Лекция 10. ПОТОКИ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ, ДИНАМИКА ЭКОСИСТЕМ
Устойчивость биоценозов
Правило взаимоприспособленности (К. Мебиус и Г.Ф. Морозов):
виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутреннее противоречивое, но единое и взаимно увязанное целое.
Иначе говоря, в природных биоценозах не существует полезных и вредных птиц, насекомых, растений и т.д.; там все (и даже хищники типа волка) служат друг другу и взаимно приспособлены.
Что произойдет при исчезновении одного или нескольких видов из сообщества?
Если один вид вытеснит другой, то существенных изменений в биоценозе не произойдет, особенно если этот вид не относится к числу массовых. Например, при замене одного хищника (куницы) в лесу на другого (соболя), который способен добывать себе пищу как на земле, так и на деревьях, биоценоз леса сохранит все свои основные черты.
Еловый лес возле города может относительно долго сохраняться и даже восстанавливаться, несмотря на постоянные антропогенные воздействия и исчезновение некоторых видов птиц, растений, насекомых.
Если из состава биоценоза выпадают основные виды-средообразователи, это ведет к разрушению всей системы и смене сообществ. Очень часто причиной этому служит человек.
Принципы функционирования экосистем
Получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.
Совпадает с законом сохранения массы, т.к. атомы не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых различных химических соединениях и запас их практически не ограничен.
Экосистемы существуют за счет солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.
Существование экосистем и жизни на Земле обусловлено постоянным круговоротом веществ. Каждый цикл круговорота сопровождается потерями энергии и поэтому необходим постоянный приток солнечной энергии.
Потоки вещества и энергии в экосистеме
Поток вещества – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам (через консументы или без них).
Поток энергии – переход энергии в виде химических связей органических соединений (пищи) по цепям питания от одного трофического уровня к другому (более высокому).
При этом вещества могут вновь участвовать в круговороте, а энергия может быть использована только один раз.
Односторонний поток энергии – универсальное явление природы – обусловлен действием законов термодинамики:
1-й закон термодинамики: энергия может переходить из одной формы (энергии света) в другую (энергию химических связей), но никогда не создается вновь и не исчезает бесследно.
2-й закон термодинамики: Энергия при превращении из одной формы в другую, т.е. при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде.
Биологическая продуктивность экосистем
Биомасса – масса тела живых организмов.
Биологическая продукция – скорость создания органического вещества в экосистемах, т.е. биомассы.
Первичная продукция – органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени.
Вторичная продукция – продукция животных и других консументов.
Может ли вторичная продукция быть больше первичной?
Примеры продуктивности разных экосистем (в г. сухого вещества на 1м2 площади за сутки):
1 г – пустыни, глубокие моря,
1-3 г –луга, горные леса, пашни, мелкие моря, глубокие озера,
3-10г – степи, мелкие озера, леса умеренной полосы,
10-25 г – тропические леса, коралловые рифы.
Всем экосистемам отвечают определенные соотношения первичной и вторичной продукции.
Правило пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.
Например, масса всех трав, выросших за год в степи, значительно больше, чем годовой прирост всех растительноядных животных, а прирост хищников меньше, чем растительноядных животных.
Хищники 1-го порядка
|
|
Для океана пирамида биомассы (продукции) имеет «перевернутый» вид.
|
зоопланктон
Правило пирамиды чисел: общее число особей, которые участвуют в цепях питания, с каждым последующим звеном уменьшается.
Хищник обычно крупнее своих жертв и для поддержания собственной биомассы ему необходимо несколько или много жертв – обычная пирамида.
Однако бывают случаи, когда более мелкие хищники живут за счёт групповой охоты на крупных животных – «перевернутая» пирамида.
Какая пирамида всегда имеет «неперевернутый» вид? (пирамида энергии)
Какое правило подтверждает это?(правило 10%)
Зачем важно знать эти правила и закономерности формирования биологической продукции? (оценить агроэкосистемы, оценить допустимые пределы изъятия растительной и животной биомассы из природных систем)
Динамика экосистем