Кількість енергії, що припадає на одиницю площі поверхні планети, суттєво коливається в залежності від висоти над рівнем моря, клімату, рельєфу.

Послідовність перетворення речовини і енергії в межах екосистеми забезпечується наявністю трофічних ланцюгів. Трофічний ланцюг - це ряд живих організмів, пов'язаних між собою харчовими зв'язками. Одночасно в екосистемі може існувати багато трофічних ланцюгів, що визначається харчовими потребами її учасників. Кожна ланка одного трофічного ланцюга складає окремий трофічний рівень. Одночасно на одному й тому ж трофічному рівні може знаходитися багато видів. Наприклад, в наземній екосистемі всі види рослин, які зростають в ній (а це може бути кілька сотень видів) знаходяться на першому трофічному рівні. Ними живляться численні консументи першого порядку: личинки комах, зерноїдні птахи, гризуни, що перебувають на другому трофічному рівні. На третьому трофічному рівні знаходяться м'ясоїдні хижаки і ендопаразити. Шляхи переміщення біомаси в екосистемі досить складні і визначаються видовим складом та кількістю зайнятих екологічних ніш.

Сукупність напрямків переносу речовини і енергії між окремими учасниками екосистеми називають трофічною сіткою.

Коефіцієнт корисної дії метаболічних процесів, особливо у гетеротрофів, невисокий і коливається від 5 до 35%. Кожен етап трансформації енергії супроводжується закономірними її втратами. Певна частка поглинутої з їжею енергії витрачається гетеротрофами на виконання механічної роботи: пересування в просторі, забезпечення перистальтики, циркуляції крові тощо.

Значно більше енергії розсіюється у вигляді тепла. Ще одна частка енергії втрачається з фекаліями, які поповнюють детрит. Травоїдні та значна кількість хижих тварин відзначаються ще й тим, що поїдають далеко не всю біомасу організмів, якими живляться. Травоїдні ссавці спасують лише частину надземної маси рослин; хижаки з'їдають лише частину здобичі; кістки великих тварин, що стали жертвами хижаків, у будь-якому випадку не з'їдаються ні біотрофами, ні сапротрофами, а поповнюють запаси мертвої органіки та детриту.

Енергетична цінність окремих харчових ресурсів досить різна. Без врахування втрат на фекалії найвища енергетична цінність належить біомасі хребетних тварин, менше мають комахи, ще менше черви, найменше - насіння квіткових рослин, дуже мало - водорості і наземні рослини.

Екосистема є динамічною системою. Закономірність змін окремих її параметрів залежить від норм реакції окремих учасників та їхніх потреб в природних ресурсах.

Ті з біологічних ресурсів, які не потрібні, не відтворюються екосистемою. Ефективна робота механізмів відтворення ресурсів і видового складу екосистеми є запорукою її стабільності. Чим більший видовий склад екосистеми, тим нижча її стабільність.

Трофічну структуру екосистеми моделюють у вигляді піраміди. Вперше таку закономірність встановив К.Елтон (1927), а детальна розробка структури трофічної піраміди екосистем належить Р.Ліндеману (1942). Піраміда відображає співвідношення біомаси продуцентів і консументів, а не видів.

Наземна екосистема помірної зони, сформована на основі лісової рослинності, показує більш високу видову різноманітність тварин порівняно з рослинами.

4. Ланцюги живлення: піраміди мас, чисел і енергії

У природі не існує такого виду, який не був би пов'язаний з іншим. Живлячись за рахунок інших істот, організми дістають енергію.

В результаті у природі виникають ланцюги живлення. Ряди взаємопов'язаних видів, з яких кожний попередній є об'єктом живлення наступного називають ланцюгами живлення. Розрізняють ланцюги живлення різних типів. До якого типу належить ланцюг залежить від останньої ланки. Початковою ланкою в ланцюгах живлення можуть бути рослини, мертві рослини, рештки чи послід тварин. Наприклад, рослини -попелиці - дрібні комахоїдні птахи - хижі птахи; рослини - зайці - лисиці - вовки. В даних випадках ряди починаються з рослин. До іншого типу рядів живлення належать ряди, що розпочинаються з посліду тварин з невикористаними запасами речовин: коров'ячий послід - личинки мух - комахоїдні птахи -хижаки.

Прикладом ланцюгів живлення, які починаються з рослинних решток може бути: рослинний перегній - дощові черв'яки - кроти.

Ланцюг живлення можна уявити у вигляді піраміди чисел, фундамент якої становлять численні види рослин, наступні рівні утворюють рослиноїдні та м'ясоїдні тварини, чисельність яких швидко зменшується в напрямку до вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки. Ланцюги живлення і зв'язки змінюються з віком угрупування, порою року і короткочасними можливостями.

Є три основних типи пірамід: піраміда чисел - показує . чисельність окремих організмів; піраміда біомаси - характеризує загальну суху вагу, калорійність або іншу міру загальної кількості живої речовини; піраміда енергії - відповідає величині потоку енергії або "продуктивності" на послідовних тофічних рівнях.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими (або частково оберненими ), тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші ніж консументів.

Навпаки, екологічна енергетична піраміда завжди звужується догори за умови, що будуть враховані усі джерела енергії живлення в системі.

5. Класифікація екосистем

За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми, мезоекосистеми і глобальні екосистеми.

Найбільш поширеними серед екосистем є мезоекосистеми або біогеоценози, в яких біоценози займають однотипні ділянки земної поверхні з однаковими фізико - географічними умовами і межі яких, як правило, збігаються з межами відповідних фітоценозів.

Макроекосистеми охоплюють величезні території чи акваторії, що визначаються характерними для них макрокліматами і відповідають цілим природним зонам. Біоценози таких екосистем називаються біомами. До макроекосистем належать екосистеми тундри, тайги, степу, пустелі, саван, листяних і мішаних лісів помірного поясу, субтропічного і тропічного лісів, а також морські екосистеми. Прикладом глобальної екосистеми є біосфера нашої планети.

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенно-природні та антропогенні.

У промислове розвинутих країнах екосистем на захоплених людською діяльністю майже не залишилося, хіба що в заповідниках. Лісові насадження, луки, ниви - все це антропогенне- природні екосистеми, які хоча й складаються майже виключно з природних компонентів, але створені і регулюються людьми.

До антропогенних екосистем належать екосистеми, в яких переважають штучно створені антропогенні об'єкти і крім людей можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувалися до цих специфічних умов. Прикладом таких антропогенних екосистем є міста, промислові вузли, села (в межах забудови), кораблі тощо.

У зв'язку з трансформацією значної частини природних екосистем в антропогенно - природні та антропогенні, предметна сфера екології в наш час значно розширилася. До найбільш актуальних завдань сучасної екології за Бачинським Г.О. належать:

1 - розробка докладної типологічної і таксономічної класифікації екосистем;

2 - вивчення функціональної структури та метаболізму екосистем усіх типів і таксономічних рівнів від макроекоситеми до біосфери;

3 - визначення головних факторів, що забезпечують динамічну рівновагу різнотипних екосистем;

4 - встановлення основних закономірностей взаємодії суміжних та більш віддалених екосистем між собою;

5 - дослідження характеру реакції різноманітних екосистем на різні види антропогенних навантажень і вивчення закономірностей перетворення природних екосистем в антропогенно-природні та антропогенні.

6. Основні екосистеми світу

Загальна площа поверхні Землі 510 млн.кв.км, з них 70 % тобто 361 млн кв.км Світовий океан, Суходіл - 150 млн.кв.км, в тому числі: гори - 30%, пустелі - 20 %, савани і рідколісся - 30 %, льодовики - 10 %, і тільки 10 % території суходолу займають сільськогосподарські угіддя. Треба враховувати і цей фактор, що сонячна енергія на землю розподіляється не рівномірно, її визначає географічне положення, рівень над морем. Лісові екосистеми: В лісових екосистемах самі поширені і найбільш цінні це лісові типи, бо це 80 % фітомаси Землі, або 1960 млрд. тон, це 4 млрд га, або 30 % площі суходолу із середнім запасом деревини - 350 млрд. куб.м.

На відміну корисних копалин - нафти, газу, кам'яного вугілля, ліс - відновний природний ресурс. В лісах планети налічується тисяча видів дерев, кущів, ліан. Під пологом лісу: трава, мох, лишайник, плауни, хвощі, папоротник, гриби, підлісок, мікроорганізми. Щорічно в процесі фотосинтезу ліс дає 100 млрд. тон органічної речовини, відтворюються кислоти, смоли, вітаміни, цукор, фітонциди, з лісової сировини отримують 200 тис найменувань різної продукції.

Ліс - це елемент географічного ландшафту, що складається із сукупності деревних, кущових, трав'яних рослин, тварин, і мікроорганізмів, біологічно взаємозв'язаних і впливаючих один на одний як і на зовнішнє середовище.

Тип лісу це ділянка лісу, або їх сукупність, що характеризується загальними лісорослинними умовами, однаковим складом деревних порід, кількістю ярусів, аналогічною формою, що вимагає одних і тих же лісогосподарських міроприємств.

Типи лісу об'єднані в групи асоціацій, тобто групи лісу, потім в класи типів лісу, лісові формації, класи лісових формацій, типи рослинності.

Північна позатропічна рослинність: кущі кедру, березові ліси, рідколісся, шпильковий, березовий листяний сосновий ліс тайги, дубові, кленові ліси, гірські листяні і шпилькові, субтропічні шпилькові і листяні, лісостепові і степові, пустинь і напівпустинь, субальпійські чагарникові і різнолісся.

Тропічна рослинність - це вологі вічнозелені тропічні ліси, листопадні тропічні ліси, тропічне рідколісся і савани.

Південна позатропічна рослинність - евкаліптові, вологі підтропічні ліси, рідколісся, широколистяні ліси.

Існує шість зональних типів лісу: шпилькові, змішані, вологі, екваторіальні, тропічні, ліс сухих областей.

Хвойні (шпилькові) ліси холодної зони - це північний півкуля і зона тайги: ялина європейська і сибірська, сосна звичайна, модрина, кедр, ялиця.

Мішані ліси помірної зони - середня широта північної півкулі - шпильково-широколистяні, широколистяні та ліси лісостепу (бук, дуб, горіх, каштан, липа, клен, береза, сосна, кедр, ялиця, модрина, туя, дугласія). Це ліси, які найбільш інтенсивно експлуатуються.

Вологі ліси теплого помірного клімату зустрічаються в обох півкулях і границях субтропічного поясу. Це соснові ліси США, бук, ясен, горіх, тюльпанне дерево, паперове дерево, евкаліпт.

Екваторіальні дощові ліси. У тропічних районах з великими опадами - дощами ростуть ці ліси, яких 4,5 тис. видів (червона дерево, махагонь, кедр, бальса, зелене дерево, ебенове дерево, лімбо, ірокс тощо). Це ліс, який інтенсивно експлуатується для мебельного виробництва.

Тропічні вологі листопадні ліси - це мусонні тропічні ліси Індії, Південної Америки з породами тик, сал, розове дерево, диптерекарпус, червоне і чорне дерево, ангельське дерево, масляне дерево.

Ліс сухих областей - це субтропічні шпилькові і листяні дерева і чагарники в сухих субтропіках. Найхарактерніші ліси Середземномор'я.

Лісогосподарська характеристика. Характеристика лісових екосистем - це їх площа, лісистість, запаси деревини.

Лісова площа - це площа зайнята деревами та чагарниками, які використовуються для лісогосподарської мети. Це суспільні, приватні ліси, національні парки і заповідники, лісові культури і плантації (розрахункові лісосіки, площі під дорогами, лісові розсадники, крім міських парків і скверів, садів, лісових пасовищ.

Покрита лісом площа - це лісові ділянки, які використовуються для сільськогосподарської мети, зайняті деревами, зімкнутість крон яких складає більше 20 %, це природні насадження плюс молодняки, лісові культури, захисні лісополоси. Рідини - нелісні ділянки. Щорічно в світі заготовляють 2,5 млрд. куб м лісу, у 2000 році - 5 млрд куб.м при щорічному прирості 2,0 млрд. куб м. Лісистість світу катастрофічно знижується, в наших Карпатах по 1945 р після сумнозвісних слів Сталіна "Стране нужен лес" за 5 відсотків ліс пішов під сокиру, а потім під бензопилу.

Екологічна цінність лісу в першу чергу в тому, що ліс - регулятор водного режиму: наводнення, паводки, циклони, селі, водна ерозія пильні бурі, засуха. Зрозумілим стає, чому сток води в Світовий океан щорічно катастрофічно збільшується. Оптимальна лісистість на рівнині повинна бути - 25-30 %, в горах - 35-50 %.

Без лісу деградує земля, деградують водні ресурси. Ліс - відновлювач кисню. Він дає атмосфері 6 % кисню, це легені землі, які очищають повітря від пилу і шкідливостей антропогенного фактору. Ліс регулює інтенсивність . сніготанення і рівень води в ріках, стабілізує склад атмосфери, знижує швидкість вітру, зберігає флору і фауну, мікроорганізми, виділяє фітонциди, оздоровлює довкілля, поглинає шум, лікує нерви, це відпочинок і туризм.

Лісові екосистеми розподілені нерівномірно. Україна покрита лісом лише на 8620,6 тис.га, в т.ч. молодняків - 53 %, пристигаючих - 9,7 %, спілих і перестійних деревостанів - 7,4 % . В Україні існує три групи лісів: перша - заповідники, ґрунтозахисні ліси, полезахисні, курортні, зелені зони міста, захисні смуги полів і лісів; друга група - ліс з інтенсивним веденням лісового господарства; третя група - спілі ліси експлуатаційного призначення.

Екосистема трав'яних ландшафтів. Степ і луг. Пасовища. Сінокоси. Агробіогеоценози. Степ - планетарне фізико-географічне явище, це 6 % суходолу: злаки, багатолітники. Степ від Молдови- України тягнеться до Монголії між лісами шпильковими і листяними. Мадярські пушти - це острів степу в Європі. В Америці - Монітоба і Соскачевань до Мексіканської затоки - ідуть прерії - Велика рівнина. Степ буває субтропічним, саванновидне різнотрав'я і злакові, чагарниковий степ, луговий степ тощо. Пасовища і сінокоси це кормові угіддя, це 60 % сільськогосподарських угідь, більше пашні, щорічно можна косити 70 млн.т. сіна на природних сінокосах, на пасовищах 126 млн.тон. А фактично сіна збирають лише 20 %.

Кормові ресурси сінокосів і пасовищ це 20-30 центнерів на га. Найкращі сінокоси в заплаві рік, річні долини, на жаль у злакових сінокосах площа різко знижується за рахунок пашні, сільськогосподарських угідь під злакові.

Агробіоценози (агроекосистема) - поле, штучні пасовища, городи, сади, виноградники, плантації горіха, ягідники, квітники, лісопаркові смуги. Основа агробіогеоценозу - це штучний фітоценоз, якість якого залежить від умов середовища, від грунту, вологи, мікроорганізмів. Агробіогеоценоз - це 10 % суходолу, це 1,2 млрд. га, які дають людині 90 % харчів. Без людської праці і агротехніки вони існують лише один рік - зернові і овочі, ягідники - 3-4 роки, плодові культури - 20 років. Бо розпадаються і вмирають, хоч мають необмежені потенціальні можливості і ймовірність збільшення продуктивності. Все і завжди залежить від культури землеробства.

Водні екосистеми. Екосистема світового океану - це 70 % Земної поверхні. Глобальні розміри, безперервність існування (адже всі моря і океани зв'язані між собою), постійна циркуляція руху води, хвилі, припливи і відпливи та засоленість - ось найважніше. Океан - екосистема взаємозв'язана і взаємообумовлена геофізичними і геохімічними процесами, явище глобального масштабу, в 2,5 раз більший суходолу. Його вода покриває 3/4 поверхні Землі товщиною 4000 м. Солоний - 35 г солі на літр води, океан регулює глобальний обмін, має тепло, гази, мінеральні і органічні продукти, своє життя з накопиченими на дні корисними копалинами.

Висновки

Нині суспільство неспроможне вирішувати не лише глобальні, але й регіональні екологічні і соціальні проблеми. Господарська діяльність людини зумовила пошкодження і вичерпування природних ресурсів, що призводить до деформації сформованих протягом багатьох мільйонів років природного кругообігу речовин та енергетичних потоків на планеті. Внаслідок цього почалося прогресуюче руйнування біосфери Землі, що може набути характеру незворотних процесів і навколишнє середовище може стати непридатним для існування. природний довкілля екологічний

Провідні вчені світу вважають, що головними заходами, які допоможуть зберегти нашу цивілізацію та біосферу, є відродження та збереження розмаїття природи й біоугруповань у обсягах, які забезпечують стійкість довкілля. Ми повинні прагнути до Гармонізації взаємовідносин людського суспільства та природи. А це можливо лише за умови зміни свідомості людства, вдосконалення соціоекологічного мислення.

Список використаної літератури

1. Основи загальної екології (підручник) Білявський Т.Д., Падун М.М., К.1996;

2. Основы екологи. Одум Ю. (перев. с англ.), М., 1975;

3. Людина і біосфера (підручник) Крисаченко В.С., К., 1998;

4. Основи екології (підручник для вузів) Злобін Ю., К., 1998.

Размещено на Allbest.ru