Лимитирующие экологические факторы, принцип Либиха

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Живые организмы, а следовательно, экосистемы реагируют на силу воздействия того или иного экологического фактора (э.ф.). Отрицательное воздействие э.ф. может возникать как в случае избытка так и недостатка дозы э.ф.

Максимальные и минимальные переносимые значения дозы э.ф. называются критическими значениями.

Для нормальной жизнедеятельности Э.С. любой экологический фактор должен принимать оптимальные значения (см. рис. 1) или хотя бы не выходить за пределы критических точек – закон оптимума. Лимитирующие э. факторы – это же э.ф., доза которых приближается к критическим значениям, т.е. значения которого выше или ниже оптимального значения.

Пределы между критическими значениями экологического фактора называются зоной толерантности (зоной выживаемости) э. системы по отношению к данному э. фактору.

Чем шире зона толерантности ко всем э.ф. у живых организмов, тем более широко они встречаются.

Принцип ЛИБИХА – устойчивость Э.С. определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей (т.е. устойчивость определяется тем компонентом, который в минимуме).

Если количество и качество э.ф. близкое к необходимому организму минимуму он выживает, если меньше – организм погибает, экосистема разрушается.

Принцип эмерджентности

Компоненты Э.С. обладают определенными свойствами.

По мере объединения компонентов или подмножеств в более крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Эти новые свойства называются Эмерджентными.

Принцип эмерджентности можно сформулировать так: свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей.

Эти свойства возникают в результате взаимодействия компонент, а не в результате изменения природы этих компонент.

Эмерджентные свойства возникают при функционировании Э.С. как целого и исчезают при разрушении экосистемы.

Законы функционирования экосистем. Энергия в экосистемах.

Функционирование Э.С. любого уровня осуществляется лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды.

В конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая наилучше способствует приходу энергии и информации, максимально и наиболее эффективно их использует.

Определяющей характеристикой жизни как особой формы существования материи является обмен веществ.

Обмен веществ отдельных организмов с окружающей их средой в процессе дыхания, питания, различных выделений, или в более общем виде – кругооборот вещества в экосистемах возможен лишь в процессе использования и передачи энергии.

Поток солнечной энергии преобразуется растениями-продуцентами в процессе фотосинтеза в энергию химических связей, которая последовательно переходит с пищей от растений к животным, т.е. консументам первого порядка, от них – к консументам второго и более высоких порядков, а так же по мере гибели организмов или выделения ими отбросов – к редуцентам.

Длина пищевой, трофической, цепи, являющейся одновременно цепью передачи энергии, не может быть слишком большой. Она, как правило, не превышает пяти-семи уровней. Это обусловлено тем, что к каждому последующему организму трофической цепи переходит только малая доза (приблизительно 5-10 %) энергии потребляемой на предыдущем уровне, остальная идет на поддержание жизненных процессов и значительная часть рассеивается в виде тепла. Поэтому, общая масса живого вещества, последующего пищевого звена, резко уменьшается.

Последовательность количества энергии в пищевой цепи можно представить в виде экологической пирамиды. (Рис. 2)

Живые организмы, в некотором смысле, можно сравнивать со своеобразными машинами, продуцирующими биомассу.

Расчеты показали, что КПД растительной машины не больше 1 %, т.е. только 1 % Солнечной энергии запасено в растительной продукции. Куда же расходуются остальные 99 %?

Достаточно большое количество (30-40 %) лучистой энергии не проникает в листья и отражается от их поверхности. Большая часть (60-70 %) расходуется на дыхание, испарение, экскрецию, превращаясь в тепло. Распределение энергии на уровне продуцентов и первичных консументов представлена на схеме. (Рис. 3).

Особенностью превращения энергии в экосистемах является ее односторонняя направленность – лучистая энергия, пройдя ряд преобразований в значительной степени рассеивается в виде тепла.

В соответствии со вторым началом термодинамики, все процессы, связанные с превращением энергии, могут происходить самопроизвольно, только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную (деградирует), при этом энтропия системы возрастает.

Важнейшей термодинамической характеристикой живых организмов и экосистем в целом, является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние с низкой энтропией. Для поддержания достаточно сложных внутренних связей необходим постоянный и достаточный приток концентрированной энергии, способной превращаться в работу и сток тепловой энергии, при этом энтропия окружающей среды увеличивается, поэтому обязательно необходим сток тепловой энергии из экосистем.

Живые организмы экосистем взаимосвязаны с окружающей средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и кругообороты вещества между живой и неживой частями экосистемы.

Биогеохимические кругообороты вещества – часть биологического кругооборота, составленная обменными циклами химических веществ, тесно связанных с жизнью (главным образом углерода, воды, азота, фосфора, серы и биогенных катионов).

Под биологическим кругооборотом понимается поступление химических элементов из почвы, атмосферы, гидросферы в живые организмы, превращение их в процессе жизнедеятельности в сложные органические соединения и возвращение их затем в почву, атмосферу, гидросферу в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества и переработки его редуцентами – разложение на простые химические элементы (Рис. 3)

Общая схема биогеохимического кругооборота вещества и потоков энергии в экосистемах представлена на рис. 4.

З. Э. – запасенная энергия,

З. В. – запас питательных веществ,

П – продуценты, К – консументы, Р – редуценты

Экосистемы будут нормально функционировать, если нет нарушений при прохождении энергии через трофические цепи и нормально функционируют биогеохимические кругообороты вещества.

Увеличение загрязнения атмосферы промышленными выбросами затрудняет усвоение солнечной энергии растениями, т.к. пылью «забиваются» их устьица, через которые происходит питаниие и газообмен. В результате уменьшается количество пищи, а следовательно, и энергии, поступающей всем другим живым организмам. В результате, все большее их количество не может противостоять энтропии и погибнет. При определенных размерах этого процесса вся система может погибнут.

Это только один пример отрицательного антропогенного воздействия на Природу.