Экосистема (биогеоценоз) — это наименьшая единица, с которой начинается исследование экосистем.

"Под экосистемой понимают целостную структруктурную систему взаимодействия живых существ и их органическое окружения, которая, хотя и открыта, способна к саморегуляции лишь до oпpeдeлённoй степени" (Элленберг, 1973).

Многие экосистемы образуют эко системные комплексы (биогеоцеяозные комплексы), различающиеся общим происхождением или общей динамикой процессов (например, экосистемы одной ветви). Ёиомы охватывают несколько эко системных комплексов. Они представляют собой среду обитания на oпpeдeлённoй территории (геогр.) с единообразным ландшафтом, образуют и объединяют подкласс зональных биомоа, явно выраженных в соответствии с климат, зонами. В биосфере последние принадлежат к геобиосфере. Гидробиосфера подразделена совершенно по-иному.

В 1866 г. Геккель ввел в обращение понятие экологии ("учение о быте") и определил ее так: "Наука об отношениях организма с окружающим внешним миром, к которому мы в широком смысле слова можем причислить асе условия существования". Вначале это была концепция аутэкологии К. Мебиус в 1877 г. заложил краеугольный камень синэкологии, описав сообщество устричной отмели как биоценоз. Позднее добавилось понятие биотоп — жизненное пространство биоценозов. В 1918 г. А. Тинеманн исследовал взаимоотношения между живыми сообществами и их средой обитания в прибрежных водах. Если биология пользуется такими понятиями, как биоценоз и биотоп в качестве функциональных единиц, то из географии пришли понятия флиш, экотоп и физиотоп, как минимум географически классифицируемые территориальные единицы.

Система подразделения природных территорий

Размерность

Шмитхузен, 1949

Мейнен / Шмитхузен, 1953, Клинк, 1966

Неф, 1963

Герц, 1974

Вальтер, 1984

Топологическая

Флиш (структура течения)

Природно-пространственная основная единица

Экотоп

Физиотоп

Биогеоценоз

Хорологическая

Строение флиша

Основная при­родно-территори­альная единица

Природно-пространственная частичная единица

Природно-пространственная подчинён. единица

Природно-пространственная главная единица

Структура экотопа

Микрохора

Мезохора

Микрохора

Мезохора

Нижняя ступень

Мезохора

Высшая ступень

Биогеоценозов комплекс

Региональная

Природно-территори­альная крупная единица

Группа природно-территория главных единиц

Природно-территориальный регион

Природно-территориальный крупный регион

Макрохора

Мегахора, регион

Макрохора

Биом

Геосферическая

Географическая зона

Зона

Биорегион

Мегахора, пояс

Зональный биом

Экосистема

 Экосистема

Биолог Р. Вольтерек в 1927 г. уже выделял экологические системы, А. Г. Тренсли (1935) — "экосистемы". Были сформулированы концепции социологии растений (И. Браун-Бланквет, 1928) и ландшафтной экологии (К. Тролль, 1939). В 1964 г. В. Сукачев ввел для наземных экосистем понятие биогеоценозы.

Развивались исследования в областях:

  • аутэкологии — отношений отдельного организма с внешней средой (физиол. экология);
  • демэкологви — отношений популяции с внешней средой (экология популяций);
  • синэкологии — отношений живого сообщества с окружением.

С1967 г. начала действовать "Международная биологическая программа исследования экосистем". Разработаны модели экосистем.

Модель экосистемы базируется прежде всего на трофических отношениях (питание, геохим. круговорот веществ), влиянии абиотических факторов (климат, питательные вещества) и биотических факторов (виды, популяции, биоценозы). Совершенно отчетливо просматривается полная зависимость от солнечной энергии и подразделение на более или менее точно ограничиваемые составляющие. Они гомогенны, однородные, выполняют oпpeдeлённые функции в экосистеме и могут характеризоваться различными входными и выходными параметрами.

Продуктивность отдельной эхосистемы может быть определена как прирост биомассы (г, кг или т) на единицу поверхности (м2 или га) в единицу времени (сутки, год).

Растения в качестве продуценте» потребляют своими корнями воду и питательные вещества из почвы и производят с помощью солнечного света и С02 глюкозу (виноградный сахар), которая является сырьем для синтеза других органических соединений (фотосинтез). Эти соединения растения используют для обмена веществ (функциональный обмен веществ) и поддержания увеличения своей массы (фитомасса). Энергия расходуется на дыхание и отдачу тепла. Лишь мизерная часть светового излучения/энергии излучения, около 1%, превращается в химическую энергию. Только продуценты способны синтезировать органические вещества из неорганических (автотрофы). Консументы — это организмы животных. Они зависят от других организмов, т. к. нуждаются в высокоэнергетические органические веществах для пропитания (гетеротрофы) и увеличения массы своего тела (зоомасса). Часть энергии расходится при питании.

Консументы 1-го порядка — это растительноядные (гербнаоры), например растительноядные насекомые. Они могут служить пищей дм консументов 2-го порядка (карнюоров), например для ящериц.

Последние же являются источником питания для консументов 3-го порядка, например для сарычей (цепь питания и сети питания, когда для одного вида есть разные консументы). Гетеротрофные деструкторы (редуценты), прежде всего бактерии и грибы, перерабатывают органическую субстанцию в неорганические вещества (минерализация).

Их продуктивность в экосистеме поддерживается многими мелким беспозвоночными (мокрицы, клещи, личинки насекомых).

Животные-сапрофаги питаются мертвой органической субстанцией; виды — копрофага поедают экскременты животных; при этом поселяющиеся в экскрементах бактерии и грибы составляют значительную часть питания копрофагов. Некрофаги пожирают падаль. Деятельность редуцентов, замыкает материальный цикл, образуя С02, NH,, H.S, СН , Н, и такие ионы как POJ", СГ, Na*, К+, Са" и пр.

Продуценты и редуценты образуют лишь короткий цикл круговорота вещества. В длинном цикле участвуют и консументы.

Из более чем 100 химических элементов около 40 являются жизненно необходимыми. В отличие от переноса энергии, который в экосистеме происходит нециклично, транспортирование веществ осуществляется по циклам, посредством которых живые существа вступают во взаимоотношения с окружающей средой. Круговорот веществ в экосистеме редко бывает сбалансированным. Недостаток компенсируется связью с другими экосистемами, например, отрицательный баланс наземных экосистем по кальцию выравнивают мор. экосистемы путем водообмена. Элементы Н, О, С и N количественно доминируют в биосфере. Са, К, Si, Mg, Р, S и А1 тоже находятся е значительных количествах, но потребляются и CI, Fe, I, F, В, Za и Мо, хотя их количество меньше.

Атомы Мд и Fe, например, как основные атомы связаны в молекулах хлорофилла (зелень листьев) и гемоглобина (красный цвет крови) Количество ионов, которые доступны растениям, ограничивает биологическая продуктивность экосистем.

Круговорот веществ именуют биогеохимическими циклами, так как химические элементы, изначально находящиеся в недрах, почве, воде и воздухе могут принимать участие в строении вещества. Различают газовые и седи-ментные циклы.

Для элемента цикл считается завершенным, если он прошел через газовую фазу. В седиментных циклах (круговорот минеральных веществ) материальный поток, вызванный эрозией, переносит минеральные вещества с суши в вод. среду, где они отлагаются, образуя осадочные породы в течение геологически длительного отрезка времени и не могут быть использованы живыми организмами. Недостаток таких элементов, как Р, N, и питательных микропримесей должен восполняться удобрениями.

С, О и Н составляют 97% массы протоплазмы и участвуют в круговороте газов. Для экосистем атмосфера представляет собой важнейший резервуар этих элементов, причем Н участвует преимущественно во влагообороте.

Основным накопителем азота является атмосфера; но он доступен только немногим организмам, связывающим азот, а также производству, поскольку необходимые атомы азота жестко связаны в молекулы N,.

Круговорот углерода

Круговорот углерода — это практически круговорот С02. С одной стороны, он непосредственно связан с круговоротом О2, с другой, — и с переносом энергии, который осуществляется через органические-химические молекулы (прежде всего жиров и углеводов) углеродными цепочками — основными структурными единицами.

Важнейшие пути циркуляции включают в себя ассимиляцию (усвоение) СО; автотрофными организмами в процессе фотосинтеза и выброс С02 в атмосферу при дыхании (респирация) с энергетическим обеспечением процесса углеводными молекулами ( 40 — 45). Резервуары С — карбонаты (прежде всего CaC03, MgC03, Na2C03) гидросферы, биосферы (ракушки, кости) и литосферы (известняк СаСО,), органические отходы (детриты) и ископаемые горючие вещества (нефть, природный газ, каменный и бурый уголь, торф), при сжигании которых человек вмешивается в круговорот углерода. Потери С при эрозии, вымывании и смывании карбонатов с поверхности земли восполняются при высвобождении CO2 из акваэко- систем и его возврате через атмосферу. Баланс С на Земле (приход-расход) в природных условиях выравнивается, хотя часть углерода в виде окаменелостей, образовавшихся без доступа воздуха, уходит из кругооборота.

Круговорот углерода

Круговорот углерода

Круговорот кислорода

Кислород играет решающую роль на всех стадиях окислительных и восстановительных реакций во всех круговоротах веществ. Его перенос непосредственно связан с круговоротами СО2, и воды.

Свободный молекулярный О2 попадает в атмосферу и гидросферу прежде всего благодаря фотосинтезу и фотохимическому расщеплению молекул воды. В процессе эволюции Земли последнее было первичным источником молекулярного кислорода.

Кислород как сильный окислитель является ядом для клеток всего живого, поэтому должны были развиваться защитные приспособления (кожа, связывание в таких акцепторных молекулах, как гемоглобин). Фотоеинтезированный кислород становился безвредным в условиях окислительного выветривания, и живые организмы смогли развиваться в анаэробной среде (сине-зеленые водоросли). Перенос кислорода в экосистемах осуществляется в основном в виде его соединений, прежде всего в виде СО2, Н2О и углеводов. Молекулярный кислород расходуется в наше время на окисление неорганических веществ в намного меньшем объеме и потребляется в основном органическими молекулами при дыхании и извлечении энергии (АТФ) в митохондриях.

К настоящему времени содержание кислорода в воздухе стабилизировалось на уровне 21% объема в основном благодаря океаническим газообменным процессам. Нарушение баланса касается прежде всего вод. экосистем из-за связывания О2 биол. стоками и при горении; потери за период с 1910 по 1970 г. составили лишь 0,005% объема.

Круговорот кислорода

Круговорот кислорода

Поделиться:
Добавить комментарий