Структуры водной и наземной экосистемы.

Экосистемы не являются однородными структурами как в пространстве, так и во времени. Для наземной экосистемы характерна ярусность, т.е. разделение на разновысокие структурные части. Для каждого яруса чаще всего характерен собственный биоценоз.

Виды живых организмов, которые преобладают в экосистемах, называются доминантными.

Виды, которые не только преобладают, но и определяют режимы абиотических факторов, называются эдификаторами.

Водные системы подразделяются на проточные и стоячие.

Компенсационный горизонт – это глубина, ниже которой не проникают солнечные лучи.

Рассмотрим непроточный (стоячий) водоём (рис. №1).

Рисунок №1

1-ая зона – литоральная – просвечивается солнцем до дна.

2-ая зона – лимническая – зона, которая просто просвечивается солнцем, но не до дна.

3-яя зона – профундальная – зона, которую не достигают солнечные лучи.

Для проточных водоёмов выделяют глубоководные плёсы и мелководные перекаты. Для каждой зоны характерен собственный биогеоценоз.

Схема биогеоценоза:

Экотоп

Почва

Климат

Биоценоз

Растения

Животные

Микроорганизмы

Экотоп – это совокупность абиотических факторов биогеоценоза.

Биоценоз – это совокупность биотических факторов биогеоценоза.

Стрелки – это каналы передачи вещества, энергии и информации.

Гомеостаз и сукцессия экологической системы.

Естественные экосистемы существуют сотни и тысячи лет, и обладают определённой стабильностью во времени и пространстве.

Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы называется гомеостазом.

Для естественной экосистемы гомеостаз поддерживается тем, что такие системы открыты, т.е. происходит непрерывный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. В отличие от естественных экосистем, антропогенные системы не могут существовать без вмешательства человека. И для того, чтобы они находились в состоянии гомеостаза, необходимо управляющее воздействие человека. Практически во всех экосистемах их биотическая часть медленно изменяется во времени.

Сукцессия - это последовательная смена одного биоценоза другим.

Кроме естественной сукцессии возможна антропогенная сукцессия.

Энергия в экосистемах.

Синтез первичного органического вещества.

Практически всё первичное органическое вещество на Земле образуется зёлёными растениями в процессе фотосинтеза. Этот процесс идёт с поглощением энергии, которая запасается в химических связях органического вещества.

Рассмотрим упрощённую схему фотосинтеза:

фотон попадает в молекулу хлорофила и выбивает электрон.

Фотон взаимодействует с молекулой хлорофила: АДФ+еАТФ.

Далее АТФ+СО₂+Н₂Оорганическое вещество+О₂+АДФ.

В связи с тем, что растения производят органическое вещество под воздействием фотонов света, их называют фотосинтетиками. Кроме зеленых растений, органическое вещество производится некоторыми бактериями. Энергию для этого они получают за счёт химических реакций, поэтому их называют хемосинтетиками.

Существуют серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы до её оксидов, нитрифицирующие бактерии окисляющие аммиак до нитритов и нитратов. Так же существуют железобактерии, окисляющие железо из двухвалентного в трёхвалентный состав.

Понятие о трофической цепи.

Трофическая цепь – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов до других.

Земные растения – это афтотрофные организмы. И так как они создают практически все органические вещества, их ещё называют продуцентами.

Растительноядные животные, растения являются гетеротрофными организмами или консументами первого порядка.

Плотоядные животные – консументы второго порядка – используют уже готовое органическое вещество консументов первого порядка.

Трофические цепи могут быть короткими и длинными.

Трофическая сеть – это совокупность трофических цепей, связанных между собой отдельными звеньями, создающих сложную структуру.

Кроме продуцентов и консументов существуют редуценты, которые разлагают органическое вещество до неорганических составляющих. Это, прежде всего, бактерии и простейшие.

Трофическая цепь есть одновременно цепь энергетическая, т.е. упорядоченный поток передачи энергии солнца от продуцентов к консументам различного порядка. Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии, которую можно получить, разрушив химические связи. Организмы-консументы, питаясь органическим веществом, получают энергию, часть из которой идёт на построение собственного органического вещества, а часть расходуется на движение, дыхание, теплоотдачу. Таким образом, в силу второго закона термодинамики, поток энергии по трофической цепи неразрывно связан с её рассеиванием, т.е. возрастанием энтропии. Рассеивание энергии компенсируется подкачкой энергии от Солнца. При переходе от одного трофического уровня к другому теряется до 99% энергии. Продуктивность экосистем и соотношение в них различных трофических уровней принято выражать в виде пирамид.

Энергетическая пирамида одной из сельскохозяйственных систем:

3,510⁴ Дж

- - прибавка тканей человека

510⁵ Дж

- - продуцирована телятина

6,210⁷ Дж

- - произведено кормовой - травы

2,610¹¹ Дж

- - энергия от Солнца

Экологические системы, в которых соотношение продуцируемой биомассы «Р» к расходам на дыхание, движение, теплоотдачу «R» больше единицы (P/R>1) называются системами с афторофной сукцессией.

Экологические системы, для которых P/R1 называются системами с гетеротрофной сукцессией. Если P/R=1, то такие системы называются стабильными.

Круговорот веществ в биосфере.

Все вещества, находящиеся на Земле, вовлечены в большой (геологический) и малый (биотический), процесс круговорота, причём малый является частью большого. Большой длится сотни тысяч и миллионы лет. Он заключается в следующем: горные породы подвергаются разрушению и выветриванию, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан. Там они образуют морские апластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками или извлечёнными морскими организмами. Крупные и мелкие гестектонические изменения, т.е. опускание материков и поднятие морского дна и приводит к тому, что эти апластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.

Биологический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической среды через растения и живые организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии.

Принципы функционирования экосистем.

В естественных экосистемах получение ресурсов и избавление от отходов просходит в рамках круговорота всех элементов.

Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень. На концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Круговорот фосфора.

В организме фосфор содержится в клеточных мембранах, нуклеиновых кислотах и веществах носителях энергии АДФ и АТФ.

Рассмотрим малый биотический круговорот фосфора.

Синтез протоплазмы

PO^3-₄

Растения

Ассимиляция

Распад

Животные

Фосфаторедуцирующие бактерии

Распад

Фосфаты

Морские осадки

PO^3-₄ – растворимые фосфат ионы.

Биотический круговорот фосфора не замкнут. Существуют блок-морские осадки, которые замыкаются только в пределах большого геологического круговорота фосфора.

Стандартизация и охрана окружающей природной среды.

Существует система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Этой системе присвоен №17. Система №17 состоит из 9 комплексов стандартов. Номер комплекса ставится через « . » после числа 17.

Существуют следующие комплексы:

Гидросфера

Атмосфера

Биологические ресурсы

Почвы

Земли

Флора

Фауна

Ландшафты

Недра

Каждый комплекс включает в себя восемь групп стандартов. Номер группы ставится через точку после номера комплекса.

Группы:

Основы положения.

Термины определения классификации.

Показатели качества природной среды. Параметры загрязняющих выбросов и сбросов, показатели интенсивности использования природных ресурсов.

Правила охраны природы и рационального использования природных ресурсов.

Методы определения параметров состояния природных объектов и интенсивности хозяйственного воздействия.

Требования к средствам контроля и измерения.

Требования к устройствам аппаратуры и сооружений по защите окружающей природной среды от загрязнений.

Прочие стандарты.

Далее в номенклатуре стандарта через точку идёт номер (порядок) стандарта в группе, а через тире – год ввода стандарта в действие.

Например: ГОСТ 17:1.1.16-91 это стандарт «Охрана природы : Гидросфера . Термины и определения . 16 – номер стандарта в группе, 91 – год принятия стандарта».

Круговорот азота.

Азот содержится в атмосфере, где его около 80%. Азот содержится в воде и почве в виде неорганических соединений: аммонитных, нитритных и нитратных. Кроме того, азот содержится в живых организмах. Прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.

Рассмотрим малый биотический круговорот азота.

NH^-₂

Аммонификация