Экология сообществ и экосистем (стр. 1 )

ЛЕКЦИЯ №6.

ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ И ЭКОСИСТЕМ.

Энергетика экосистем. Трансформация вещества и энергии в экосистеме. Продуктивность экосистем. Экологическая эффективность. Принцип функционирования экосистем. Динамика и развитие экосистем: циклические и необратимые изменения. Сукцессии. Виды сукцессии. Причины сукцессии. Изменения в экосистеме во время сукцессии. Продуктивность и биомасса. Климаксовые сообщества. Механизмы функционирования экосистемы. Устойчивость и биоразнообразие экосистем. Стабильность и устойчивость экосистем. Механизмы устойчивости биогеоценозов. Антропогенные экосистемы. Агроценозы и естественные экосистемы.

Энергетика экосистем.

Живые организмы, входящие в экосистемы, для своего суще­ствования должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения, как известно, способны запасать энергию в химических связях в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. При фотосинтезе связывается только энергия с определенными длинами волн -3 80-710 нм. Эту энергию называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Она по длинам волн близка к видимой части спек­тра. На эту радиацию обычно приходится около 40% общей сол­нечной радиации, достигающей земной поверхности. Остальная часть спектра относится либо к более короткой (ультрафиолето­вой), либо к более длинной (инфракрасной) радиации. С последней обычно связан тепловой эффект.

Растения в процессе фотосинтеза связывают лишь небольшую часть солнечной радиации. Даже по отношению к фотосинтетичес­ки активной - это в среднем для земного шара менее 1%. Только наиболее продуктивные экосистемы, такие как плантации сахарно­го тростника, тропические леса, посевы кукурузы, в оптимальных условиях могут связывать до 3-5% ФАР. В опытах с кондициони­рованными условиями по всем факторам среды за короткие перио­ды времени удавалось достичь эффективности фотосинтеза по ус­воению солнечной энергии порядка 8-10% ФАР.

В растениях происходит процесс фотосинтеза, при котором из СО, НО и солнечной энергии получаются глюкоза и О. При этом солнечная кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию молекул глюкозы. Глюкоза - это органическая молекула с высокой потенциальной энергией. Из солнечной энергии около 2 % превращается в потенциальную энергию молекул глюкозы.

Глюкоза в растениях выполняет 2 функции:

1. Служит строительным материалом тела, т. е. из глюкозы образуются сложные органические молекулы (крахмал, целлюлоза, липиды, белки, нуклеиновые кислоты).

2.   Источник энергии для всех процессов жизнедеятельности растений, т. е. построение тканей, поглощение питательных элементов из почвы, дыхание.

О

Фотосинтез Глюкоза

Клеточное Строительство

СО дыхание тканей

Энергия

СО

Заяц Лиса

 

НО

С6Н12О6 + О2 Þ 6СО2 + 6H2О + Q

Процесс расщепления органических молекул с выделением энергии называется клеточным дыханием. Т. е. молекула глюкозы в присутствии кислорода разрушается до ÑО, НО с выделением энергии. Данный процесс идёт в каждой клетке и в целом противоположен фотосинтезу.

Трансформация вещества и энергии в экосистемах.

Растения являются первичными поставщиками энергии для всех других организмов в цепях питания. Существуют определенные закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой вместе с потребляемой пищей. Основная часть энергии, усвоенной консументом с пищей, расходуется на его жизнеобеспе­чение (движение, поддержание температуры тела и т. п.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыхание, с которым в конеч­ном счете связаны все возможности ее высвобождения из хими­ческих связей органического вещества.

Часть энергии переходит в тело организма-потребителя вместе с увеличивающейся массой (приростом, продукцией). Некоторая доля пищи, а вместе с ней и энергия не усваиваются организмом. Они выводятся в окружающую среду вместе с продуктами жизне­деятельности (экскрементами). В последующем эта энергия выс­вобождается другими организмами, которые потребляют продук­ты выделения.

Животные питаются органическими веществом, используя его как источник энергии и материал для формирования своего тела. Т. е. зелёные растения продуцируют пищу для других организмов экосистемы.

Всем животным свойственна активная выработка кинетической энергии (движение, бег, поддержание постоянной температуры тела, дыхание и т. д.). Источник энергии - потенциальная энергия органических молекул, потребляемых в составе пищи. Значительная часть пищи (90 - 99 %) разрушается с высвобождением энергии, обеспечивающий все функции организма и теряющейся в конце концов в виде выделяемого телом тепла.

Строительная роль пищи.

Часть съеденной, переваренной и поступившей в кровь пищи служит сырьём для роста и обновления тканей тела. Для этого также необходимые определённые витамины и микроэлементы (Fe, Си, Mn, Zn). Если в пище нет какого-либо из необходимых ингредиентов, сколько бы калорий не содержала пища, неизбежны функциональные расстройства.

Неусвояемое вещество.

Часть пищи не переваривается и просто проходит через пищеварительный тракт и выводится в виде фекалий или экскрементов.

рост тканей тела .

Пища клеточное дыхание О

органическое (энергия) вещество с высокой

потенциальной энергией СО