Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Полтавський комерційний технікум

Творчо - пошукова робота на тему:

«Екосистеми та їх місце в організації в біосфери»

Виконала

Студентка першого курсу

Групи ТКД 2 /нс 2012

Ромасенко А.Р

Полтава 2013



План

Вступ

Розділ 1. Основні характеристики екосистем

1.1 Поняття екосистеми

1.2 Структура екосистем

1.3 Трофічні ланцюги (мережі)

1.4 Сукцесія

1.5 Класифікація екосистем

1.6. Екологічна піраміда

Розділ 2. Основні екосистеми світу

2.1 Лісові екосистеми

2.2 Екосистема трав'яних ландшафтів

2.3 Водні екосистеми

2.4 Антропогенні і штучні екосистеми

2.5 Енергетика природних екосистем

Розділ 3. Ресурсний цикл антропогенних екосистем

Висновки

Список використаної літератури



Вступ

Біосфера - це уявна оболонка Землі, яка включає частинки атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами.

Основною функціональною одиницею біосфери є екологічна система (екосистема), до складу якої входять живі організми та абіотичне середовище. Причому кожна з цих частин впливають одна на одну та обмінюються речовиною і енергією.

Система - це впорядковано взаємодіючі і взаємопов'язані компоненти, що утворюють єдине ціле. екосистема сукцесія біоценоз трофічний

Екосистема - єдиний природний або природно-антропогенний комплекс, утворений живими організмами та середовищем їх існування, в якому живі й неживі компоненти поєднані між собою причинно-наслідковими зв'язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії.

В Творчо - пошуковій роботі розглянемо характеристику екосистем (а саме структуру, класифікацію, елементи екосистем), основні екосистеми світу, кругообіг речовин у екосистемах (кругообіг води, вуглецю, кисню, азоту, фосфору, сірки), а також енергетику в природних екосистем та ресурсний цикл в антропогенних екосистемах.



Розділ 1. Основні характеристики екосистем

1.1 Поняття 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 сформованийкомплекс 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 [1-6].

Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу. Біотоп - це ділянка поверхні землі з більш-менш однотипними умовами існування (ґрунтом, 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 речовинне - енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється внаслідок існування в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).

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 [1-3].

1.2 Структура екосистем

Щоб вияснити цілісність біосфери, необхідно з'ясувати, 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 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:

1. продуценти - це організми, що створюють органічну речовину за рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей;

2. консументи - це споживачі готової органічної продукції;

3. редуценти - це організми, які розкладають органічні речовини на неорганічні, це мінералізатори органіки.

Одна з причин, що впливає на 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 [1-3].

1.3 Трофічні ланцюги (мережі)

У природі відбувається безперервний колообіг біогенних речовин, необхідних для життя. Автотрофи за допомогою фотосинтезу створюють органічні речовини, якими живляться гетеротрофи, а редуценти знов їх мінералізують. Таким чином, у процесі еволюційного розвитку життя в екологічних системах склалися певні ланцюги живлення [1-6].

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) - послідовність груп організмів, кожна з яких (ланка ланцюга) є поживою для наступної, тобто поєднана зв'язками їжа - споживач. На базі трофічних зв'язків виникають ланцюги живлення, що включають групи організмів, у яких одні поїдають інших. До будь-якої екосистеми входить кілька трофічних рівнів або ланок ланцюга. На основі ланцюгів живлення складається екологічна піраміда.

Ланцюг живлення, як правило, складається з 2-5 ланок і включає представників продуцентів, консументів і редуцентів.

Головною властивістю ланцюга живлення є здійснення біологічного колообігу речовин і звільнення запасеної в органічній речовині енергії. Ланцюг живлення може бути не завжди повним. У деяких випадках у них немає рослин (продуцентів). Такими, наприклад, є ланцюги живлення, що формуються на основі розкладання трупів тварин або рослинних решток (лісова підстилка). В ланцюгу живлення часто відсутні або представлені невеликою кількістю тварини (гетеротрофи). Наприклад, у лісі відмерлі рослини відразу споживають редуценти, які розкладають органічні сполуки до мінеральних речовин і вуглекислого газу, завершуючи колообіг. У процесі кожного чергового перенесення енергії живлення з одного трофічного рівня на вищий більша частина (80-90 %) енергії втрачається, переходячи в теплоту.

Ланцюги живлення поділяють на два типи: ланцюги пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини і далі - до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин) і детритні (ланцюги розкладання від детриту через мікроорганізми до детритофагів та їх споживачів - хижаків). Останнім часом вважають, що краще вживати термін "трофічна мережа", а не "ланцюг", оскільки до складу їжі кожного типу входить кілька видів. Кожен з цих видів, у свою чергу, може бути живленням для кількох інших видів.

Основним способом живлення рослин є фотосинтез, у процесі якого під дією сонячної енергії відбувається перетворення неорганічної речовини - вуглекислого газу на вуглеводи. У процесі фотосинтезу світлова енергія вловлюється хлоропластами і перетворюється в кінцевому підсумку на енергію хімічних зв'язків вуглеводів.

Крім світлового живлення рослинам необхідне мінеральне живлення. Вони потребують багато елементів, які або надходять з мінералів, або стають доступними в результаті мінералізації органічної речовини. Всі хімічні елементи поглинаються у формі іонів і включаються в рослинну масу, накопичуючись у клітковому соці. Життєво необхідними і незамінними є основні елементи мінерального живлення, які потрібні у великих кількостях: калій, фосфор, кальцій, магній, сірка, натрій, а також мікроелементи - залізо, мідь, цинк, манган, молібден, бор і хлор. Крім того, існують елементи, потрібні тільки для деяких груп рослин: алюміній - для папоротей, силіцій - для діатомових водоростей і кобальт - для бобових.

Від наявності достатньої кількості живлення залежать усі форми життєдіяльності тварин. Особливість дії живлення як екологічного фактора для тварин полягає в тому, що екологічне значення має тільки нижня межа витривалості. У разі нестачі живлення вона є важливим лімітуючим фактором, тоді як його надлишок не лімітує розвиток особин. Як обмежувальний фактор нестача живлення впливає на плодючість і швидкість розвитку тварин [1-3].

Підсумовуючи вищесказане, можна сформулювати такий принцип (А.К. Запольський): рушійною силою розвитку організмів є наявність достатнього живлення. Необхідна кількість кормів зростає зі збільшенням маси тварини. Географічне поширення тварин часто зумовлене фактором живлення. Добові, сезонні та інші регулярні міграції тварин здебільшого пов'язані з потребами живлення.

У процесі живлення тварини й рослини дістають енергію, необхідну для життєдіяльності, і поживні речовини, необхідні для побудови тканин тіла та виконання всіх фізіологічних функцій. Вимоги до живлення можуть значно змінюватися залежно від стану організму, пори року тощо. Для рослин і тварин мають значення як кількість поживних речовин, так і їхній якісний склад.

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю. Біомаса - загальна маса живих організмів, яка нагромаджена в популяції, біоценозі чи біосфері на будь-який момент часу. Вона виражається в одиницях сирої чи сухої маси або енергії на одиницю поверхні чи об'єму (гектар або квадратний чи кубічний метр). Найбільшу біомасу на суші серед гетеротрофів мають безхребетні та ґрунтові організми (біомаса дощових червів може сягати 1000-1200 кг/га).

1.4 Сукцесія

Сукцесія - це послідовна зміна біоценозів, що спадкоємно виникають на одній і тій самій території внаслідок природних чи антропогенних факторів. При визначенні сукцесії потрібно враховувати три аспекти [1-6]:

1) сукцесія відбувається під дією співтовариства - біотичного компонента екосистеми. Діяльність співтовариства спричинює зміни у фізичному середовищі, яке визначає характер сукцесії, її швидкість і межу, якої може досягти розвиток;

2) сукцесія - це впорядкований розвиток екосистеми, пов'язаний зі зміною видової структури та процесами, що відбуваються у співтоваристві;

3) завершенням сукцесії є утворення стабільної екосистеми, в якій досягаються максимальна біомаса і максимальна кількість міжвидових взаємодій на одиницю потоку енергії.

Розрізняють сукцесії первинні і вторинні. Первинні сукцесії починаються на субстратах, які не зачепило ґрунтоутворення (скельні породи, водойми). При цьому формуються не лише фітоценози, а й ґрунт. Вторинні сукцесіївідбуваються на місці сформованих біоценозів після їх порушення внаслідок ерозії, виверження вулканів, посухи, пожеж, вирубування лісів тощо. Сукцесії відбуваються внаслідок зміни умов проростання рослин під дією життєдіяльності організмів (епдоекогенетична сукцесія) або зовнішніх причин, зокрема антропогенної діяльності (екзоекогенетична сукцесія). Зміни одного фітоценозу іншим у ході сукцесії складають сукцесійний ряд, завершенням якого є утворення стійкого співтовариства. Це співтовариство перебуває у відносно стійкій рівновазі з середовищем.

До зміни екосистеми призводять висушування боліт, надмірні навантаження на ліси, розорювання земель, забруднення водойм тощо. Антропогенні дії часто призводять до спрощення екосистем. Такі явища називають дигресіями. Розрізняють, наприклад, пасовищні, рекреаційні та інші дигресії.

Сукцесії бувають автотрофні і гетеротрофні. В автотрофних сукцесіях центральною ланкою є рослинний покрив. До гетеротрофних належать сукцесії, що відбуваються в субстратах без живих рослин-продуцентів (беруть участь тварини та мертві рослини). Для сукцесій, особливо первинних, характерні такі ознаки:

1) на початкових стадіях малі видове різноманіття, біомаса та продуктивність;

2) з розвитком сукцесійного ряду збільшується взаємозв'язок між організмами: Ускладнюються ланцюги та мережі живлення;

3) інтенсифікуються процеси колообігу речовин, енергії та дихання екосистем;

4) зменшується кількість вільних екологічних ніш;

5) швидкість сукцесійного процесу більшою мірою залежить від тривалості життя організмів, які відіграють в екосистемах головну роль;

6) у зрілій стадії клімаксного співтовариства біомаса досягає максимальних значень.

1.5 Класифікація екосистем

За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми, мезоекосистеми і глобальні екосистеми [1, 2].

У мікроекосистемах невеличкі, тимчасові біоценози, що називаються синузіями, перебувають у обмеженому просторі. До таких екосистем належать трухляві пні, мертві стовбури дерев, мурашники тощо.

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 [1-3, 6].

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 антропогенне - 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 макроекосистеми 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.

Зміна екосистем може відбуватися з різних причин. Розрізняють алогенні та автогенні зміни. Алогенні зміни зумовлені впливом геохімічних сил, які діють на екосистему зовні (кліматичні та геологічні фактори: ерозія, утворення осадових порід, пожежі, гороутворення, вулканізм тощо). Автогенні зміни зумовлені дією внутрішньосистемних процесів (наприклад, евтрофікація водойм під впливом забруднення). Всі зміни, які відбуваються з екосистемами, підпорядковуються закону оптимальності: ніяка система не може звужуватися або розширюватися до нескінченності. Жоден цілісний організм не може перевищити певні критичні розміри, які забезпечують підтримання його енергетики. Ці розміри залежать від умов живлен-ня та факторів існування. Внаслідок інтенсивного забруднення навколишнього природного середовища спостерігаються швидкі зміни природних екосистем, пов'язані зі зникненням багатьох видів тварин і рослин.

У підтриманні гомеостазу беруть участь не лише організми та продукти їхньої життєдіяльності, а й неорганічна природа. Абіотичні фактори контролюють життєдіяльність організмів. Організми, в свою чергу, різними способами впливають на абіотичне середовище. Життєдіяльність організмів постійно призводить до змін інертних речовин, постачаючи в середовище нові речовини і джерела енергії. Швидкість зміни хімічного складу навколишнього середовища в результаті життєдіяльності організмів, які синтезують і розкладають органічні речовини, на чотири порядки вища, ніж швидкість його зміни під впливом геологічних процесів.

1.6 Екологічна піраміда

В екологічних системах (біогеоценозах) у процесі еволюції в ланцюгах живлення визначилась важлива закономірність, що дістала назву правила екологічної піраміди: кількість рослинної маси приблизно в 10 разів більша за масу рослиноїдних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків. Завдяки тому, що при переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої втрачається до 80-90 % зв'язаної енергії у вигляді теплоти, довжина ланцюгів невелика. Найефективнішим є передавання енергії від одного консумента до іншого, і тому ці ряди найдовші.

Співвідношення чисельності організмів, величини біомас або зв'язаної в біомасі енергії зображають у формі екологічних пірамід. Відповідно розрізняють піраміди чисельності, біомаси та енергії. В основі піраміди розміщують відповідні значення першого трофічного рівня екосистеми, а на вершині - останнього. Від основи піраміди до її вершини числові значення, як правило, зменшуються, тому вона спрямована вістрям догори. В енергетичних екологічних пірамідах таке звуження спостерігається завжди. Екологічні піраміди наочно характеризують не лише кількість біомаси, а й інтенсивність її переробки. Проте ця величина має в даному випадку тільки якісний характер.

У трофічних ланцюгах усі речовини послідовно переходять від одного виду організмів до іншого. Проте якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному колообігу, то ксенобіотики, синтезовані людиною і не властиві природі, накопичуються при переході від одного виду трофічного ланцюга до іншого. Оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків на одиницю біомаси збільшується. Так, якщо концентрація пестициду ДДТ, який використовували для знищення комах, у тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих риб досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою, - до 75 г на один кілограм біомаси. Отже, впродовж чотирьох ланок трофічного ланцюга концентрація ДДТ зросла в 1875 разів. Аналогічно концентруються й інші ксенобіотики, проте числові значення їх відрізняються, але закономірно збільшуються від основи екологічної піраміди до її вершини.

Концентрування речовин у трофічних ланцюгах слід враховувати в разі забруднення біосфери ксенобіотиками, тому що при споживанні в їжу тварин і птахів концентрації цих забруднювальних шкідливих речовин можуть бути значними. Трофічні ланцюги виконують ще й бар'єрну функцію, що сприяє самоочищенню завдяки концентруванню речовин і виведенню їх з біологічного колообігу.

Кількість та інтенсивність збільшення біомаси характеризують біологічну продуктивність виду, угруповання або екосистеми. Біопродуктивністю називають швидкість продукування біомаси на певній площі за одиницю часу. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинною (біомаса, продуктована консументами та організмами, які розкладаються). Первинна продуктивність материків становить близько 53 млрд. т. органічної речовини, Світового океану - до 30 млрд. т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся та Сибіру, в океані - зони глибинних вод біля материків у тропіках, які збагачені фосфором і азотом, а також материкові мілини холодних морів.

Уся біомаса планети здатна прогодувати не більш як 7-10 млрд. чоловік, за одними даними, і не більш як 12 млрд. чоловік, за іншими. Уже нині щорічної біомаси, яку збирає людство, недостатньо для харчування населення Землі. Тому необхідно вирішити насамперед проблему регулювання чисельності населення Землі, підвищення продуктивності біосфери та її охорони від посиленого антропогенного тиску.



Розділ 2. 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 .

2.1 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, папоротники, 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 [2].

Ліс - це елемент географічного ландшафту, що складається із сукупності деревних, кущових, трав'яних рослин, тварин, і мікроорганізмів, біологічно взаємозв'язаних і впливаючи один на одного, 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 мікропідприємств. 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 [2].

Екваторіальні дощові ліси. У тропічних районах з великими опадами - дощами ростуть ці ліси, яких 4,5 тис. видів (червона дерево, махагон, кедр, зелене дерево, ебенове дерево 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, 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.

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 [2].

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. Лісистість світу катастрофічне знижується, в наших Карпатах від 1945р., після сумнозвісних слів Сталіна "Стране нужен лес" за 5% 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 катастрофічне 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 антропогенногго 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. молодників - 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.

2.2 Екосистема трав'яних ландшафтів

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 [2].

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, лісоапркові смуги. Основа агробіогеоценозу - це штучний фітоценоз, якість якого залежить від умов середовища, від ґрунту, 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.

2.3 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 геофізикними і геохімічними процесами, явище глобального масштабу, в 2,5 раз більший суходолу. Його вода покриває 3/4 поверхні Землі товщиною 4000м. 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 [2].

2.4 Антропогенні і штучні екосистеми

Антропогенні екосистеми є наслідком діяльності людини, спрямованої на задоволення її невпинно зростаючих потреб, насамперед у продуктах харчування. Як відомо, основною властивістю природних систем є здатність до саморозвитку, і в першу чергу до самовідновлення, хоча б упродовж одного - двох поколінь. Тому деякі науковці вважають, що немає підстав розглядати антропогенні екосистеми, включаючи і агроценози, як біологічні екосистеми. Однак із загальноприйнятого визначення екосистеми випливає, що вони становлять "єдиний природний або природно-антропогенний" комплекс, утворений живими організмами і середовищем їх існування, в якому живі й неживі компоненти поєднані між собою причинно-наслідковими зв'язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії. Усе це властиве і антропогенним екосистемам [2-4].

Щодо функцій самовідновлення і саморегулювання, то вони також не будуть властиві мікроекосистемам, якщо їх розглядати як системи, ізольовані від навколишнього природного середовища, від біосфери. Якщо розглядати, за сучасними уявленнями, систему як "множину елементів, що перебувають у відносинах і зв'язках один з одним і утворюють певну цілісність, єдність", антропогенна система відповідає цьому визначенню.

Отже, антропогенні екосистеми являють собою єдиний, цілісний природно-антропогенний комплекс, утворений людиною та середовищем її існування, в якому живі й неживі компоненти поєднані причинно-наслідковими зв'язками, обміном речовин та розподілом потоку енергії. Ці системи належать до штучних, в них обмін речовиною та енергією відбувається під впливом людини. А тому вони є відкритими незамкнутими системами, які не здатні до самовідновлення та саморегулювання. В антропогенних системах існує рівновага за умови постійного втручання людини.

Залежно від роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяють на промислові (екосистеми металургійного заводу, харчового виробництва та ін.), сільськогосподарські (агроценози, птахофабрики, тваринницькі ферми та ін.), міські екосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку та ін.) тощо.

Раніше від інших були створені людиною сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення її потреб у продуктах харчування - агроценози, тваринницькі ферми тощо. Агроценози - це ценози, що утворюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системою агротехнічних та агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю і одноманітністю. Відповідно до закону ґрунтостомлення, поступове зниження природної родючості ґрунтів відбувається через тривале їх використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також внаслідок тривалого вирощування монокультур (у результаті накопичення токсичних речовин, що виділяються рослинами, залишками пестицидів та мінеральних добрив).

Останнім часом розроблені технології штучних екосистем - екосфери. Вперше (1967) їх почав створювати співробітник Гавайського університету К. Фолсом. Подібні роботи виконуються і в інших країнах. Екосфера - це замкнений об'єм, який містить морську воду, пісок і певний набір автотрофів (продуценти - водорості) та гетеротрофів (консументи - коловертки і редуценти - бактерії). Технічною проблемою при створенні екосфер є попереднє повне звільнення усіх живих організмів від патогенних інфекцій. Якщо цього не здійснити, то організми швидко гинуть внаслідок низького видового різноманіття в екосфері. Останнє не дає змоги переробити речовини в паралельних трофічних ланцюгах.

Джерелом енергії в екосфері є сонячне випромінювання, але в деяких екосферах використовують штучне освітлення. Екосфери є прообразом системи життєзабезпечення космонавтів у тривалих космічних подорожах.

До штучних технічних екосфер можна також віднести виробництва з штучним кліматом у замкненому заводському приміщенні з працюючими робітниками, підводні човни, космічні кораблі та пілотовані космічні станції. У цих екосферах обмін речовиною та енергією здійснюється за участю людини. Існування таких об'єктів є штучним і нетривалим.

2.5 Енергетика природних екосистем

Єдиним джерелом енергії, яка підтримує життя в біосфері нашої планети, є сонячна радіація. Чим більше надходить на Землю сонячної енергії, тим інтенсивніший перебіг життєвих процесів за сталості інших екологічних факторів. Близько 99 % сонячної енергії припадає на випромінювання з довжиною хвиль 0,2-4 мкм. Майже половина цієї енергії - це хвилі видимого спектра (0,38-0,77 мкм), друга частина - хвилі ультрафіолетової та інфрачервоної ділянок спектра [1-6].

Понад 30 % сонячного випромінювання, яке досягає верхньої межі стратосфери, відбивається в космічний простір хмарами, 8 % - пилом повітря. Понад 10 % усієї енергії поглинається водяною парою, озоном та іншими газами. Лише 52 % сонячної енергії досягає поверхні Землі, з якої близько 10 % відбивається. Отже, тільки приблизно 40 % сонячної енергії надходить до екосистем, з яких близько 25 % використовують рослини для здійснення фотосинтезу.

Рушійною силою розвитку живої речовини в будь-якій екосистемі є різниця в кількості енергії, яка надходила в систему і яка розсіялася нею в навколишнє середовище.

Відповідно до закону однонапрямленості потоку енергії, енергія, яку одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їхньою біомасою незворотно передається консументами першого, другого, третього та інших порядків, а потім редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні в результаті процесів, які супроводжують дихання.



Розділ 3. Ресурсний цикл антропогенних екосистем

До недавнього часу, приблизно до середини XVIII ст., коли людина користувалась природними ресурсами, як і всі інші живі організми, її ресурсний цикл включався в загальний природний колообіг речовини та енергії і динамічна рівновага в біосфері не порушувалась. При цьому мали місце тільки втрати внаслідок недосконалої технології зберігання продуктів, що являли собою органічні речовини. Останні за допомогою редуцентів перероблялися на неорганічні речовини, які знову використовували рослини. Мінеральні сполуки, що не використовувалися живою речовиною біосфери, накопичувалися у вигляді родовищ мінеральних ресурсів у природних коморах.

Значне зростання населення планети супроводжувалось відчутним зростанням його потреб. Уже в середні віки сталися істотні зміни, коли для задоволення зростаючих потреб людина змушена була звернутися до природної комори - почала видобувати корисні копалини та організувала різноманітні виробництва для їх переробки. З цих ресурсів виготовляли певні предмети, які в кінцевому підсумку використовували як предмети виробництва або як готові вироби (машини, верстати, споруди, будинки, предмети побуту й культури тощо). У такий спосіб людина почала залучати природні ресурси до ресурсного циклу.

Під ресурсним циклом розуміють сукупність перетворень і просторових переміщень певної речовини або групи речовин на всіх етапах використання її людиною (включаючи її пошук, підготовку до експлуатації, добування з природного середовища, переробку, перетворення, повернення в природу). Слово "цикл" передбачає замкнутість процесу. Природний ресурсний цикл справді є відносно замкнутим. У ньому майже всі хімічні речовини (вода, гази, метали), що входять до складу живої речовини, рухаються по замкнутому циклу. Якби цей цикл не був замкнений, то речовини вичерпалися б як ресурс і перейшли б у якийсь інший стан. Якщо в природному колообігу речовин вуглець, спожитий рослинами у вигляді вуглекислого газу, в процесі синтезу зазнає ряду біохімічних перетворень на органічні речовини і в кінцевому підсумку за допомогою редуцентів знову перетворюється на вуглекислий газ і споживається тими самими рослинами, то в антропогенних екосистемах цього не відбувається. Добутий з родовищ вуглець у вигляді кам'яного вугілля спалюється людиною для отримання певного виду енергії, яку використовують для вироблення різних продуктів з природної сировини. В результаті спалювання вугілля отримують також вуглекислий газ, який включається в природний колообіг вуглецю і використовується рослинами, а не в антропогенному ресурсному циклі, оскільки для останнього потрібен вуглець у вигляді мінерального палива. А щоб утворилось кам'яне вугілля, знадобиться багато мільйонів років. Отже, споживання вуглецю в антропогенному ресурсному циклі відбувається значно швидше, ніж його відтворення в природі. Прискорити відтворення вуглецю з вуглекислого газу можна, якщо використовувати рослинне паливо у вигляді змертвілої органіки або відновлювати вуглець з оксиду карбону (IV). Проте здійснення останнього процесу потребує багато енергії.

Таким чином, характерною ознакою ресурсного циклу в антропогенних екосистемах є його незамкнутість. Природні ресурси безперервно надходять у цикл, перетворюються на певний продукт, який споживає людина. Отже, для функціонування цього циклу необхідне постійне втручання людини, яка б здійснювала постачання природних ресурсів. За законом розвитку довкілля, будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища. Абсолютно ізольований саморозвиток неможливий, про що свідчать закони термодинаміки. З цього закону випливають важливі наслідки:

1) абсолютно безвідходне виробництво неможливе;

2) будь-яка більш високоорганізована біотична система в своєму розвитку є потенційною загрозою для менш організованих систем;

3) біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

На кожному етапі ресурсного циклу (добування ресурсів, їх транспортування, перероблення) відбуваються неминучі втрати. Якщо ресурсом є паливо (наприклад, кам'яне вугілля) для вироблення теплової або електричної енергії, то під час його спалювання утворюється значна кількість попелу, шлаків, різних оксидів, які видаляються в атмосферу з викидними газами або у відвали на поверхню землі.

У зв'язку зі значним зростанням чисельності населення на планеті постійно зростають потреби його в природних ресурсах.

Як стверджує закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні, у процесі одержання з природних систем корисної продукції з часом (в історичному аспекті) на її виготовлення витрачається в середньому дедалі більше енергії (зростають енергетичні витрати на одну людину). Так, витрати енергії на одну людину за добу збільшилися майже в 60 разів, ніж кілька тисяч років тому. Розглядаючи еволюційний розвиток людського суспільства, можна дійти такого важливого висновку: розвиток людського суспільства характеризується безперервний зростанням потреб. Однак ці потреби слід оптимізувати. Особливо потрібно зменшити темп їх зростання.

Кількість ресурсів, що залучаються в антропогенний ресурсний цикл, наближається до тієї кількості речовин, які беруть участь у природному колообігу. Так, під час спалювання видобутого палива утворюється величезна кількість вуглекислого газу, який насичує атмосферне повітря. Якщо раніше весь вуглекислий газ, що утворювався під час дихання рослин і тварин і надходив в атмосферу, утилізувався тими самими рослинами, то нині спостерігається накопичення його в атмосфері. Різке збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері мало б сприяти накопиченню біомаси рослинами. Проте цього не спостерігається, оскільки, з одного боку, процес фотосинтезу рослин еволюційно скоординований з певною відносно сталою величиною сонячної енергії, а з другого - енергоємність хлоропластів (де здійснюється фотосинтез) також є величиною сталою, з певною кількістю фотосинтетичної роботи. Фактично ж збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері супроводжується зниженням загальної фотоенергоємності біосфери, оскільки більш продуктивні лісонасадження поступаються місцем менш продуктивним окультуреним екосистемам, а фотосинтетична активність водних продуцентів зменшується внаслідок забруднення океану. Оскільки підвищення вмісту вуглекислого газу не компенсується інтенсивністю його асиміляції, колообіги не лише вуглецю, а й інших біогенних елементів (азоту, фосфору, сірки) не збалансовані внаслідок антропогенної діяльності.



Висновки

Екосистема - просторова обмежена взаємодія організмів і навколишнього їх абіотичного середовища. Межа може бути фізико-хімічною або пов'язаною з кругообігом речовин, інтенсивність якого всередині екосистеми вище, ніж між нею і зовнішнім світом. Екосистема є основними об'єктами вивчення екології. Найчастіше терміни "екосистема" і "біогеоценоз" уживають як синоніми. Межі біогеоценозу проводяться по межах конкретного рослинного співтовариства, в той час як екосистеми с більш широким і менш певним поняттям, бо відноситься як до краплі води зі ставка, так і до біосфери загалом.

Незалежно від міри складності будь-яка ЕС має такі характеристики: видовий склад; чисельність біоти; біомаса; відповідність окремих трофічних (харчових) зв'язків; інтенсивність генерації і деструкції органічної речовини (інтенсивність біотичного кругообігу речовин). У число основних компонентів екосистеми входять: Н₂О, СО₂, О₂, різні органічні речовини і різні види живих організмів. Крім того, екосистеми повинна мати енергетичне забезпечення.

Відносно існуючого кругообігу речовин ЕС може бути в тій або іншій мірі автономна. Потік енергії в екосистемі повинен бути крізним, що є показником цілісності екосистеми.

Найважливіша здатність екосистеми - нагромаджувати ресурси і позбуватися відходів, що є показником нормального функціонування.

Будь-яка екосистема містить сукупність живих організмів, які прийнято поділяти на автотрофи й гетеротрофи. Автотрофи - це зелені рослини, здатні здійснювати фотосинтез, використовуючи мінеральні компоненти для синтезування біохімічних субстанцій, необхідних для росту й відтворювання.

Угруповання автотрофів - це продуценти екосистеми і їх головна полягає у перетворенні світлової енергії на біохімічну. Гетеротрофи - організми, яким для живлення необхідні органічні речовини. Серед них розрізнюють консументи(травоїдні й м'ясоїдні тварини) та деструктори або редуценти (бактерії і гриби). Для деструкторів характерний більш прискорений обмін речовин, ніж у косументів, тому вони несуть відповідальність за мінералізацію органічних відходів, кінцеві продукти якої знову беруть участь в кругообігу і використовуються автотрофами.

Усі екосистеми існують довгочасно, інколи сотні років, причому чисельність одних популяцій збільшується, чисельність інших зменшується, але система знаходиться в рівновазі. Цей стан рухливо-стабільної рівноваги екосистеми називається гомеостазом. Область сталості екосистеми називається гомеостатичним плато, яке міститься між верхнею межею позитивного зворотного зв'язку та нижньою межею негативного зворотного зв'язку. ЕС може функціонувати тільки в межах тієї області порушення зворотних зв'язків, коли елементи ЕС іще можуть компенсувати відхилення, визначені позитивним зв'язком (наприклад, при введенні забруднення у водну ЕС вона самоочищається).

Сунцесія - послідовна безповоротна зміна біоценозів, виникаючих послідовно на одній і тій же території внаслідок впливу приміських або антропогенних факторів. Розрізнюють первинну і Вторинну сукцесію. Первинна сукцесіяпочинається на субстратах, не порушених процесами генерації ґрунтів (піщані дюни, вулканічна лава). Наприклад, після відступу льодовика відбувається наступна послідовна зміна рослин: мохи - осоки - чагарникові - вільхи і ялини.Вторинна сукцесія відбувається на місці біоценозів, що сформувалися після їх порушення (лісові пожежі, вирубки лісу, засуха, ерозії і інш.). Наприклад, на місці покинених сільськогосподарських угідь (бавовник, кукурудза) відмічаються такі стадії: бур'ян - злаки - сосни з домішкою листяних порід.

Єдиної класифікації екосистеми немає. Екосистеми розрізнюються:

1) за генетичними ознаками (природні, штучні і напівштучні);

2) за розмірами (мікро-, мезо-, макро-, глобальні);

3) за типом енергетичного забезпечення тощо. Так, Ю. Одум пропонує біомну класифікацію екосистем:

1) наземні біоми (тундра, бореальний хвойний ліс, листопадний ліс, степ помірної зони, тропічні грасленд і савана, чапараль, пустеля, напіввічнозелений тропічний ліс, вічнозелений тропічний ліс);

2) прісноводні екосистеми (озера, стави, річки, болота і ін.);

3) морські екосистеми (відкритий океан, води континентального шельфу, райони апвелінгу, естуарії).

Складні зв'язки характерні як для природних, так і штучних екосистем (особливо для останніх). Про це можна судити на прикладі коралових рифів, промислових міст і агроекосистем.



Список використаної літератури

1. За польський А.К., Салюк А.І. Основи екології: Підручник. / За ред.К.М. Ситника. - К.: Вища шк., 2001. - 358 с.

2. Щедрій Я.І. Основи екології. Навчальний посібник для підприємств зв'язку. - Л.: Афіша, 1999. - 210 с.

3. Батлук В.А. Основы экологии и охрана окружающей природной среды. Учебное пособие. - Л.: Афиша, 2001. - 333 с.

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

5. Андерсен Дж.М. Экология и наука об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. - Л.: Гидрометеоиздат, 2002. - 245 с.

6. Маврищев В.В. Основы общей экологии. - М.: Высшая шк., 2000. - 317 с.

Размещено на Allbest.ru

...