20 занятие. Экосистемная организация живой природы (2 часть)
1. Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты.
2. Трофические уровни. Цепи питания.
3. Особенности агроэкосистем.
4. Биосфера – глобальная экосистема.
5. Роль человека в биосфере. Экологические проблемы.
1. Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль. Термин «экосистема» ввёл в 1935 г. американский эколог А. Тенсли. Экосистема – это «совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов, которые их окружают, т. е. факторов местообитания в широком смысле» (А. Тенсли).
в 1942 г. создал учение о биогеоценозе, как экосистеме, относимой к участкам суши, занятой определенными единицами растительности – фитоценозами (растительными сообществами).
Если рассматривать экосистему с точки зрения её функционирования, то можно выделить в её составе следующие компоненты:
- используемые в биологическом кругообороте неорганические вещества (например, H2O, CO2, NH4+ и т. д.);
- органическое вещество за пределами организмов (детрит);
- среда (воздушная, водная, субстратная);
- продуценты (организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганического);
- консументы (организмы, основная роль которых состоит в преобразовании органического вещества из одной формы в другую);
- редуценты (организмы, основная роль которых состоит в разрушении органического вещества до неорганического).
По способу питания все живые организмы делятся на автотрофов и гете - ротрофов. В качестве отдельной группы иногда выделяются миксотрофы – организмы, соединяющие авто - и гетеротрофное питание. К ним относятся некоторые бактерии и водоросли.
2. Трофические уровни. Цепи и сети питания, их звенья. Правила экологической пирамиды.
Пищевая цепь обеспечивает перенос энергии, заключенной в органических веществах, от продуцентов через ряд организмов путем поедания одних видов другими. При переносе энергии значительная ее часть (80–90 %) рассеивается в виде тепла, поэтому большинство пищевых цепей на суше содержат 3–5 звеньев, в водных экосистемах они обычно длиннее.
В экосистемах различают два типа цепей питания: цепи выедания и цепи разложения. Пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов (растений) и идут к консументам различных порядков (растительноядным животным, а затем – к хищникам) называются цепями выедания, или пастбищными цепями. Например: злаки → кузнечики → насекомоядные птицы → змеи → ежи.
В отличие от них, в цепях разложения, или детритных цепях источником органического вещества являются растительные и животные остатки, экскременты животных, которыми питаются мелкие животные (ракообразные, моллюски), а также микроорганизмы. Например: листовой опад → дождевой червь → черный дрозд → ястреб-перепелятник.
Пищевые цепи биогеоценоза сложно переплетаются вследствие того, что одни и те же организмы могут питаться несколькими видами других, служить пищей нескольким видам, а также входить одновременно в цепи выедания и цепи разложения. Поэтому в реальных биогеоценозах комплексы взаимосвязанных трофических цепей образуют пищевые сети.
Трофический уровень – это совокупность организмов сообщества, получающих энергию солнца после одинакового количества преобразований.
3. Особенности агроэкосистем.
4. Биосфера – глобальная экосистема. Учение о биосфере.
Термин «биосфера» восходит к Ж.-Б. Ламарку, который употребил его в 1803 г. В научный обиход его ввёл в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс, говоря об оболочке Земли, охваченной жизнью.
ввёл понятие «живое вещество» – совокупность всех живых организмов, рассматриваемая как единое целое. Область распространения живого вещества охватывает всю гидросферу, верхние слои литосферы и нижнюю часть атмосферы, но основная концентрация живых организмов отмечается в приповерхностном слое суши и океана. Если живое вещество равномерно распределить по поверхности Земли, образуется плёнка толщиной в 2 см. Среднее время его обновления – 8 лет (в океане – 33 дня).
Биосфера включает в себя три основных оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу.
Атмосфера – газовая оболочка Земли – состоит из смеси газов. Атмосфера подразделяется на: тропосферу, или нижнюю часть атмосферы высотой до 20 км; стратосферу, до 100 км; ионосферу, выше 100 км.
Заселена живыми организмами только тропосфера. Верхняя граница жизни проходит на высоте 20 км. На высоте 15-35 км свободный кислород О2 превращается в озон О3, который отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, опасное для живых организмов.
Гидросфера – водная оболочка Земли, совокупность вод океанов, морей, рек, озер, ледяных покровов планеты. 71 % поверхности земного шара занят Мировым океаном. Средняя глубина океана составляет 3,8 км, максимальная глубина – 11,034 км (Марианская впадина). Водная оболочка заселена живыми организмами по всей толщине.
Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли. В ней различают три слоя: верхний слой – осадочный, средний слой – гранитный, нижний слой – базальтовый. Толщина слоев неравномерная, в некоторых местах гранит выходит на Поверхность. Живое вещество находится в литосфере в верхних нескольких десятках метров. Неактивные жизненные формы (цисты, споры бактерий), нефтебактерии могут находиться на глубине до 4 км. Наибольшая плотность живого вещества – в почве.
Согласно учению , биосфера охватывает все части геологических оболочек, которые подверглись воздействию живых организмов. Среди этих оболочек распределены основные типы вещества в биосфере:
живое вещество – совокупность всех живых организмов (микроорганизмы, грибы, растения, животные);
биогенное вещество – вещество, создаваемое живыми организмами в результате их жизнедеятельности (газ, нефть, каменный уголь, известняк и др.);
косное вещество – вещество неживой природы, формирующееся без участия живых организмов (вулканические породы, метеориты и др.);
биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого вещества (почва, ил).
5. Роль человека в биосфере. Экологические проблемы.
Ноосфера – особая оболочка Земли, в которой разумная сознательная деятельность человека становится определяющим фактором развития. Понятие ноосферы, как сферы разума, было введено Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом в 1927 г. Учение о ноосфере разработано в 40-х гг. XX в. В работе «Научная мысль как планетарное явление» Вернадский подчеркивал: «Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние – ноосферу».
Влияние деятельности человека на стабильность биосферы
Человек получает из биосферы пищу, воду, строительные, энергетические ресурсы. В результате своей хозяйственной деятельности человек сбрасывает в биосферу промышленные и бытовые отходы. Результатом этого становится истощение природных ресурсов, загрязнение и отравление окружающей среды, разрушение естественных экосистем (лесов, лугов, озер и др.), возникают серьезные экологические проблемы, которые могут нарушить равновесие в биосфере. Загрязнитель – это любое вещество, попадающее в атмосферу, почву или природные воды в несвойственных для данной экосистемы концентрациях, что приводит к нарушению биологических (иногда физических и химических) процессов.
Основные экологические проблемы
Рост народонаселения. В настоящее время на Земле живет 6 млрд человек. За последние 40 лет человечество выросло более чем вдвое. К 2025 г. на Земле будет около 9,5 млрд человек. Рост населения требует расширения промышленного производства. Нагрузка на окружающую среду увеличивается.
Парниковый эффект и изменения климата. Загрязнение атмосферы приводит к так называемому «парниковому эффекту». Падающие на Землю лучи согревают ее поверхность и рассеиваются в атмосфере. Повышение концентрации СО2, связанное с ростом промышленности, транспорта, приводит к задержанию теплового излучения у поверхности Земли, что ведет к постепенному повышению среднегодовых температур. В ближайшие 50 лет среднегодовое повышение температуры приведет к таянию ледников и повышению уровни Мирового океана на 0,5-1,5 м. За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные дожди и смог.
Смог – смесь газов, образующихся при загрязнении выхлопами и промышленными выбросами под действием света в нижних слоях атмосферы (особенно УФ-излучение). Под действием света в загрязненном воздухе образуются различные токсические вещества, вредные для здоровья людей и живых организмов.
«Озоновые дыры» – это разрушения в озоновом слое атмосферы. Озон (О3) защищает все живое от губительного действия коротковолнового УФ-излучения. Главная причина разрушения – действие фторхлоруглеродов (используемых в холодильной промышленности и производстве аэрозолей). Эти соединения разлагаются с образованием атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород.
Загрязнение природных вод и истощение почвы. Источники загрязнения вод – сбросы промышленных предприятий, смывы с сельхозугодий, в морях – аварии нефтяных танкеров. Загрязнение почв является результатом промышленных сбросов и несовершенства сельского хозяйства.
Сокращение биоразнообразия – это еще одна важная экологическая проблема. В результате расчистки площадей для сельхозугодий, загрязнения среды, вырубки тропических лесов происходит вымирание многих видов животных или их полное уничтожение.
Вопросы о решении экологических проблем ставятся на государственном и международном уровне.
