Строение экологической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Экология -- одна из самых актуальных наук современности. С нею связывают надежды на выживание человечества в усложняющемся мире и на возможности нового витка развития. Слово «экология» очень популярно сейчас и в бытовом общении, и в средствах массовой информации, и в речах политиков. Однако, далеко не все представляют себе его истинное значение.

Чаще всего его используют в смысле «состояние окружающей среды» и относят исключительно к человеку, его здоровью и условиям жизни. На самом деле экология -- это сложная наука с множеством разделов, в центре внимания которой -- законы устойчивости живой природы, связи организмов друг с другом и средой обитания, позволяющие выживать, развиваться и противостоять изменениям условий. Эти связи как раз и поддерживают общую систему жизни на Земле, от бактерий до человека.

Термин “Экология” предложил в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Этот термин образован от греческих слов: “oikos” - дом, жилище, родина и “logos” - учение, наука и в буквальном переводе означает “наука о среде обитания”.

Э. Геккель дал такое определение экологии: «Экология - это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантогонистические и антогонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом.»

1. Экологическая система

1.1 Концепция экосистемы

Экосистема -- сложная самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, таковыми не являются аквариум или трухлявый пень. Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми. Например, если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии, а являются лишь частью большей системы. Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами.

1.2 Строение экосистемы

В экосистеме можно выделить два компонента -- биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества -- консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 -- 1 %, редко 3-- 4,5% от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровеньэкосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-й, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

1.3 Основные компоненты экосистемы

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1. климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

2. неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

3. органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;

4. продуценты -- организмы, создающие первичную продукцию;

5. макроконсументы, или фаготрофы, -- гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

6. микроконсументы (сапротрофы) -- гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

1. биофаги -- организмы, поедающие других живых организмов,

2. сапрофаги -- организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Данное разделение показывает временно-функциональную связь в экосистеме, фокусируясь на разделении во времени образования органического вещества и перераспределении его внутри экосистемы (биофаги) и переработки сапрофагами. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет.

Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

1.4 Продуктивность экосистем

При анализе продуктивности и потоков вещества и энергии в экосистемах выделяют понятия биомасса и урожай на корню. Под урожаем на корню понимается масса тел всех организмов на единице площади суши или воды, а под биомассой -- масса этих же организмов в пересчёте на энергию (например, в джоулях) или в пересчёте на сухое органическое вещество (например, в тоннах на гектар). К биомассе относят тела организмов целиком, включая и витализированные омертвевшие части и не только у растений, к примеру, кора и ксилема, но и ногти и ороговевшие части у животных. Биомасса превращается в некромассу только тогда, когда отмирает часть организма (отделяется от него) или весь организм. Часто зафиксированные в биомассе вещества являются «мёртвым капиталом», особенно это выражено у растений: вещества ксилемы могут сотнями лет не поступать в круговорот, служа только опорой растения.

Под первичной продукцией сообщества(или первичной биологической продукцией) понимается образование биомассы (более точно -- синтез пластических веществ) продуцентами без исключения энергии, затраченной на дыхание за единицу времени на единицу площади (например, в сутки на гектар).

Первичную продукцию сообщества разделяют на валовую первичную продукцию, то есть всю продукцию фотосинтеза без затрат на дыхание, и чистую первичную продукцию, являющуюся разницей между валовой первичной продукцией и затратами на дыхание. Иногда её ещё называют чистой ассимиляцией или наблюдаемым фотосинтезом.

Чистая продуктивность сообщества -- скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами (а затем и редуцентами). Обычно вычисляется за вегетационный период, либо за год. Таким образом, это часть продукции, которая не может быть переработана самой экосистемой. В более зрелых экосистемах значение чистой продуктивности сообщества стремится к нулю (см. концепцию климаксных сообществ).

Вторичная продуктивность сообщества -- скорость накопления энергии на уровне консументов. Вторичную продукцию не подразделяют на валовую и чистую, так как консументы только потребляют энергию, усвоенную продуцентами, часть её не ассимилируется, часть идёт на дыхание, а остаток идёт в биомассу, поэтому более корректно называть её вторичной ассимиляцией.

1.5 Искусственные экосистемы

Искусственные экосистемы -- это экосистемы, созданные человеком, например, агроценозы, природно-хозяйственные системы или Биосфера.

Искусственные экосистемы имеют тот же набор компонентов, что и естественные: продуценты, консументы и редуценты, но есть существенные отличия в перераспределении потоков вещества и энергии. В частности, созданные человеком экосистемы отличаются от естественных следующим:

1. меньшим числом видов и преобладанием организмов одного или нескольких видов (низкая выравненность видов);

2. невысокой устойчивостью и сильной зависимостью от энергии, вносимой в систему человеком;

3. короткими цепями питания из-за небольшого числа видов;

4. незамкнутым круговоротом веществ вследствие изъятия урожая (продукции сообщества) человеком, тогда как естественные процессы наоборот стремятся включить в круговорот как можно большую часть урожая.

Без поддержания энергетических потоков со стороны человека в искусственных системах с той или иной скоростью восстанавливаются естественные процессы и формируется естественная структура компонентов экосистемы и вещественно-энергетических потоков между ними.

Вывод

Экосистема (экологическая система) -- основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания, любая совокупность совместно обитающих живых организмов и условий их существования.

Понятие «экосистема» можно применить к объектам различной степени сложности и величины. Примером экосистемы может служить тропический лес в определенном месте и в конкретный момент времени, населенный тысячами видов живущих вместе растений, животных и микробов и связанный происходящими между ними взаимодействиями. Экосистемами являются такие природные образования, как океан, море, озеро, луг, болото. Экосистемой может быть кочка на болоте и гниющее дерево в лесу с живущими на них и в них организмами, муравейник с муравьями. Самой большой экосистемой является планета Земля.

Изучение структуры, продуктивности и устойчивости экосистем имеет важное значение для решения проблемы рационального использования биологических ресурсов и сохранения среды обитания человека.

2. Экологические задачи

2.1 Задача №4:

Постройте график роста численности домовых мышей в течение восьми месяцев в одном амбаре. Исходная численность составляла две особи (самка и самец). Через два месяца они принесли первое потомство. Известно, что в благоприятных условиях пара мышей приносит 6 мышат. Мышата становятся половозрелыми и в свою очередь дают приплод в возрасте 2 месяцев. Отношение самцов и самок в потомстве 1:1. Самки приносят потомство каждые 2 месяца.

Решение: если по оси X отложить время в месяцах, а по оси Y - число особей, то координаты {x, y} и т.д. последовательно расположенных точек на графике будут: {0, 2}, {1, 8}, {2, 14}, {3, 38}, {4, 80}

2.2 Задача №14

Рассчитайте индекс сходства двух фитоценозов, используя формулу Жаккара: К = С Ч 100 % / (А + В) - С, где А - число видов данной группы в первом сообществе, В - во втором, а С - число видов, общих для обоих сообществ. Индекс выражается в процентах сходства. Первый располагается в заповеднике, другой в соседнем лесу, где отдыхают люди. Первый фитоценоз: дуб черешчатый, липа, лещина, осока волосистая, мужской папоротник, подмаренник Шультеса, сныть обыкновенная. Второй фитоценоз: дуб черешчатый, яблоня домашняя, липа, одуванчик лекарственный, подорожник большой, осока волосистая, земляника лесная, сныть обыкновенная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда. Выпишите названия видов, которые исчезли из сообщества дубравы под действием вытаптывания. Выпишите названия видов, которые появились в дубраве благодаря вытаптыванию и другим процессам, сопутствующую отдыху людей в лесу. Используя дополнительные источники информации, дайте каждому виду растения его краткую экологическую характеристику (предпочитаемые биотопы, экологические группы по разным признакам, отношение к антропогенным факторам и др.).

Решение:

Число видов данной группы в первом сообществе -- 7; число видов во втором сообществе -- 12; число видов для обоих сообществ -- 4. Значит, A=7, B=12, C=4. Используя формулу Жаккара получаем решение: 4Ч100%/ (7+12)-4 = 26,7%. Ответ: К=26,7%

В результате вытаптывания, из сообщества исчезли лещина, мужской папоротник, подмаренник Шультеса. Новые виды, которые появились после антропогенного изменения сообщества: яблоня домашняя, одуванчик лекарственный, подорожник большой, земляника лесная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда. Исчезнувшие виды-типично лесные; появившиеся -- сорные и луговые.

Биотопы лесного вида, конечно же, различные виды лесов (хвойные, широколиственные и смешанные). Из экологических групп, думаю, растения можно отнести к сциофитам, теневыносливым.

Сорные и луговые виды, соответственно, обитают на лугах и открытых местностях. Относятся к гелиофитам, т.к.являются светолюбивыми растениями.

По отношению к влаге эти виды можно отнести к гигрофитам и мезофитам.

По требованию к условиям освещений светолюбивые (световые), или гелиофиты, - растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний; тенелюбивые (теневые), или сциофиты, - растения нижних ярусов тенистых лесов, плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами. Теневыносливые, или факультативные гелиофиты, - могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения

2.3 Задача №24

экосистема биологический ресурс обитание

Экологи установили интересный факт: как только в водоемах люди истребят выдр, рыбы в них становится больше, но потом численность заметно уменьшается. Если снова в тех реках и озерах расплодятся выдры, то количество рыбы в них опять возрастет. Объясните почему.

Решение:

Действительно, выдры питаются рыбой, отчего может показаться, что после их истребления количество рыб сначала увеличивается. Дело в том, что выдры в первую очередь поедают больную и зараженную рыбу, способствуя защите популяции от эпидемии и её распространения.

Тестовая часть

1. Выберите номера правильных суждений (от 0 до 4).

а) В нашем городе плохая экология.

б) Экологию необходимо охранять.

в) Экология в нашем регионе испорчена.

г) Экология - основа природопользования.

2. Самые быстро двигающиеся животные живут:

а) в водной среде жизни;

б) в наземно-воздушной среде жизни;

в) в почвенной среде жизни;

д) в биотической среде жизни.

3. Увядание растений в теплице можно приостановить, если:

а) повысить температуру;

б) понизить температуру;

в) создать температуру наиболее благоприятную для данного вида растений;

г) не менять температуру.

4. Проявлением суточных ритмов у человека не является:

а) изменение температуры тела;

б) изменение глубины и частоты дыхания;

в) изменение частоты сердечных сокращений;

г) выделение слюны при попадании пищи в рот.

5. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов. Характерными признаками пирофитов являются: 26

а) большие темно-зеленые листья;

б) толстая корка, особенно в нижней части ствола;

в) покрытые толстой кутикулой опушенные листья;

г) плоды, имеющие толстые покровы;

д) сильно развитая водозапасающая паренхима.

6. Отношения аменсализма в экологии принято обозначать:

а) 0/0

б) +/0

в) +/+

г) +/-

Как мне кажется, верным обозначением должно быть -/0.

7. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов Взрывной рост численности населения Земли во второй половине ХХ века произошел за счет:

а) повышения уровня рождаемости

б) снижения уровня смертности благодаря улучшению питания и санитарно-гигиенических условий жизни

в) промышленной революции

г) зеленой революции

д) использования новых источников энергии.

8. В результате парникового эффекта среднегодовая температура приземного слоя воздуха за последние 100 лет увеличилась на:

а) 0,5 єС

б) 1 єС

в) 5 єС

г) 10 єС. 27

9. Площадь освоенных человеком земель в настоящее время достигла:

а) 40% суши

б) 50% суши

в) 60% суши

г) 70% суши.

10. Закон необратимости взаимодействия в системе «человек-биосфера» был сформулирован в 1957 г.:

а) Т. де Шарденом

б) П. Дансеро

в) Д. Медоузом

г) Б. Коммонером.

Размещено на Allbest.ru