Биологич. продукция в экосистемах. Масштабы биологич. продукции в разных экосистемах Земли. Лимит. факторы. Роль и возможности агроэкосистем.



Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество. Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов – вторичной продукцией. Валовая первичная продукция — количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание).Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений. Чистая первичная продукция — энергетический резерв для консументов и редуцентов. Продуктивность — скорость прироста биомассы. Ее обычно относят к определенному периоду и площади, например к году и гектару. Суммарная продукция фотосинтеза называется первичной валовой продукцией. По продуктивности (в сыром весе) экосистемы разделяются на четыре класса.1. Экосистемы очень высокой биологической продуктивности(заросли тростника в дельтах Волги).

2. Экосистемы высокой биологической продуктивности . Это липово-дубовые леса. 3. Экосистемы умеренной биологической продуктивности. Такую продуктивность имеют многие посевы, сосновые и березовые леса. 4. Экосистемы низкой биологической продуктивности.Это арктические пустыни островов Северного Ледовитого океана, тундры.Агроэкосистема — биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. К агроэкосистемам относят поля, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность агроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естественных экосистем — упрощенная структура и обедненный видовой состав.Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора. В результате происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.

 

 

14. Динамика и стабильность экосистем. Экологические сукцессии.Особенности экосистем на пионерных и климаксных стадиях.Динамика экосистемы – развитие биоценоза во времени, изменение его видовой структуры и протекающих в нем процессов в результате: внутренних воздействий – отмирание или вытеснение одних видов другими, например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают.внешних воздействий – факторы внешней среды, вырубка леса, влияние катастроф, например, ураган.Последовательность сообществ, сменяющих друг друга во времени на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека, носит название сукцессии, а их переходные состояния – последовательных стадий (стадии развития). Наблюдать сукцессию можно на заброшенных полях раннего возраста, песчаных морских и речных берегах. Если рассматривать сукцессию на брошенных землях, которые не используются в сельском хозяйстве, то можно видеть, что бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями. Суточная динамика экосистем.Составляющие любую экосистему виды не одинаково реагируют на факторы внешней среды. Поэтому одни из них более активны в дневное время суток, другие – к вечеру и ночью. Интересное суточное явление наблюдается у представителей животного планктона (зоопланктона) в морях и пресных водоемах. Днем они держатся на глубине, а ночью поднимаются в поверхностные слои.

Сезонная динамика экосистем определяется сменой времен года. Это выражается в изменении не только состояния и активности организмов отдельных видов, но и их соотношения. Экологическая сукцессия – это процесс постепенного изменения состава, структуры и функции экосистемы под влиянием внутренних (автогенные сукцессии) или внешних (аллогенные сукцессии) факторов. Сукцессии, которые вызываются влиянием человека, называются антропогенными сукцессиями. Автогенные сукцессии могут быть первичными и вторичными. При первичных сукцессиях экосистема формируется в условиях, где до этого отсутствовали или были незначительно представлены живые организмы. Пример – зарастание скал. Так, при зарастании скал сменяют друг друга лишайники, мхи, травы и деревья.

Особенно важную роль играют первичные сукцессии при самозарастании отвалов пустой породы вокруг предприятий горнодобывающей промышленности. Человек может ускорять эти сукцессии, покрывая поверхность отвала тонким слоем почвы или торфа и высевая смеси семян многолетних трав. При вторичных сукцессиях происходит восстановление нарушенных экосистем, например, зарастание вырубки лесом.Виды сообществ смещают друг друга образуя сукцессионный ряд. Завершающиеся установлением динамики равновесия, экосистемы на этой стадии называются климаксными. Сукцес. ряд может занимать 100-и и 1000 лет. Различают:первичная сукцессия-начинается на безжизненных субстратах(растения отсутствуют)многолетние растения(пырей ползучий, размножается на зыбучих песках,удобряет)-однолетние(постепенно создаются условия для развития ивы, толокнянки)-сосновые леса, вторичная-после пожара,вырубки леса, заброшенное поле.Образование торфяного болота при заростании озера: края водоема заростают водными растениями(камыш,осока), создается плотный слой растений, отмершие части накапливаются на дне водоема, из-за малого количества О2,растения разлагаются образуется болотный биоценоз-сфагновые мхи(голубика)-сосны(образуют поросль)-верховое болото.

15. Концепция биосферы В.И. Вернадского. Биосфера, как производное жизни и глобальная экосистема. Продукционная и регуляторная функция живых организмов в биосфере как основа жизнеобеспечения человечества.Вернадский исследовал, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре.Биосферой называется вся совокупность живых организмов на Земле и всё объёмное пространство, заселённое ими, находящееся под их воздействием и занятое продуктами их деятельности.Кроме растений и животных, Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ. Вернадский рассматривает геохимическую работу живого организма (вещества) в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Сформулировал три принципа.1.Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Этот принцип в наши дни нарушен человеком.2. Эволюция видов, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающим биогенную миграцию атомов. Этот принцип при антропогенном изменении средних размеров особей биоты Земли (крупные животные мелкими) начинает действовать.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяций возрастают до тех пор, пока среда может выдержать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни – физиико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды.Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обуславливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет азоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433оС (от -252о С до +180о С) является предельным тепловым полем.Вернадский сформулировал идею автотрофности человека,которая приобрела интересный поворот в рамках обсуждения проблемы создания искусственных экосистем в космических кораблях. Пока искусственная биосфера представляет собой очень сложную и громоздкую систему. Необходимость создания искусственной биосферы в космических кораблях поможет лучше понять биосферу естественную.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней био-геохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь её расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. наиболее важные ее особенности Б.: Первая особенность биосферы ~ ее стабильность. Вторая особенность биосферы – мозаичностъ ее строения. Рассматриваемая в планетарном масштабе жизнь представляется функционирующей в пределах отдельных «квантов» биосферы. Третья особенность биосферы – чувствительность к космосу. речь не идет о лженауке, именуемой астрологией. Речь идет о современном научном направлении – гелиобиологии (разделе биологии, изучающем связи солнечной активности с различными явлениями в биосфере Земли).

 

 

16. Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах. Биогеохимические циклы – основа целостности биосферы.Различают три типа биогеохимических круговоротов: круговорот воды; круговорот элементов в газовой фазе (кислорода); круговорот элементов в твердой и жидкой фазах (фосфора).Биогеохимический круговорот веществ, обмен веществом и энергией между разл. компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий циклич. характер. Все Б. ц. в природе взаимосвязаны, составляют динамич. основу существования жизни, а нек-рые из них (циклы С, О, Н, N, S, Р, Са, К. Si и др. т. н. биогенных элементов) являются ключевыми для понимания состояния биосферы. Движущими силами Б. ц. служат потоки энергии Солнца и деятельность живого вещества (совокупности всех живых организмов), приводящие к перемещению огромных масс химич. элементов. Благодаря фотосинтезу и непрерывно действующим циклич. круговоротам биогенных элементов создаётся устойчивая организованность биосферы Земли, осуществляется её нормальное функционирование. Нормальные (ненарушенные) Б. ц. в биосфере не являются замкнутыми, хотя степень обратимости годичных циклов важнейших биогенных элементов достигает 95—98%. Неполная обратимость (незамкнутость) — одно из важнейших свойств Б. ц., имеющее планетарное значение. За всю историю развития биосферы доля вещества, выходящая из биосферного цикла в геол. цикл (длительностью в млн. лет), обусловила биогенное накопление кислорода и азота в атмосфере, разл. химич. элементов и соединений в земной коре. Особенно показателен Б. ц. углерода. Ежегодно из биосферного Б. ц. наземных экосистем выходит в геол. цикл ок. 130 т углерода, что составляет всего 10 — 18% от запасов углерода, находящихся в обращении в совр. биосфере. Глобальный характер хоз. деятельности человека приводит к качественным изменениям в естественной биогеохимич. цикличности природных процессов биосферы. По ряду параметров масштабы антропогенных воздействий сопоставимы с кол-вом веществ, вовлечённых в нормальные Б. ц. Техногенные продукты, поступающие в биосферу, перегружают нормальное её функционирование и выпадают частично или полностью из системы устойчивых Б. ц. Возникает новый тип техногенных геохимич. аномалий, наз. «неоаномалиями» или «антропоаномалиями». Они формируются на нормальном биогеохимич. фоне в чрезвычайно короткие сроки и охватывают не только живое вещество, но и биокосные тела биосферы (атмосферу, почвы, природные воды), проникают в глубокие горизонты земной коры. Происходит нарушение отлаженных во времени природных Б. ц. биосферы. Для ряда элементов и соединений Б. ц. становятся природно-антропогенными (циклы тяжёлых металлов, азота, серы, фосфора, калия и др.).создаваемые человеком материалы (пластмассы, детергенты и др. продукты хим. синтеза  г. н. ксенобиотики) не включаются в природные и природно-антропогенные циклы и не перерабатываются в биосфере. Меры борьбы с нарушением Б. ц. связаны с природоохранной деят., созданием малоотходных технологий,  утилизацией продуктов пром. и с.-х. произ-ва.

17.Экология города. Особенности городской среды.Экологические проблемы городов, связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов (парки), очень далеких от состояния экологического равновесия. Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских территорий. На больших площадях, под магистралями, он физически уничтожается, а в зонах рекреаций – парки, дворы – сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, обогащается тяжелыми металлами, обнаженность почв ветровой эрозии(разрушение). Поэтому развитие зеленых насаждений городов протекает в искусственных условиях. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения. При изучении городов на первый план выступают следующие проблемы:Экологическая – концентрация большого числа факторов, вредных для человека и природы, на территориях с высокой плотностью населения;Медицинская–увеличение заболеваний, связанных с городским образом жизни;Культурная– потребление населением культурных ценностей при одновременной нагрузке «информационным мусором»;Техническая – рост использования технических средств, облегчающих условия труда и жизни человека (транспорт);Социально-психологическая – изменение образа жизни людей, их социально-психологического статуса.Для нормального функционирования города нуждаются в самых разнообразных продуктах и сырье. Больше всего город потребляет чистой воды, потом минерально-строительное сырье, которое служит источником поступления пыли в атмосферу, различные виды топлива: уголь; сырая нефть; природный газ. Максимум поступлений в атмосферу отмечается в зимние месяцы, когда работают тепловые электростанции и котельные. Важный компонент загрязнений приземного слоя атмосферы - углеводороды, которых выбрасывается ежегодно до 108 тыс. т. К этой группе относятся органические вещества (спирты, растворители, жирные кислоты, бензол). Примерно в одинаковых количествах выбрасываются в атмосферу сероводород и хлор в сочетании с аэрозолями соляной кислоты. В настоящее время делаются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники. Они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Для городской экосистемы характерны:- неравновесность, т. е. невозможность достижения экологического равновесия;- постоянное накопление твёрдого вещества за счёт резкого превышения его ввоза в город над вывозом.Города являются «паразитами биосферы», которые потребляют огромное количество кислорода, воды и других ресурсов, а продуцируют только углекислый газ и загрязнения окружающей среды.

Человек сам создаёт сложные урбанистические системы, преследуя благую цель – улучшить условия жизни, создав для себя новую искусственную среду. Проблемы возникают: Загрязнение атмосферы;Загрязнение выхлопными газами автомобилей; Шумовое загрязнение;Проблема бытового мусора и бытовых стоков.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 146; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ