Конспект лекций по Экологии часть 1, преподаватель Метечко Людмила Борисовна (Глава 5 Классификация и свойства экосистем)

Посмотреть архив целиком

34


Глава 5


Классификация и свойства экосистем



  1. Классификация систем

  2. Системные связи. Прямые и обратные связи.

  3. Гомеостаз. Резистентная и упругая устойчивость экосистем.

  4. Энергетические процессы в экосистемах.

  5. Трофическая структура экосистемы.

  6. Энергетические пирамиды экосистем. Закон 10%.

  7. Продукция и биомасса экосистемы. Пирамиды биомасс и продукции суши и моря.

  8. Законы экологии. Правило оптимума. Закон минимума Либиха. Закон толерантности Шелфорда.

  9. Лимитирующие факторы.

  10. Абиотические факторы.

  11. Биотические факторы.

  12. Виды биотических связей.

  13. Основной закон экологии.

  14. Экологическая сукцессия. Виды сукцессий. Функциональные показатели зрелости сукцессии.


Классификация систем.



Рассматривая ЭКОСИСТЕМЫ как системные явления, рассмотрим существующую в теории систем классификацию их на три вида:


1. Изолированные системы .

- Системы которые не обмениваются с окружающей средой и соседними системами ни веществом, ни энергией.


2. Закрытые системы.

- Системы обменивающиеся с окружающей средой и соседними системами только энергией, но не веществом.


3. Открытые системы.

- Системы которые обмениваются с соседними системами и окружающей средой и энергией и веществом.




Открытые системы могут сохранять высокий уровень организованности и развиваться в сторону увеличения порядка и сложности, что является одной из наиболее важных особенностей процессов самоорганизации. Открытые системы имеют важное значение в физике, в общей теории систем, биологии, кибернетике, информатике, экономике.

Биологические, социальные и экономические системы необходимо рассматривать как открытые, поскольку их связи со средой имеют первостепенное значение при их моделировании и описании

Все наблюдаемые в окружающем нас мире системы – открытые.


С некоторым приближением можно представить закрытые системы.


Изолированные системы – принимаются в физике «как результат обобщенного опыта», условное понятие, символ, не подтвержденный ни единым реальным объектом материального мира.


Системные связи.



Экосистемы имеют кибернетическую природу и характеризуются развитыми информационными сетями, состоящими из потоков физических и химических сигналов связывающие их в единое целое


Существующие связи прямые и обратные.


Прямая связь - объект А воздействует на объект В без ответной реакции. ( Нулевой отклик) .

( + 0 ) или ( - 0 )



Обратная связь – объект А воздействует на объект В. Объект Б отвечает.

Обратные связи занимают особое, главенствующее положение в саморегулировании экосистемам.



Когда сигнал с выхода системы опять появляется на входе - он регулирует последующее состояние системы на выходе.


Обратные связи - своеобразный аналог разумного познания.

А

В


Обратная связь бывает положительной или отрицательной.

(Отклик на воздействие может быть отрицательным или положительным.)


( + ) или ( - )


Положительная - «саморазгоняющая» связь. ( + )


Положительная обратная связь может расшатывать и даже разрушить экологическую систему, если не поступят отрицательные сигналы, компенсирующие неуправляемое одностороннее изменение.


Отрицательная – «стабилизирующая» связь ( - )


Отрицательная обратная связь помогает изменяться экосистеме и таким образом противодействовать изменениям внешних условий.


Отрицательную связь можно сравнить с «сервомеханизмами» в технике, устройствами управления с помощью обратной связи.

Для живых систем с подобными отрицательными обратными связями используют термин ГОМЕОСТАЗ.


ГОМЕОСТАЗ – способность экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды обитания с помощью обратных связей.



Итак, все живые организмы и экосистемы являются саморегулирующимися, гомеостатическими системами, поддерживающими равновесие с помощью обратных связей.



СТАБИЛЬНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ – означает свойство любой экосистемы возвращаться в исходное положение после того, как она была выведена из состояния равновесия.


Стабильность экосистем определяется УСТОЙЧИВОСТЬЮ ЭКОСИСТЕМ к внешним воздействиям. Эта характеристика определяет степень и характер стабильности экосистемы.


Выделяют два типа устойчивости экосистем: РЕЗИСТЕНТНУЮ и УПРУГУЮ.


Резистентная устойчивость экосистемы – способность сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменной свою структуру и функции.


Упругая устойчивость экосистемы – способность к быстрому восстановлению.



Энергетические процессы в экоситемах


Одной из задач экологии является изучение превращения энергии внутри экологической системы.

Усваивая солнечную энергию, зеленые растения создают потенциальную энергию (заключенную в органических веществах), которая при потреблении в пищу живыми организмами превращается в другие формы энергий.

Превращение энергий, в отличии от циклического круговорота веществ, идут в одном направлении, поэтому говорят о «потоке» энергий.


Энергетические процессы в экосистемах подчиняются первому и второму Законам термодинамики:


ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ:


Энергия не возникает и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ


При переходе (превращении) одной формы энергии в другую происходит рассеивание части энергии ( как правило в виде тепла).


Или иными словами при самопроизвольном превращении энергии она переходит из концентрированной формы в рассеянную.

Мерой необратимого рассеивания энергии является ЭНТРОПИЯ.

( эн – внутренний, тропус – превращение (греч.))

ЭНТРОПИЮ можно характеризовать и как степень упорядоченности системы.


В математической статистике существует два противоположных понятия: энтропия и вероятность.

Вероятность какого-либо события - как следствие упорядоченности, и энтропия - как аналог хаоса и непредсказуемости появления этого события.


Чем выше уровень организации системы, тем выше ее упорядоченность, тем меньше необратимой потери ее энергии.


Живые организмы и нормально функционирующие экосистемы характеризуются высокой степенью упорядоченности слагающих элементов.

Они поддерживают постоянный определенный для них уровень тепла и энергии и тем самым противостоят энтропии.

В этом одно из основных различий живого от мертвого.

Мертвое сливается с окружающей средой, потеряв свою энергию при необратимом рассеивании и сливаясь с температурой внешней среды .

Смерть - равновесие с внешней средой.

Холодная энтропийная смерть – определение истинной смерти живого.


Живая материя отличается от неживой, способностью аккумулировать из окружающего пространства свободную энергию, концентрировать ее и качественно преобразовывать, чтобы противостоять росту энтропии внутри себя.

Это свойство обратное энтропии – НЭГЕНТРОПИЯ.


ЖИЗНЬ – упорядоченное и закономерное поведение материи.


Чем выше организованность, упорядоченность экосистемы, тем значительней ее НЭГЕНТРОПИЯ и тем выше ее устойчивость.

Основным свойством нормально функционирующих природных экосистем является способность извлекать НЭГЕНТРОПИЮ из внешней среды (например - солнечную энергию) и тем самым поддерживать свою высокую упорядоченность.

Следует ли из второго закона термодинамики, что Солнечная система «стареет»? Ведь энергия при любых превращениях стремиться перейти в тепло равномерно распределенное между телами?

Характерна ли эта тенденция тепловому выравниванию всей Вселенной, пока не ясно, хотя в конце Х1Х века широко обсуждалась теория «тепловой смерти» Вселенной. Данная теория. Как любая гипотеза из области космогонии, она не может быть проверена.


Общепринятая в физике формулировка Второго Закона термодинамики гласит:


В открытых системах энергия стремится распределиться равномерно, то есть, стремится к состоянию максимальной энтропии.


Данное утверждение, являющееся верным для всего, что мы наблюдаем вокруг себя, однако это дало основание некоторым ученым, в частности Э.Бауэру сделать вывод, что для живых систем второй закон термодинамики не выполняется!


Но Второй Закон термодинамики имеет и более общую формулировку, справедливую для открытых ( самых сложных, живых ) систем:


Эффективность самопроизвольного превращения энергии всегда меньше 100%.

Из этой формулировки вытекает, что ЖИЗНЬ на Земле невозможна без постоянного поступления энергии (притока солнечной энергии).


Живой организм так же непрерывно увеличивает энтропию и приближается к опасному состоянию – максимуму энтропии – смерти, но избегает этого состояния, оставаясь живом только благодаря основному свойству живого – извлекать из окружающей среды НЕГЕНТРОПИЮ. С течением времени (старением), живой организм утрачивает жизнеспособность, накапливая дефицит негентропии, и как следствие устойчивости.


Любая экосистема включает в себя несколько трофических (пищевых) уровней или звеньев.

Первый уровень представлен растениями (автотрофами или продуцентами).

Второй уровень первичными и вторичными потребителями – животными (гетеротрофами или консументами и сапрофитами). К потребителям относятся консументы 1, 2 и 3 уровней и сапрофиты.

Последний уровень в основном представлен микроорганизмами и грибами (редуцентами или деструкторами).

Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет цепь питания или трофическую цепь.

ТРОФИЧЕСКАЯ (ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ) СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМ


Цепи питания и круговорот веществ в них


С В Е Т





Продуценты

Растительноядные

Плотоядные

1 порядка





Ж И В О Е В Е Щ Е С Т В О

Деструкторы и редуценты

Мертвое органическое вещество

МИНЕРАЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО ( костное)






Консументы ( животные)










Плотоядные

2 порядка







Плотоядные

3 порядка










Главное свойство цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии.


Пищевые цепи внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов – биомассой - на каждом уровне цепи питания.

Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется (усваивается) консументами.

Так, например, у гусеницы, питающейся

Упрощенная экологическая пирамида






Экологические пирамиды или правило 10%.


Живые организмы в экосистемах, для своего существования должны постоянно пополнять и расходовать энергию.

Растения, как известно, способны запасать энергию в химических связях в процессе фотосинтеза и хемосинтеза.

Однако при фотосинтезе связывается только энергия с определенными длинами волн – 380-710 нм. Эту энергию называют фотосинтетически активной радиацией ( ФАР).

На эту радиацию приходиться 40% общей солнечной радиации, достигающей земной поверхности. Она по длинам волн близка к видимой части спектра.

Остальная часть спектра относится либо к более короткой ( ультрафиолетовой), либо к более длинной ( инфракрасной) радиации. С последней связан тепловой эффект.

Существуют определенные закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой вместе с потребляемой пищей. Основная часть энергии усвоенной консументами с пищей расходуется на его жизнеобеспечение : движение, поддержание температуры и т.п.

Эта часть энергии рассматривают как затраты на ДЫХАНИЕ, с которым в конечном счете связаны все возможности ее высвобождения из химических связей органического вещества. Часть энергии переход в тело организма-потребителя вместе с увеличивающейся массой ( приростом, продукцией).

Некоторая часть пищи, а вместе с ней и энергия не усваиваются организмом. Они выводятся в окружающую среду вместе с продуктами жизнедеятельности (экскриментами). В последующем эта энергия высвобождается другими организмами, которые потребляют продукты выделения.

Баланс энергии для отдельного живого организма можно представить следующим уравнением:


Эпотребления = Эдыхания + Эприроста + Эпродуктов выделения



Количество энергии, расходуемое организмами на различные цели неоднозначно в различные периоды жизнедеятельности живого организма.

Однако при всем разнообразии расходов энергии в среднем максимальны траты на дыхание, которое с неусвоенной пищей составляет в среднем 90%.

Поэтому переход с одного трофического уровня на другой в среднем принимается близким к 10%от энергии , потребленной с пищей.

Эта закономерность называется «правилом десяти процентов».

Данное правило надо оценивать как относительное, ориентировочное. Вместе с тем из него следует, что цепи питания имеет ограниченное количество уровней, обычно не более 4-5.

Пройдя через них, практически вся энергия оказывается рассеянной.

Закономерности потока и рассеивания энергии имеют важные в практическом отношении следствия.

Во-первых, с энергетической точки зрения нецелесообразно потребление животной продукции, особенно высших уровней цепей питания. Образование этой продукции связано с максимальными энергозатратами.

Во-вторых, чтобы сократить вероятность дефицита продуктов питания для интенсивно возрастающей численности населения нужно увеличить в рационе питания человечества удельный вес растительной пищи. Энергетически идеально - вегетарианство.

Графической иллюстрацией потери энергии при переходе от одного трофического уровня к другому служит энергетическая пирамида.



Энергетическая пирамида трофических уровней.



5 уровень КОНСУМЕНТЫ 4 порядка



4 уровень КОНСУМЕНТЫ 3 порядка



3 уровень КОНСУМЕТНЫ 2 порядка



2 уровень КОНСУМЕНТЫ 1 порядка




На форму энергетической пирамиды не влияют размеры особей , и она всегда будет иметь треугольную форму с широким основание внизу, как это диктуется вторым законом термодинамики.

Пирамида энергии дает наиболее полное и точное представление о функциональной организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме.

Пирамиды продукции и биомасс отражает статику экосистемы( количество и биомассу организмов на данный момент), а пирамида энергии динамику прохождения массы пищи через цепи питания.

Поэтому основание в пирамидах продукции и биолмассы будет то больше или меньше, чем в последующих уровнях ( в зависимости от соотношения продуцентов и консументов, а так же продолжитель листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того. Большая часть питательных веществ , всасываемых кишечником. Расходуется на дыхание и лишь около 10% -12% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы.

По этой причине продукция организмов на каждом последующем трофическом уровне всегда меньше ( в среднем в 10 раз)продукции предыдущего, т.е. масса каждого последующего звена цепи прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды.

ности их жизни в различных экосистемах).

Пирамида энергии всегда суживается к верху в соответствии с правилом 10%.

Пример цепи питания из трех уровней ( по Ю.Одуму):

люцерна – телята – ребенок.


Если бы один ребенок весом 48кг питался только телятиной, то за год ему потребовалось бы для обеспечения жизнедеятельности 4,5 теленка общим весом 400 кг, для питания которых, в свою очередь, необходим урожай люцерны с площади 4 га, весом 8 211 кг. Такова энергетическая цена животной пищи.

Пирамида биомасс, показывающая количество живого вещества в килограммах на каждом трофическом уровне , в этом примере выглядит следующим образом:

Пирамида биомасс

48кг

400 кг.

8 211 кг.








В энергетической пирамиде учтена солнечная энергия . Люцерна использует 0,24% полученной солнечной энергии. Для получения продукции телят используется 8% энергии, аккумулированной люцерной.

На развитие и рост ребенка в течение года используется 0,7% энергии, аккумулированной телятами.

В результате чуть более одной миллионной доли солнечной энергии, падающей на поле в 4 га, используется на питание и рост ребенка.

Пирамида энергии



Освоено в тканях ребенка 3.5 х 104 Дж


Освоено в тканях телят 5 х106 Дж


Освоено в тканях

люцерны 6.2 х107 Дж

Использовано солнечной энергии на поле люцерны в 4 га -

2,6 х1011 ДЖ






Продуктивность и биомасса экосистем


Одно из важнейших свойств живых организмов и экосистем в целом – способность создавать органическое вещество, которое называется ПРОДУКЦИЕЙ.


Продукцию растений называют - первичной.

Продукцию животных – вторичной.


Различают следующие виды продукции:

Валовая первичная продукция – органическое вещество, которое синтезируется растениями в единицу времени на единице площади или объема, включая ту ее часть, которая расходуется на дыхание.


Чистая первичная продукция - органическое вещество, накопленное в растительных тканях, в единицу времени, на единице площади или объема, за вычетом части израсходованной на дыхание растений за то же время.


Чистая первичная продукция экосистемы - это чистая первичная продукция органического вещества в экосистеме за вычетом той части, которая была ассимилирована консументами в единицу времени на единице площади или объема.


Вторичная продукция экосистемы - органическое вещество, синтезированное на уровне консументов в единицу времени на единицу площади или объема.

Чистая первичная продукция считается главным источником питания и является основным показателем потенциала пищевых ресурсов для животных и человека.


Образование продукции в единицу времени на единице площади или объема характеризует ПРОДУКТИВНОСТЬ экосистем.


Продуктивность экосистем характеризует их способность концентрировать солнечную энергию в продукцию органических веществ биомассы различных организмов.









ТИПЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ



Биологическая

продуктивность

Первичная биомасса

производимая

продуцентами

Вторичная биомасса

производимая

всеми консументами

Валовая – общее количество

органического вещества

Чистая – оставшаяся после расходования на дыхание




























Наряду с продукцией экосистем различают БИОМАССУ экосистем, которая так же является ее важной характеристикой.


БИОМАССА – вся живая органическая масса, которую содержит экосистема, вне зависимости от того, за какой период времени она накопилась.





Пирамида биомасс и трофические уровни

в экосистеме

СО2 ПРОДУЦЕНТЫ ( 1-3 ) Н2О

КОНСУМЕНТЫ III порядка

КОНСУМЕНТЫ I порядка (0,1- 0,6)

КОНСУМЕНТЫ II порядка (0,01-0,1)

РЕДУЦЕНТЫ





СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ













Питательные Питательные

элементы элементы






Величина БИОМАССЫ экосистем, во многом зависит не столько от ее продуктивности, сколько от продолжительности жизни организмов.

Для экосистем, представленных однолетними организмами, их годичная продуктивность и биомасса практически совпадают.

Для экосистем, имеющих многолетние организмы, они резко отличаются.

Соотношение биомассы и годовой продуктивности выражается формулой:


Б = Пг - Дг ;


Где Б – биомасса в данный момент времени,

Пг – годовая продукция,

Дг – годовое дыхание (вся сумма живого вещества отчуждаемого на процессы разложения в результате гибели целых организмов или их частей).



Количество продукции, образующейся в единицу времени не разных трофических уровнях, подчиняется тому же правилу, которое характерно для пирамид энергии: на каждом последующем уровне количество продукции меньше, чем на предыдущем.


ПИРАМИДЫ ПРОДУКЦИИ ЭКОСИСТЕМ СУШИ И ОКЕАНА



4 уровень

3 уровень


2 уровень


1 уровень



Продукция экосистем суши Продукция экосистем океана



Пирамиды биомасс сходны с пирамидами продукции только для суши.

Для экосистем океана закономерности соотношения биомасс на различных трофических уровнях имеют свою специфику. Здесь пирамида биомасс как бы перевернута. То есть биомасса животных потребляющих растительную продукцию – планктон, больше биомассы растительных организмов.


Причина этого – резкое различие в продолжительности жизни организмов сравниваемых уровней.


ПИРАМИДЫ БИОМАСС ЭКОСИСТЕМ СУШИ И ОКЕАНА














Биомасса экосистем суши Биомасса экосистем океана


В океане выделены две категории сгущения живого вещества – поверхностную или планктонную, и донную, или бентосную.

Первый уровень (продуценты) представлен фитопланктоном с крайне коротким периодом жизни (несколько часов), второй уровень более долгоживущими организмами, животными и зоопланктоном питающимися фитопланктоном ( киты, рыбы, зоопланктон и т.п.).


Среда обитания и условия существования живых организмов.

Законы экологии.


Под СРЕДОЙ ОБИТАНИЯ обычно понимают природные тела и явления, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях.


Среда обитания живых организмов слагается из множества неорганических и органических компонентов.


Экологическими факторами называются важные для жизни организма компоненты окружающей среды.


Зависимость жизнедеятельности от количественного значения экологического фактора

«Правило оптимума»


Оптимальные условия

жизни

Жизнедеятельность






Угнетение Угнетение

жизни жизни




Экологический фактор


Экологическая толерантность


Критическая точка Критическая точка

Экологический минимум Экологический максимум

Правило оптимума гласит: для экосистемы и любого из ее организмов имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора.


Количественный диапазон любого экологического фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности организма называется экологическим оптимумом.

Значения фактора, лежащего в зоне угнетения жизнедеятельности организма, называется экологическим пессимумом.

За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения жизни, переходящие в критические точки, за которыми существование организма невозможно.

В зоне оптимума обычно концентрируется максимальная плотность популяции.

Минимальное и максимальное значение экологического фактора, при котором наступает гибель организма, называется экологическим минимумом и экологическим максимумом.

Диапазон значений факторов между критическими точками называют экологической толерантностью или пластичностью.

Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный, широкий диапазон фактора, для других узкий.


Эврибиотными видами называются широкоприспособленные организмы, выдерживающие большую амплитуду колебания экологического фактора от оптимального значения.


Стенобиотные или узкоприспособленные виды способны существовать только при небольших отклонениях экологического фактора от оптимального значения.


Правило взаимодействия факторов заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов.


Например: недостаток света может отчасти компенсироваться высоким содержанием углекислого газа в воздухе, а переизбыток тепла, пониженной влажностью.


Правило лимитирующих факторов заключается в том, что фактор находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления положительного воздействия на организм других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.


Представление о лимитирующих факторах представлены двумя законами экологии Законом минимума Либиха и Законом толерантности Шелфорда.


Закон минимума Либиха ( 1840г).


Рост и развитие организмов зависят, в первую очередь, от тех факторов природной среды, значение которых приближается к экологическому минимуму.








Закон толерантности Шелфорда (1913г)


Рост и развитие организмов зависит, в первую очередь, от тех факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму






Таким образом, если значение хотя бы одного из экологических факторов приближается к минимуму или максимуму, существование и процветание организма, популяции или сообщества становится зависимым именно от этого, лимитирующего жизнедеятельность фактора.


Дополнения к закону толерантности Шелфорда:


1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого.

2. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространенные.

3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма или вида, то диапазон толерантности к другим экологическим факторам может сузиться.

4. В природе организмы могут оказаться в условиях, не соответствующих оптимальным значениям того или иного фактора , определенного в лаборатории.

5. Период размножения обычно является критическим: в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.


Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвязях в экосистемах.

Наиболее важными лимитирующими факторами суши являются:

Свет, температура, вода.


Наиболее важными лимитирующими факторами океана являются:

Свет, температура, соленость.


Важнейшим лимитирующим фактором в современных условиях становитсяя фактор загрязнения природной среды человеком.


Главным лимитирующим фактором по Ю.Одуму являются размеры и качество «ойкоса», нашей природной обители. То есть, ограничение территории – также лимитирующий фактор для популяции.


Территория необходимая для одного человека колеблется от 2 га до 5 га.

В настоящее время плотность населения приблизилась к одному человеку на 2 га суши.

Для сельского хозяйства пригодны лишь 24% суши, хотя с площадь 0,12 га при современном сельскохозяйственном производстве можно получить достаточное для человека количество калорий. Для полноценного питания с высоким содержанием мяса, фруктов и зелени необходимо еще 0,6га.

Еще 0,4 га необходимы для производства разного рода волокон ( бумага, древесина, хлопок), еще 0,2 га для дорог , вокзалов, аэропортов, жилых зданий) и тд.и т.п.

Отсюда возникла концепция «золотого миллиарда», в соответствии с которой оптимальным количеством является 1 миллирд населения планеты. , стало быть сейчас уже 6 миллиардов –«лишние люди».

Человек впервые в истории столкнулся с предельными, а не локальными ограничениями.

Преодоление лимитирующих факторов требует колоссальной затраты вещества и энергии.


Закон конкурентного исключения.

Два вида занимающих одну экологическую нишу, не могут существовать в одном месте неограниченное время.


То, какой вид побеждает, зависит от внешних условий. В сходных условиях победить может каждый. Важным для победы обстоятельством служить скорость роста популяции. Неспособность вида к биотической конкуренции ведет его к оттеснению на и необходимости приспособления к более неблагоприятным условиям и факторам.

Закон конкурентного исключения работает и на человеческих популяциях. Особенность его действия в настоящее время заключается в том, что цивилизации не могут разойтись. Им некуда уйти со своей территории – в биосфере нет свободного места для расселения и нет лишних ресурсов. Это обостряет борьбу со всеми вытекающими последствиями.

Гитлер оправдывал агрессивную политику нацистов целью борьбы за жизненное пространство. Ресурсы нефти, угля и пр. были важны тогда и приобретают еще большее значение в наши дни. Недаром нашу эпоху называют «Эпохой 3-х Э».Экологии,Энергетики, Экономики.

Войны за ресурсы «горячие» и «холодные» приобретают экологическую окраску. Одна цивилизация может не только завоевать другую , но и использовать ее в экологическом смысле.

Многие события современной истории, в том числе и распад СССР, – воспринимаются иначе с экологической точки зрения. Таким образом, политические, социальные, экономические и экологические проблемы тесно переплетаются.

Абиотические факторы

Абиотические факторы - совокупность важных для организма свойств неживой природы.

Эти факторы можно разделить на физические (температура, давление, влажность, течения и пр.) и химические ( состав атмосферы, воды почвы и пр.).

Разнообразие рельефа, геологических и климатических условий порождает и огромное многообразие абиотических факторов.


Биотические факторы

Для каждого организма все остальные организмы - важные факторы среды обитания, они оказывают на него не меньшее воздействие, чем неживая природа и называются биотическими факторами.

Все многообразие взаимосвязей между организмами можно разделить на два основных типа:


Биотические факторы

2 типа









НЕАНТАГОНИСТИЧЕСКИЕ






АНТАГОНИСТИЧЕСКИЕ





Если определять знаком плюс( + ) и минус ( - ) воздействие и обратный отклик, то можно описать с их помощью все виды взаимосвязей живых организмов между собой.

Антагонистические отношения-

при которых организмы двух видов подавляют друг друга ( - - ) или один из них подавляет другого без ущерба себе ( + -).


Основные формы такого вида отношений: хищничество, паразитизм и конкуренция.


Хищничество и паразитизм (+ - ) - один из видов подавляет другой.


Конкуренция ( - - ) – организмы обоих видов подавляют друг друга.


Неантагонистические отношения-

при которых организмы двух видов не подавляют друг друга, их можно выразить многими комбинациями: нейтральные ( 00 ), взаимовыгодные (+ + ), односторонними ( + 0 ) и ( - 0 ).


Связи организмов в экосистемах



БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ


Антогонистические

Факторы

3 формы

Хищничество

( + - )

Паразитизм

( + - )

Конкуренция

( - - )

Симбиоз

( + + )

Мутуализм

( + + )

Комменсализм

( + 0 )











Неантогонистические факторы

5 форм







Нейтрализм

( 0 0 )





Аменсализм

( - 0 )







Основные 5 форм неантагонистических взаимодействий следующие: симбиоз, мутуализм, комменсолизм, аменсализм и нейтрализм.


Сибиоз ( ++ ) – обоюдовыгодные но необязательные взаимоотношений разных видов.


Мутуализм ( ++ ) – обоюдовыгодные и обязательные для развития и выживания взаимоотношения разных видов.


Комменсолизм ( + 0) – отношения, когда один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны.


Амменсализм ( - 0 ) – отрицательный для одного и безразличный другому.


Нейтрализм ( 00) – безразличные отношения.

ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ

Антагонистические отношения проявляются сильнее на начальных стадиях развития сообщества. В зрелых экосистемах наблюдаются тенденции к замене отрицательных взаимодействий нейтральными и положительными, повышающими выживание видов.


Одним из главных достижений экологии является открытие того факта, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы.

Последовательная смена сообществ, сменяющая друг друга на одном и том же биотопе называется СУКЦЕССИЕЙ.


ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУКЦЕССИЯ – закономерная, последовательная смена биоценозов, приемственно возникающих на одном и том же биотопе под воздействием внутренних или внешних воздействий.


АУТОГЕННАЯ СУКЦЕССИЯ - возникает в результате изменения физической среды БИОТОПА под действием БИОЦЕНОЗА и контролируется им ( внутренние воздействия).






АУТОГЕННАЯ СУКЦЕССИЯ – это направленное, предсказуемое и обратимое развитие экосистемы, стремящееся к установлению равновесия между биотическими компонентами - БИОЦЕНОЗОМ и абиотической средой – БИОТОПОМ.



Тенденции изменения основных характеристик экосистемы

в процессе аутогенной сукцесии


Группа признаков

Тенденции изменения

Энергетика

Возрастает продукция органического вещества ( П)

Возрастает биомасса ( Б)

Увеличиваются затраты энергии на дыхание ( Д)

П/Д приближается к 1

Б/П возрастает


Круговорот веществ

Круговорот биогенных веществ становится более замкнутым

Увеличивается время оборота питательных веществ

Увеличивается запас главных бтогенных элементов

Структура сообщества

Меняется видовой состав

Возрастает разнообразие видов

Увеличиваются размеры организмов

Усложняются и удлиняются жизненные циклы

Развивается взаимовыгодный симбиоз

Уменьшается конкуренция

Стабильность

Возрастает резистентная устойчивость

Снижается упругая устойчивость




АЛЛОГЕННАЯ СУКЦЕССИЯ возникает под воздействием внешних воздействий ( пожар, шторм, человеческий фактор..)


Последовательные сообщества возникающие в процессе сукцессии и сменяющие друг друга называются сериями сукцессии.


Выделяют две основных серии СУКЦЕССИЙ: первичные и вторичные.



ПЕРВИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ возникает на участке, прежде не занятом живыми организмами и лишенное почв.

Пример: территории после прохождения селя, лавы. Открытой выработки полезных ископаемых и пр.


ВТОРИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ возникает там, где новое сообщество развивается на месте ранее существовавшего, где сохранились вещества биотического происхождения.

Пример: почвы или донные отложения и пр.


СУКЦЕССИИ в энергетическом смысле связаны с фундаментальным увеличение количества энергии на данном биотопе , направленной на поддержание системы.


СУКЦЕССИИ имеют определенные стадии развития: РОСТА, СТАБИЛИЗАЦИИ и КЛИМАКСА.

На первой стадии продукция растет, на второй стабилизируется, на третьей уменьшается по мере деградации системы.


Функциональным показателем зрелости СУКЦЕССИИ является соотношение ПРОДУКЦИИ к ДЫХАНИЮ ( П / Д).


  1. П/Д > 1 НЕЗРЕЛАЯ или РАСТУЩАЯ СУКЦЕССИЯ

  2. П/Д = 1 ЗРЕЛАЯ или СТАБИЛИЗИРОВАННАЯ

  3. П/Д < 1 ДЕГРАДИРУЮЩАЯ или КЛИМАКСНАЯ


Из определения понятно, что сукцессии возникают на месте несбалансированных сообществ (либо незрелых, либо деградирующих сообществах), у которых скорость продукции либо значительно превышает либо меньше скорости дыхания ( соотношение П/Д значительно отклоняется от 1 еденицы).















Вопросы к главе 5


  1. Какие виды систем вы знаете?.

  2. Что вы можете рассказать о системных связях?

  3. Виды связей.

  4. С чем вы можете сравнить отрицательные обратные связи?

  5. Понятие гомеостаза.

  6. Какие виды устойчивости вы знаете?

  7. Изобразите трофическую структуру экоситемы.

  8. Каким законам подчиняются энергетические процессы в экосистемах?

  9. Что определяет закон 10%?.

  10. Расскажите об энергетических пирамидах в экосистемах.

  11. Почему энергетические пирамиды более информативно представляют экосистему.

  12. Дайте определение продукции.

  13. Какие виды продукции вы знаете?

  14. Что такое чистая продукция экосистемы?

  15. Чем отличается продукция экосистем от биомассы?

  16. Изобразите пирамиды продукции и биомассы.

  17. Поясните на примере пирамиды биомасс и энергии для экосистемы луг-люцерна-телята-ребенок.

  18. Какой вид питания является предпочтительным при дефиците продуктов питания и почему?

  19. Дайте определение правилу оптимума.

  20. Что такое критические точки?

  21. Расскажите о законе минимума Либиха.

  22. В чем различие между законом Либиха и законом толерантности Шелфорда?

  23. Что такое лимитирующие факторы?

  24. Дайте определение абиотическим факторам.

  25. Дайте определение биотическим факторам.

  26. Какие виды биотических связей вы знаете?

  27. Расскажите о неантагонистических типах биотических связей.

  28. Расскажите об антагонистических типах биотических связей.

  29. Дайте определение основному закону экологии.

  30. Что такое экологическая сукцессия?

  31. Что такое аллогенная сукцессия?

  32. Какие виды сукцессий вы знаете?

  33. Какие основные серии сукцессий вы можете назвать?

  34. Какие стадии развития сукцессий вы знаете?

  35. При каких условиях сукцессии может считаться зрелой или стабилизированной?

  36. Что в энергетическом смысле представляет собой аутогенная сукцессия?

  37. Какие функциональные показатели определяют стадии развития сукцессии?

  38. Где возникает сукцессия, при каких условиях, на месте каких сообществ?