Екосистеми на суходолах, їх біологічна продуктивність

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Екосистеми на суходолах, їх біологічна продуктивність



Оскільки енергія є головною рушійною силою усіх екосистем, то в основу їх класифікації покладений саме енергетичний принцип. За Ю. Одумом (1989) виділяють чотири типи екосистем:

1. Природні екосистеми, які отримують тільки енергію Сонця. Це відкриті океани, великі площі гірських лісів, глибокі озера. Вони займають понад 70% площі земної кулі й мають низьку продуктивність. Проте значення їх на планеті велике, оскільки вони беруть участь у кругообігу води, формують клімат, очищують повітря, підтримують гомеостаз біосфери.

2. Природні екосистеми, які отримують енергію Сонця та інших природних джерел енергії. Крім Сонця, вони використовують енергію вітру, дощу, припливів, прибою, течій. Прикладом такої екосистеми можуть бути естуарії.

3. Екосистеми, що отримують енергію від Сонця, а також від людини. Наприклад, наземні й водні екосистеми, про які Ю. Одум писав, що хліб, рис, кукурудза, картопля частково зроблені з нафти (Одум, 1989).

4. Штучні екосистеми, що існують завдяки енергії Сонця. Це індустріальна міська екосистема.

Екосистеми можна також поділити на наземні і водні або на екосистеми, трофічні ланцюги яких починаються з продуцентів, і екосистеми, ланцюги живлення яких починаються з детритоядних організмів.

Екосистеми

Наземні:

1.Ліси-- 28%

2.Відкритітериторії-- 17%

3.Землі,щообробляються-- 10%

4.Пустелійнапівпустелі-- 45%

Водні:

1.Прісноводні

2. Морські

Декілька слів окремо про агроекосистеми. Вони займають 10% території суходолу. Це штучні екосистеми на початкових стадіях сукцесійних перетворень. їх стабільність підтримується людиною. Це сад, город, пасовища, луки, теплиці.

Ч.Елтон писав, що дика природа характеризується стійкістю та стабільністю, чого не можна сказати про агроекосистеми.

Основні риси, що відрізняють агроекосистеми від природних екосистем:

1. Вони використовують, крім енергії Сонця, допоміжну енергію у вигляді енергії тварин, добрив, пестицидів, гербіцидів, сільськогосподарської техніки, мускульної енергії людини.

2. Біорізноманіття їх різко знижене. Це необхідно для того, щоб отримати максимальний вихід якоїсь однієї культури.

3. Домінують види рослин і тварин, що перебувають під впливом штучного, а не природного добору.

4. Стабільність агроценозів підтримується постійним вилученням біологічної продукції.

5. Агроекосистеми нестійкі. Вони не здатні до самовідновлення (гомеостазу).

6. У агроценозах найчастіше за все відбуваються «екологічні вибухи» -- збільшення чисельності окремих видів комах, шкідників.

Наприклад, у XIX столітті в Ірландії фітофтора знищила весь урожай картоплі, внаслідок чого в країні був великий голод. Або, колорадський жук, який з 1920 року значно розповсюдився із заходу Європи на схід.

З екологічної точки зору вкрай небезпечно повністю перетворювати природні екосистеми на агроценози. Останні повинні чергуватись з лісовими смугами, перелісками.

Американський еколог Коммонер писав, що нічого не дається нам дарма. Розвиток землеробства призвів до ерозії ґрунтів, забруднення їх пестицидами, гербіцидами, мінеральними добривами, великої витрати палива.

Екосистема - основна структурна одиниця біосфери. Поняття про екосистеми надзвичайно важливе для аналізу всього різноманіття екологічних явищ.

Основоположником вчення про екосистеми є англійський еколог А.Тенслі (1935). Екосистемою називають сукупність організмів, які спільно проживають, та умови їх існування, що знаходяться в закономірному зв'язку одне з одним. Екосистема - це поняття безрозмірне, без фіксованих меж. Екосистема - це і невеличкий ставок і світовий океан, великий ліс і окреме дерево. У сучасній екології поняття екосистема є розмитим.

Термін екосистема близький до терміну «біогеоценоз», введеного в обіг російським ученим В Сукачовим у 1940 році. Біогеоценоз - це природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними.

Біогеоценоз містить два компоненти:

1. Екотоп - (грец. Топос - місце) - сукупність на певній території абіотичних чинників (кліматичних і грунтових);

2. Біоценоз - сукупність живих організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів) - біотичний чинник.

Поняття біогеоценоз і екосистема майже ідентичні, можливо останнє ширше і тому більш вживане.

Для характеристики екосистем використовують досить великий набір ознак, основні із них:

1. Видовий склад живих організмів;

2. Співвідношення в екосистемі організмів із різними типами живлення;

3. Розмір створюваної в екосистемі первинної та вторинної біологічної продукції;

4. Інтенсивність потоку енергії через екосистему та швидкість кругообігу речовин;

5. Режим абіотичних умов та ресурсів.

Абіотичні компоненти екосистем.

Абіотичні фактори - це фактори неживої природи, вони визначають можливість існування всіх груп організмів у тому чи іншому середовищі, впливаючи на географічне поширення рослин, тварин, мікроорганізмів. В екосистемах абіотичні фактори виступають як ланка, що зв'язує різні групи організмів, забезпечуючи структурно-функціональну цілісність екосистем.

За своїм значенням абіотичні фактори поділяються в екосистемах на дві групи:

1. Ресурси, тобто такі фактори, що використовуються живими організмами та розподіляються між ними (вода, поживні речовини);

2. Умови існування, тобто неподільні абіотичні фактори, які не витрачаються в процесі життєдіяльності та в однаковій мірі впливають на всі живі організми в даній екосистемі (температура , рН грунту).

Всі абіотичні фактори підрозділяють на:

* кліматичні фактори (температура, режим освітленості, повітря та інші);

* адафічні фактори, що включають у себе ресурси та умови, пов'язані з грунтом (тип грунту, його фізико-хімічні особливості, склад грунтового розчину, тощо);

* фактори, що діють у товщі води та мають значення для водних екосистем.

Відповідно до В.Р.Вільямса (1939) для живих організмів однаково важливі чотири фактори: світло, тепло, вода та їжа.

К.А.Куркін (1972) класифікує фактори по типу їх дії:

- такі, що стабільно діють у даній екосистемі та протягом тривалого часу не змінюють свого значення;

- багаторазові коливання значень даного фактора протягом одного вегетативного сезону.

- флуктуаційні, які коливаються упродовж років;

- багаторічно-циклічні, з періодичністю дії, що складає цикли тривалістю в десятки та сотні років.

З погляду життєдіяльності організмів найбільш важливими є доступність території, температурний режим, сонячна радіація, забезпеченість вологою та газовий склад атмосфери.

Основні характеристики і значення для функціонування живих організмів основних абіотичних факторів ви повинні усвідомити при самостійному опрацюванні відповідних контрольних питань цієї теми.

Грунт як біокосний елемент екосистеми

Засновником учення про грунт як біокосне тіло вважається В.В.Докучаєв. Він визначав грунт як природно-історичне тіло, що утворюється під впливом клімату та живих організмів із геологічних порід. Найголовніше в його визначенні це наголос на те, що без живих організмів грунту бути не може.

Для утворення грунту необхідно 5 головних факторів:

1. Наявність материнської гірської породи, яка виступає як матеріальне джерело формування грунту;

2. Наявність живих організмів;

3. Рельєф місцевості, який впливає на характер трансформації гірської породи живими організмами і тип грунту, що формується;

4. Клімат;

5. Час, оскільки ґрунтоутворення є досить повільним процесом.

Центральним фактором ґрунтоутворення все ж таки є живі організми. Саме вони в сукупній дії з іншими факторами утворюють зовсім нове біокосне тіло - грунт.

Екосистемні функції грунту різноманітні:

- Забезпечує рослини поживними речовинами та водою;

- Тільки на грунті автотрофні зелені рослини повністю розкривають свій потенціал синтезу органічних речовин;

- грунт є місцем мінералізації відмерлих решток живої речовини.

Грунт може підсилювати дію окремих абіотичних факторів, видозмінювати цю дію, а то й гасити її (чорноземи України здатні знижувати вплив атмосферної посухи за рахунок великої водо утримуючої здатності гумусу). Велике значення має нейтралізуюча роль грунту.

Структура грунту складна, але в більшості типів виділяються гумусний горизонт, де зосереджена основна маса органічної речовини і горизонт, що утримує в основному мінералізовані речовини, перемішані з перетвореною гірською породою.

Життя в грунті.

Грунти досить специфічна частина екосистеми і вони мають специфічне тваринне населення.

Грунт - основне середовище, де розташовані корені рослин, середовище, куди надходить весь рослинний опад та трупи померлих тварин екосистеми, середовище, де зосереджена основна маса редуцентів будь-якої наземної екосистеми.

Крені рослин розміщуються в грунті на різних глибинах, але основна маса їх знаходиться в гумусному горизонті. Корені в грунті живуть. Діяльність їх полягає в постійному поглинанні з грунту води за рахунок різниці осмотичного потенціалу в клітинах кореня і у грунтовому розчині та постійному поглинанні хімічних речовин.

Добування рослинами поживних речовин з твердої фази грунту здійснюється за рахунок двох механізмів:

1. Корені реалізують видільну функцію ( з живих коренів у грунт безперервно надходять органічні кислоти, що забезпечує розчинення грунтових солей та роз'їдання мінералів).

2. Корені живуть у сполученні з грунтовими мікроорганізмами ( оселяючись навколо коренів, мікроорганізми утворюють особливу зону грунтового життя - ризосферу) - азот фіксуючі, силікатні. Сапрофітні мікроорганізми ризосфери активно руйнують органічну речовину грунту.

Тваринне та мікробне населення грунту представлене консументами різних рівнів та мікроорганізмами - редуцентами. Їхня діяльність являє собою сумісну роботу в процесах гуміфікації та мінералізації органічної речовини, що надходить до грунту. Тому грунтове населення - така ж закономірна цілісність як і наземна.

Живі організми в екосистемах.

Кожна екосистема відрізняється своєрідним потоком енергії та кругообігом речовин. Ці процеси опосередковані наявністю в екосистемах живих організмів. Сукупність всіх живих організмів екосистеми називають біоценозом. У сучасній екології біоценозом називають групу організмів різних видів, що співіснують на одній і тій же ділянці території та взаємодіють між собою за рахунок трофічних зв'язків, або просторових.

Серед структур біоценозу виділяють три види:

- видову, що розкриває видове різноманіття живих організмів;

- трофічну, що демонструє характер харчових взаємин між організмами біоценозу;

- просторову, що показує територіальне розміщення рослин, тварин та мікроорганізмів.

Видовий склад біоценозу може бути досить різноманітним. Але його формування підкоряється одному загальному правилу: у природному біоценозі обов'язково повинні бути продуценти, консументи та редуценти. Без такого поєднання організмів із різним типом живлення будь-який біоценоз не може існувати.

Біоценози характеризуються цілком визначеним видовим складом організмів. Залежно від систематичної належності організмів біоценози розділяються на:

* Фітоценози, що утворені рослинами;

* Зооценози, що являють собою сукупність усіх тварин екосистеми;

* Мікробоценози, що сформовані мікроорганізмами, які населяють земляну частину екосистеми.

Цілісність біоценозів зумовлена дією ряду механізмів, але головні серед них - два:

- перший полягає в тому, добір видів в біоценоз будь-якої екосистеми йде на основі спільності їх екологічних вимог щодо середовища;

- другий механізм полягає в наявності коадаптацій рослин та тварин щодо спільного життя.

Співмешкання видів в одному ценозі є результатом того, що один вид потрібен іншому так, що без нього він не може існувати (фітофаги не можуть існувати там, де нема відповідних рослин; рослини, запилювані комахами, не можуть існувати там, де нема цих комах). В результаті цього в кожному біоценозі набір видів рослин та тварин не випадковий, а закономірний.

Форми зв'язків між організмами в біоценозах різноманітні. З основними формами зв'язків ви ознайомитеся при самостійному вивченні відповідних питань цієї теми.

Принципи функціонування екосистем (за Б.Небелем)

Перший принцип. Одержання ресурсів і позбавлення від відходів відбувається в рамках коло обігу усіх хімічних елементів.

^ Другий принцип. Екосистеми існують за рахунок сонячної енергії, яка не забруднює середовище, практично вічна і кількість якої відносно стала й надлишкова.

^ Третій принцип. Чим більша маса популяції, тим нижчим має бути трофічний рівень, який вона займає.

Людина своїм життям і своєю діяльністю порушує всі три принципи функціонування екосистем, змінюючи коло обіг хімічних елементів, використовуючи як джерело енергії корисні копалини і забруднюючи довкілля відходами і збільшуючи чисельність людської популяції, справляючи тим самим тиск на природне середовище і порушуючи природну рівновагу між компонентами біосфери.

Цілісність і стійкість екосистем забезпечується:

- коло обігом хімічних елементів;

- використанням сонячної енергії;

- передачею енергії по ланцюгам живлення.

^ Стійкість екосистем забезпечується рівновагою популяцій, яких в екосистемі може бути сотні чи тисячі. У свою чергу, рівновага популяцій залежить від співвідношення біотичного потенціалу і опору середовища, які діють у протилежних напрямах.

Біотичний потенціал - це сукупність чинників, які сприяють збільшенню чисельності популяції:

- параметри довкілля в зоні оптимуму виду;

- здатність розширювати свій ареал;

- достатня кількість їжі;

- поповнення статевозрілого складу за рахунок потомства;

- велика швидкість розмноження.

Опір середовища - чинники, що протидіють збільшенню чисельності популяції:

- нестача їжі;

- несприятливі умови життя;

- розмноження хижаків;

- поширення хвороботворних бактерій;

- низька репродуктивна здатність;

- нездатність адаптуватися до змін зовнішнього середовища.

Оскільки кожна популяція прагне збільшити свою чисельність, вона використовує для цього обидва механізми: збільшує біотичний потенціал і зменшує опір середовища. Зменшення опору середовища зумовлює популяційні вибухи - різке зростання чисельності окремої популяції. З іншого боку, несприятливі умови середовища спричиняють масову загибель певної популяції.

Уміння точно розрахувати потік енергії і масштаби продукції екосистем дозволяє одержати найбільший вихід продукції, необхідної людині

Знання законів продуктивності екосистем і а кількісний облік потоку енергії мають велике практичне значення:

по-перше, первинна продукція агроценозів і природних угруповань - основне джерело харчування для людства;

по-друге, одержана за рахунок сільськогосподарських тварин вторинна продукція не менш важлива, тому що містить тваринні білки.

Ефективність трофічних ланцюгівоцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю.

Уміння точно розрахувати потік енергії і масштаби продукції екосистем дозволяє одержати найбільший вихід продукції, необхідної людині.

Система зв'язків у біосфері надзвичайно складна і поки що розшифрована тільки в загальних рисах. Найголовнішою ланкою управління є енергія, це перш за все енергія Сонця, потім енергія тепла Землі та енергія радіоактивного розпаду елементів. Неживою частиною біосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи, але діяльність їх визначається зворотними зв'язками, що йдуть від продуцентів.

В результаті здійснюється біотичний коло-обіг речовин у біосфері приблизно за такою схемою: продуценти споживають енергію, воду, СО2, мінеральні солі і виробляють органічну речовину; консументи 1-го порядку живляться продуцентами, консументи 2-го та 3-го порядків живляться іншими консументами; редуценти споживають частину поживних речовин, розкладають мертві тіла продуцентів і консументів до простих хімічних сполук: води, СО2, мінеральних солей, замикаючи коло-обіг речовин у біосфері.

Продуктивність природного біогеоценозу набагато вища, ніж біоценозів, які зазнали впливу діяльності людини. Наприклад, можна стверджувати, що гектар лісу виділяє кисню в чотири рази більше, ніж така сама площа лісопарку. Пояснюють це тим, що видовий склад біоценозів міських парків набагато бідніший, ніж лісових.

Різноманітність і стійкість видового складу рослинності у лісовому біогеоценозі тісно пов'язані не лише з вищими рослинами, що там ростуть, а й з грибами і тваринами, починаючи від мешканців ґрунту - круглих і кільчастих червів і ссавців-землерийок і закінчуючи комахами і птахами, які живуть на верхівках дерев.

Найбільша густота життя у тропічних лісах. Тут найбільше видів рослин (понад 5 тис.). На північ і на південь від екватора життя стає біднішим, зменшуються його густота і число видів рослин і тварин: у субтропіках близько 3 тис. видів рослин, у степах близько 2 тис., далі йдуть широколисті і хвойні ліси і, нарешті, тундра, в якій росте близько 500 видів лишайників і мохів. Залежно від інтенсивності розвитку життя в різних географічних широтах змінюється біологічна продуктивність.

Підраховано, що загальна первинна продуктивність суходолу (біомаса, утворена автотрофними організмами за одиницю часу на одиницю площі) становить близько 150 млрд. т, у тому числі на частку лісів земної кулі припадає 8 млрд. т органічної речовини в рік. Сумарна рослинна маса на 1 га у тундрі становить 28,25 т, у тропічному лісі - 524 т.

У помірному поясі 1 га лісу за рік утворює близько 6 т деревини і 4 т листків, що становить 193,2 * 109 Дж (~46 * 109 кал). Вторинна продуктивність (біомаса, утворена гетеротрофними організмами за одиницю часу на одиницю площі) у біомасі комах, птахів та інших у цьому лісі становить від 0,8 до 3% біомаси рослин, тобто близько 2 * 109 Дж (5 * 108 кал).

Первинна річна продуктивність різних агроценозів значно різниться. Середня світова продуктивність у тоннах сухої речовини на 1 га становить: пшениці - 3,44, картоплі - 3,85, рису - 4,97, цукрових буряків - 7,65. Урожай, який збирає людина, становить лише 0,5% загальної біологічної продуктивності поля. Значна частина первинної продукції руйнується сапрофітами - мешканцями ґрунтів.

Одним з важливих компонентів біогеоценозів поверхні суходолу є ґрунти. Вихідним матеріалом для ґрунтоутворення є поверхневі шари гірських порід. З них під впливом мікроорганізмів, рослин і тварин формується ґрунтовий шар. Організми концентрують у собі біогенні елементи: після відмирання рослин і тварин і розкладання їхніх решток ці елементи переходять до складу ґрунту, завдяки чому в ньому акумулюються біогенні елементи, а також нагромаджуються не повністю розкладені органічні речовини.

У ґрунті міститься величезна кількість мікроорганізмів. Так, в одному грамі чорнозему кількість їх досягає 25 * 108. Отже, ґрунт має біогенне походження, складається з неорганічних, органічних речовин і живих організмів (едафон - сукупність усіх живих істот ґрунту). Поза біосферою виникнення й існування ґрунту неможливе. Ґрунт - середовище для життя багатьох організмів (одноклітинних тварин, кільчастих і круглих червів, членистоногих і багатьох інших).

Ґрунт пронизаний коренями рослин, з нього рослини вбирають поживні речовини і воду. З життєдіяльністю живих організмів, які є в ґрунті, пов'язана урожайність сільськогосподарських культур. Внесення хімічних речовин у ґрунт часто згубно впливає на життя в ньому. Тому потрібно раціонально використовувати ґрунти й оберігати їх.

Кожна місцевість має свої ґрунти, які відрізняються від інших за складом і властивостями. Утворення окремих типів ґрунтів пов'язане з різними ґрунтоутворювальними породами, кліматом і особливостями рослин. В. В. Докучаєв виділив 10 основних типів ґрунтів, нині їх налічують понад 100. На території України виділяють такі ґрунтові зони: Полісся, Лісостеп, Степ, Сухий степ, а також Карпатську і Кримську гірські області з властивими для кожної з них типами структури ґрунтового покриву.

Для Полісся характерні дерново-підзолисті, сірі лісові, темно-сірі лісові ґрунти, чорноземи опідзолені тощо. Зона Лісостепу має сірі та темно-сірі лісові ґрунти. Зона Степу в основному представлена чорноземами. В Українських Карпатах переважають бурі лісові ґрунти. В Криму трапляються різні ґрунти (чорноземи, каштанові тощо), але вони, як правило, щебенюваті і кам'янисті.

Світовий океан займає понад 2/3 площі поверхні планети. Фізичні властивості і хімічний склад вод океану сприятливі для розвитку та існування життя. Як і на суходолі, в океані густота життя найбільша в екваторіальній зоні і знижується в міру віддаляння від неї. У верхньому шарі, на глибині до 100 м, живуть одноклітинні водорості, які складають планктон, "загальна первинна продуктивність фітопланктону Світового океану становить 50 млрд. т в рік (близько 1/3 усієї первинної продукції біосфери).

Майже всі ланцюги живлення в океані починаються з фітопланктону, яким живляться тварини зоопланктону (наприклад, рачки). Рачки є їжею для багатьох видів риб і вусатих китів. Риб поїдають птахи. Великі водорості ростуть переважно в прибережній частині океанів і морів. Найбільша концентрація життя - в коралових рифах. Океан бідніший на життя, ніж суходіл, біомаса його продукції в 1000 разів менша.

Більшість утвореної біомаси - одноклітинні водорості та інші мешканці океану - відмирають, осідають на дно і їхня органічна речовина руйнується редуцентами. Лише близько 0,01% первинної продуктивності Світового океану через довгий ланцюг трофічних рівнів доходить до людини у вигляді їжі і хімічної енергії.

На дні океану, в результаті життєдіяльності організмів, формуються осадові породи: крейда, вапняки, діатоміт та ін.

природний екосистема штучний енергія



Список використаної літератури

1. Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй Р. С. Основи загальної екології. -- К.: Либідь. 1995 -- 368 с.

2. Білявський Г. О., Фурдуй Р. С. Практикум із загальної екології. // Навч. посібн.--К.:Либідь, 1997.--160с.

4. Екологічний словник: Навч. посібник /В.В.Прежко та ін. - Харків: ХДАМГ, 1999. - 416 с.

5. Злобін Ю.А. Основи екології.- К.: Лібра, 1998. - 249.

6. Корсак К.В., Плахотнік

Размещено на Allbest.ru

...