Когда растительность поедается консументами, большая часть съеденного органического вещества растений окисляется и служит источником энергии, меньшая часть является строительным материалом и идет на прирост или восстановление биомассы.
В среднем считается, что лишь порядка 10% биомассы и связанной в ней энергии переходит с каждого трофического уровня на следующий, т.е. продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше в среднем в 10 раз продукции предыдущего уровня.
Так, например, в среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг биомассы растительноядных животных (консументов первого порядка). Плотоядные животные (консументы второго порядка), поедающие растительноядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы, а хищники (консументы третьего порядка), которые питаются плотоядными животными, синтезируют только 1 кг своей биомассы.
Таким образом, суммарная биомасса, заключенная в ней энергия, а также численность особей прогрессивно уменьшаются по мере восхождения по трофическим уровням.
Эта закономерность получила название правила экологической пирамиды. (Ч.Элтоном (1927 г.))
Экологическая пирамида – представляет собой график состояния каждого трофического уровня. Показатели: численность на единицу площади; биомасса на единицу площади, энергия. Пирамиды, построенные на основе изменений численности и биомассы могут иметь перевернутый вид, а на основе изменений энергии – никогда.
В классической пирамиде в нижних основаниях пирамиды оказываются продуценты, а вверху – консументы.
Пирамиды энергетических потоков и расхода энергии свидетельствуют о том, что чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии.
Поэтому, обычно, трофических звеньев в одной цепи – не более 3–5.
Экологическая пирамида выражает трофическую структуру экосистем в геометрической форме.
Правило экологической пирамиды универсально и объективно отражает круговорот веществ и поток энергии в биосфере. В масштабе всей биосферы это правило никогда не нарушается.
Чтобы оценить значение того или иного вида для круговорота веществ в данном биогеоценозе необходимо знать не только его биомассу, но и относительную скорость ее создания, т.е. биологическую продуктивность. Таким образом, Биологическая продуктивность - это скорость создания определенного количества биомассы растений, животных и микроорганизмов, входящих в состав биогеоценоза.
Ключевое слово в понятии продуктивность – скорость. Однако вместо термина «продуктивность» часто используется термин «продукция», но при этом все равно учитывается фактор времени.
Биологическую продуктивность нельзя смешивать с биомассой.
Биомасса - это выраженное в единицах массы (веса) или энергии количество живого вещества тех или иных организмов, обитающих на исследуемой площади или в исследуемом объеме. Например:
-планктонные водоросли за год на единицу площади синтезируют столько же органического вещества, сколько и высокопродуктивные леса, однако биомасса последних в сотни тысяч раз больше;
-популяции мелких млекопитающих по сравнению с крупными обладают большей скоростью роста и размножения и поэтому имеют более высокую продуктивность при равной биомассе.
Различают первичную и вторичную продуктивность экосистем, промежуточную и конечную продукцию. Продуктивность различных экосистем неодинакова и зависит от ряда экологических факторов, в первую очередь, климатических (тепло, влага и др).
Биологическая продуктивность экосистемы — производительность экосистемы, измеряемая за единицу времени на единицу площади. Самая высокая продуктивность у коралловых рифов, тропических лесов, заболоченных местностей.
Самая низкая продуктивность в тундре, горных степях, большей части морских экосистем.
5.Взаимосвязи между популяциями в экосистемах.
Состав и структура группировок, их устойчивость и изменение зависит от сложных взаимосвязей между популяциями разных видов. Выделяют следующие типы связей между отдельными популяциями разных видов в экосистемах:
-Прямые - непосредственно связывают две популяции (хищник и добыча, паразит и хозяин);
-Косвенные - популяции одного вида влияют на популяцию другого опосредованно, через популяции третьего (хищники, поедая добычу, влияют на популяции растений);
-Трофические - это связи питания (хищник-добыча);
-Топические - это пространственные связи (орхидеи на стволах деревьев);
-Антибиотические взаимосвязи (хищничество, конкуренция, выедание) - каждая из взаимодействующих популяций разных видов испытывает негативное влияние другой;
-Нейтральные взаимосвязи - существование на общей территории популяции разных видов не влечет для каждой из них никаких последствий (хищники разных видов);
-Симбиотические взаимосвязи (мутуализм, комменсализм, паразитизм) - все формы сосуществования организмов разных видов (клубеньковые бактерии и бобовые растения).
6.Динамика и развитие экосистем. Сукцессии.
Экосистемы, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находятся в состоянии динамики. Эта динамика может относиться как к отдельным звеньям экосистем, так и к системе в целом. Динамика связана с адаптациями к внешним факторами к факторам, которые создает и сама экосистема.
В масштабах времени экосистемы не остаются неизменными, они меняются по определенным законам и эти изменения называются сукцессией.
Суточный тип динамики связан с изменениями в фотосинтезе и испарении воды растениями, с поведением животных. Экосистемы меняются и в многолетнем ряду. Периодически повторяющаяся динамика - циклические изменения, или флуктуации, а направленная динамика - поступательная, развитие экосистем.
Сукцессия - смена биоценозов и экосистем в целом.
Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им.
Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им.
Замещение видов в экосистемах вызывается тем, что популяции, стремясь модифицировать окружающую среду, создают условия, благоприятные для других популяций; это продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами. Такое равновесное сообщество называется зрелым, или климаксным.
Сукцессия в энергетическом смысле связана с фундаментальным сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание системы.
Сукцессия состоит из стадий роста, стабилизации и климакса. Их можно различать на основе критерия продуктивности: на первой стадии продукция растет до максимума, на второй остается постоянной, на третьей уменьшается до нуля по мере деградации системы.
Первичная сукцессия - развитие происходит на безжизненном субстрате (заброшенные песчаные карьеры). Сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Их называют климаксными Характерные закономерности сукцессии в том, что каждой присущ набор видов, характерных для данного региона наиболее приспособленных к определенной стадии развития сукцессионного ряда.
Сукцессионные смены связывают с истощением почвы и вымиранием в ней организмов (почвоутомление).
Вместе с природными факторами причиной динамики экосистем выступает человек. Им разрушено много коренных экосистем. К сменам экосистем, например, относят такие виды деятельности человека, как осушение болот, чрезмерные вырубки леса и т. п.
Антропогенные воздействия ведут к упрощению экосистем, дигрессиям.
2. Вторичные сукцессии (антропогенные) отличаются от первичных тем, что начинаются не с нулевых значений, а возникают на месте разрушенных или нарушенных экосистем (после вырубок лесов, пожаров). Основное отличие этих сукцессий: - протекают быстрее первичных, так как начинаются с промежуточных стадий (трав, кустарников) на фоне более богатых почв.
Сукцессии разномасштабны и иерархичны: они происходят не только на обширных территориях суши, но на стволах деревьев и в пнях, не только в океанах, но в лужах и прудах.
7.Рациональное использование экосистем.
- означает изъятие из экосистемы тех организмов или их частей, которые используются в пищу (или для других целей), без ущерба для ее продуктивности.
1.Для рационального использования растений естественных экосистем и агроценозов:
а) внесение удобрений – следует применять осторожно, т.к. может привести к ухудшению структуры почвы и снижению плодородия;
б) искусственное орошение или дренаж почв;
в) выведение генетически устойчивых сортов;
г) применение химических средств (пестициды, гербициды) – следует применять очень осторожно т. к. они очень медленно разлагаются в экосистеме и вызывают негативные последствия на других трофических уровнях;
д) использование культур более устойчивых к окружающей среде.
2.Для рационального использования животных:
а) концепция максимального постоянного уровня добычи – это наибольшая скорость изъятия особей из популяции без ущерба для ее дальнейшей продуктивности.
б) изымать особей, не играющих роли в воспроизводстве популяции (Пример: в Англии установлен min размер ячеек для рыболовных сетей, следовательно, молодые особи, необходимые для воспроизводства, в сети не попадают).
Техногенные экосистемы.
Техногенные экосистемы образовались в результате воздействия на окружающую среду крупной техники. Это карьеры, рудники, места добычи нефти и газа, места строительства автомагистралей, водохранилищ и т.п. Крупная техника разрушает верхний плодородный слой почвы, оказывает сильное давление на нижележащие слои литосферы, нарушает в них естественные обменные процессы. В результате действия крупной техники происходит перемещение больших количеств природных материалов. Это приводит к разрушению природных экосистем, нарушению мест обитания диких животных, нарушению природной гидрологической сети экосистемы, загрязнению природных экосистем. Природные экосистемы не приспособлены к действию крупной техники, поэтому процесс восстановления занимает долгие годы, и часто приводит к деградации и гибели природных экосистем
9.Биосфера и ноосфера.Биосфера и ее границы.
Биосфера - особая оболочка Земли, населенная живыми организмами. Первые представления о биосфере как «зоне жизни» дал Ж. Б. Ламарк, термин предложил австрийский ученый Е.Зюсс (1875), а целостное учение о биосфере создал В.И. Вернадский («Биосфера» 1926).
В. И. Вернадский не только конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной средообразующей силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.
Биосфера - это часть геологических оболочек Земли, заселенная живыми организмами:
-в литосфере - до 4-5 км в глубину (ограничительный фактор - температура), в гидросфере - по всей глубине (до 11 034 м);
-в атмосфере - до 20-25 км в высоту (ограничительный фактор - ультрафиолетовые лучи).