Реферат: Экосистема и ее свойства

Тема 1.2.: Экосистема и ее свойства

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………..3.

1.Экосистема — основное понятие экологии ……………………………………………4

2. Биотическая структураэкосистем……………………………………………………5.

3.Экологические факторы ……………………………………………………………….6

4.Функционирование экосистем………………………………………………………..12

5.Воздействие человека на экосистему………………………………………………...14

Заключение……………………………………………………………………………….16

Списоклитературы……………………………………………………………………….17

Введение

Слово «экология»образовано из двух греческих слов: «oicos», что означает дом, жилище,и «logos» — наука и дословно переводится как наука о доме,местообитании. Впервые этот термин использовал немецкий зоолог Эрнст Геккель в1886 году, определив экологию как область знаний, изучающую экономику природы,- исследование общих взаимоотношений животных как с живой, так и с неживойприродой, включающей все как дружественные, так и недружественные отношения, скоторыми животные и растения прямо или косвенно входят в контакт. Такоепонимание экологии стало общепризнанным и сегодня классическая экология — это наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

Живоевещество настолько многообразно, что его изучают на разных уровнях организациии под разным углом зрения.

Различаютследующие уровни организации биосистем (См. приложения (рис. 1)).

Уровниорганизмов, популяций и экосистем являются областью интересов классическойэкологии.

Взависимости от объекта исследования и угла зрения, под которым он изучается, вэкологии сформировались самостоятельные научные направления.

По размерностиобъектов изучения экологию делят на аутэкологию (организм и его среда),популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (сообщества и ихсреда), биогеоцитологию (учение об экосистемах) и глобальную экологию ( учениео биосфере Земли).

Взависимости от объекта изучения экологию подразделяют на экологиюмикроорганизмов, грибов, растений, животных, человека, агроэкологию,промышленную (инженерную), экологию человека и т.п.

По средами компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, моря, пустынь,высокогорий и других средовых и географических пространств.

Кэкологии часто относят большое количество смежных отраслей знаний, главнымобразом из области охраны окружающей среды.

В даннойработе рассмотрены прежде всего основы общей экологии, то естьклассическиезаконы взаимодействия живых организмов с окружающей средой.

1.Экосистема — основное понятие экологии

Экология рассматриваетвзаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых,происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и,во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчиненозаконам.

Экосистемойназывают совокупность продуцентов, консументов и детритофагов,взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обменавеществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая системасохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

Таким образом, дляестественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательнопредставляет собой совокупность живых и неживых компонентов ((см. приложение(рис. 2));

2) в рамках экосистемыосуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества изаканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3) экосистема сохраняетустойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определеннойструктурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, лес,пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

Как видно из примеров, более простые экосистемы входятв более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организациисистем, в данном случае экологических.

Таким образом, устройствоприроды следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных однав другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема- биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всемиживыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Грозящая всемучеловечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которымдолжна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человекавыведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразиявзаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивоесостояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед заней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шансприспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и скорее всегоисчезнет первым. Поучительным и наглядным тому примером является историяострова Пасхи.

На одном изполинезийских островов, носящем название острова Пасхи, в результате сложныхмиграционных процессов в VII веке возникла замкнутая изолированная от всегомира цивилизация. В благоприятном субтропическом климате она за сотни летсуществования достигла известных высот развития, создав само-бытную культуру иписьменность, до наших дней не поддающуюся расшифровке. А в XVII веке она безостатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затемпогубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитянне осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные «ноевыковчеги» — лодки или плоты. В память о себе исчезнувшее сообществооставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами — свидетелямибылого могущества.

Итак, экосистема являетсяважнейшей структурной единицей устройства окружающего мира. Как видно из рис. 1(см. приложение), основу экосистем составляют живое вещество, характеризующеесябиотическойструктурой, и среда обитания,обусловленная совокупностью экологических факторов. Рассмотрим ихболее подробно.

2. Биотическая структура экосистем

Экосистема основана наединстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется вследующем. Из элементов неживой природы, главным образом молекул CO2 и H2O, подвоздействием энергии солнца синтезируются органические вещества, составляющиевсе живое на планете. Процесс создания органического вещества в природе происходитодновременно с противоположным процессом — потреблением и разложением этоговещества вновь на исходные неорганические соединения. Совокупность этихпроцессов протекает в рамках экосистем различных уровней иерархии. Чтобы этипроцессы были уравновешены, природа за миллиарды лет отработала определенную структуруживого вещества системы.

Движущей силой в любойматериальной системе служит энергия. В экосистемы она поступает главным образомот Солнца. Растения за счет содержащегося в них пигмента хлорофилла улавливаютэнергию излучения Солнца и используют ее для синтеза основы любогоорганического вещества — глюкозы C6H12O6.

Кинетическая энергиясолнечного излучения преобразуется таким образом в потенциальную энергию,запасенную глюкозой. Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральнымиэлементами питания — биогенами — образуются все тканирастительного мира — белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то естьорганическое вещество планеты.

Кроме растенийпродуцировать органическое вещество могут некоторые бактерии. Они создают своиткани, запасая в них, как и растения, потенциальную энергию из углекислого газабез участия солнечной энергии. Вместо нее они используют энергию, котораяобразуется при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа иособенно серы (в глубоких океанических впадинах, куда не проникает солнечныйсвет, но где в изобилии скапливается сероводород, обнаружены уникальныеэкосистемы). Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому организмыназываются хемосинтетиками.

Таким образом, растения ихемосинтетики создают органическое вещество из неорганических составляющих спомощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами.Высвобождение запасенной продуцентами потенциальной энергии обеспечиваетсуществование всех остальных видов живого на планете. Виды, потребляющиесозданную продуцентами органику как источ-ник вещества и энергии для своейжизнедеятельности, называются консументами или гетеротрофами.

Консументы — это самыеразнообразные организмы (от микроорганизмов до синих китов): простейшие,насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включаячеловека.

Консументы, в своюочередь, подразделяются на ряд подгрупп в соответствии с различиями висточниках их питания.

Животные, питающиесянепосредственно продуцентами, называются первичными консументами иликонсументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы.Например, кролик, питающийся морковкой, — это консумент первого порядка, алиса, охотящаяся за кроликом, — консумент второго порядка. Некоторые виды живыхорганизмов соответствуют нескольким таким уровням. Например, когда человек естовощи — он консумент первого порядка, говядину — консумент второго порядка, аупотребляя в пищу хищную рыбу, выступает в роли консумента третьего порядка.

Первичные консументы,питающиеся только растениями, называются растительноядными или фитофагами.Консументы второго и более высоких порядков — плотоядные. Виды,употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным,например, человек.

Мертвые растительные иживотные остатки, например опавшие листья, трупы животных, продукты системвыделения, называются детритом. Это органика! Существует множество организмов,спе-циализирующихся на питании детритом. Они называются детритофагами.Примером могут служить грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.п. Каки в случае обычных консументов, различают первичных детритофагов, питающихсянепосредственно детритом, вторичных и т. п.

Наконец, значительнаячасть детрита в экосистеме, в частности опавшие листья, валежная древесина, всвоем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессепитания ими грибов и бактерий.

Поскольку роль грибов ибактерий столь специфична, их обычно выделяют в особую группу детритофагов иназывают редуцентами. Редуценты служат на Земле санитарами изамыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на исходныенеорганические составляющие — углекислый газ и воду.

Таким образом, несмотряна многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. Вкаждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения — продуценты, различныеуровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическуюструктуру экосистем.

3. Экологические факторы

Неживая и живая природа,окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания.Множество отдельных компонентов среды, влияющих на организмы, называются экологическимифакторами.

По природе происхождениявыделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Абиотическиефакторы — это свойства неживой природы, которые прямо или косвенновлияют на живые организмы.

Биотические факторы — это все формы воздействия живых организмов друг на друга.

Раньше к биотическимфакторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящеевремя выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком. Антропогенныефакторы — это все формы деятельности человеческого общества, которыеприводят к изменению природы как среды обитания и других видов инепосредственно сказываются на их жизни.

Таким образом, каждыйживой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, втом числе и человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую изэтих составляющих.

Законы воздействия экологических факторов на живыеорганизмы

Несмотря на многообразиеэкологических факторов и различную природу их происхождения, существуютнекоторые общие правила и закономерности их воздействия на живые организмы.

Для жизни организмовнеобходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитанияблагоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающимдля жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитиеорганизма, поэтому называется лимитирующим фактором.Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничиваетнедостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света ит.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих первымэкспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания,который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал этоявление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.

В современнойформулировке закон минимума звучит так: выносливостьорганизма определяется самым слабым звеном в цепи его экологическихпотребностей. Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть нетолько недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей,перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумомлимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либихаамериканский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности. Согласно законутолерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) можетбыть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон междуними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическуювалентность организма к данному фактору ((см. приложение рис. 3).

Благоприятный диапазондействия экологического фактора называется зоной оптимума(нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора отоптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этотдиапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимальнопереносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которыхсуществование организма или популяции уже невозможно.

В соответствии с закономтолерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим средуначалом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода можетрассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах онапросто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальномупочвообразованию в черноземной зоне.

Виды, для существованиякоторых необходимы строго определенные экологические условия, называютстенобиотными, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широкимдиапазоном изменения параметров, — эврибиотными.

Среди законов,определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей его средой, выделимправило соответствия условий среды генетической предопределенности организма.Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор ипостольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическимвозможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.

Абиотические факторы среды обитания

Абиотические факторы — это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живыеорганизмы. На рис. 5 (см. приложение) приведена классификация абиотическихфакторов. Начнем рассмотрение с климатических факторов внешнейсреды.

Температура являетсянаиболее важным климатическим фактором. От нее зависит интенсивность обменавеществ организмов и их географическое распространение. Любой организм способенжить в пределах определенного диапазона температур. И хотя для разных видоворганизмов (эвритермных и стенотермных) эти интервалы различны, для большинстваиз них зона оптимальных температур, при кото-рых жизненные функцииосуществляются наиболее активно и эффективно, сравнительно невелика. Диапазонтемператур, в которых может существовать жизнь, составляет примерно 300 С: от-200 до +100 ЬС. Но большинство видов и большая часть активности приурочены кеще более узкому диапазону температур. Определенные организмы, особенно встадии покоя, могут существовать по крайней мере некоторое время, при оченьнизких температурах. Отдельные виды микроорганизмов, главным образом бактерии иводоросли, способны жить и размножаться при температурах, близких к точкекипения. Верхний предел для бактерий горячих источников составляет 88 С, длясине-зеленых водорослей — 80 С, а для самых устойчивых рыб и насекомых — около50 С. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются болеекритическими, чем нижние, хотя многие организмы вблизи верхних пределовдиапазона толерантности функционируют более эффективно.

У водных животныхдиапазон толерантности к температуре обычно более узок по сравнению с наземнымиживотными, так как диапазон колебаний температуры в воде меньше, чем на суше.

Таким образом,температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Температурныеритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активностьрастений и животных.

Количество осадкови влажность — основные величины, измеряемые при изучении этого фактора.Количество осадков зависит в основном от путей и характера больших перемещенийвоздушных масс. Например, ветры, дующие с океана, оставляют большую часть влагина обращенных к океану склонах, в результате чего за горами остается«дождевая тень», способствующая формированию пустыни. Двигаясь вглубь суши, воздух аккумулирует некоторое количество влаги, и количествоосадков опять увеличивается. Пустыни, как правило, расположены за высокимигорными хребтами или вдоль тех берегов, где ветры дуют из обширных внутреннихсухих районов, а не с океана, например, пустыня Нами в Юго-Западной Африке.Распределение осадков по временам года — крайне важный лимитирующий фактор дляорганизмов.

Влажность — параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Абсолютнойвлажностью называют количество водяного пара в единице объема воздуха. В связис зависимостью количества пара, удерживаемого воздухом, от температуры идавления, введено понятие относительной влажности — это отношение пара,содержащегося в воздухе, к насыщающему пару при данных температуре и давлении.Так как в природе существуют суточный ритм влажности — повышение ночью иснижение днем, и колебание ее по вертикали и горизонтали, этот фактор наряду сосветом и температурой играет важную роль в регулировании активности организмов.Доступный живым организмам запас поверхностной воды зависит от количестваосадков в данном районе, но эти величины не всегда совпадают. Так, пользуясьподземными источниками, куда вода поступает из других районов, животные ирастения могут получать больше воды, чем от поступления ее с осадками. Инаоборот, дождевая вода иногда сразу же становится недоступной для организмов.

Излучение Солнцапредставляет собой электромагнитные волны различной длины. Оно совершеннонеобходимо живой природе, так как является основным внешним источником энергии.Надо иметь в виду то, что спектр электромагнитного излучения Солнца весьмаширок и его частотные диапазоны различным образом воздействуют на живоевещество.

Для живого вещества важныкачественные признаки света — длина волны, интенсивность и продолжительностьвоздействия.

Ионизирующееизлучение выбивает электроны из атомов и присоединяет их к другиматомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Его источникомслужат радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах, кроме того, онопоступает из космоса.

Разные виды живыхорганизмов сильно отличаются по своим способностям выдерживать большие дозырадиационного облучения. Как показывают данные большей части исследований,наиболее чувствительны к облучению быстро делящиеся клетки.

У высших растенийчувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеруклеточного ядра, а точнее объему хромосом или содержанию ДНК.

Газовый состав атмосферытакже является важным климатическим фактором. Примерно 3-3,5 млрд лет назадатмосфера содержала азот, аммиак, водород, метан и водяной пар, а свободныйки-слород в ней отсутствовал. Состав атмосферы в значительной степениопределялся вулканическими газами. Из-за отсутствия кислорода не существовалоозонового экрана, задерживающего ультрафиолетовое излучение Солнца. С течениемвремени за счет абиотических процессов в атмосфере планеты стал накапливатьсякислород, началось формирование озонового слоя.

Ветерспособен даже изменять внешний вид растений, особенно в тех местообитаниях,например в альпийских зонах, где лимитирующее воздействие оказывают другиефакторы. Экспериментально показано, что в открытых горных местообитаниях ветерлимитирует рост растений: когда построили стену, защищавшую растения от ветра,высота растений увеличилась. Большое значение имеют бури, хотя их действиесугубо локально. Ураганы и обычные ветры способны переносить животных ирастения на большие расстояния и тем самым изменять состав сообществ.

Атмосферное давление,по-видимому, не является лимитирующим фактором непосредственного действия,однако оно имеет прямое отношение к погоде и климату, которые оказываютнепосредственное лимитирующее воздействие.

Рассмотрим далее факторыводной среды.

Водные условия создаютсвоеобразную среду обитания организмов, отличающуюся от наземной прежде всегоплотностью и вязкостью. Плотность воды примерно в 800 раз, а вязкостьпримерно в 55 раз выше, чем у воздуха. Вместе с плотностью и вязкостьюважнейшими физико-химическими свойствами водной среды являются:температурная стратификация, то есть изменение температуры по глубине водногообъекта и периодические изменения температуры во времени, а такжепрозрачность воды, определяющая световой режим под ееповерхностью: от прозрачности зависит фотосинтез зеленых и пурпурныхводорослей, фитопланктона, высших растений.

Как и в атмосфере, важнуюроль играет газовый состав водной среды. В водных местообитанияхколичество кислорода, углекислого газа и других газов, растворенных в воде ипотому доступных организмам, сильно варьируется во времени. В водоемах свысоким содержанием органических веществ кислород является лимитирующимфактором первостепенной важности.

Кислотность — концентрация водородных ионов (рН) — тесно связана с карбонатной системой.Значение рН изменяется в диапазоне от 0 рН до 14: при рН=7 среда нейтральная,при рН<7 — кислая, при рН>7 — щелочная. Если кислотность не приближаетсяк крайним значениям, то сообщества способны компенсировать изменения этогофактора — толерантность сообщества к диапазону рН весьма значительна. В водах снизким рН содержится мало биогенных элементов, поэтому продуктивность здеськрайне мала.

Соленость — содержание карбонатов, сульфатов, хлоридов и т.д. — является еще одним значимымабиотическим фактором в водных объектах. В пресных водах солей мало, из нихоколо 80 % приходится на карбонаты. Содержание минеральных веществ в мировомокеане составляет в среднем 35 г/л. Организмы открытого океана обычностеногалинны, тогда как организмы прибрежных солоноватых вод в общемэвригалинны. Концентрация солей в жидкостях тела и тканях большинства морскихорганизмов изотонична концентрации солей в морской воде, так что здесь невозникает проблем с осморегуляцией.

Течение нетолько сильно влияет на концентрацию газов и питательных веществ, но и прямодействует как лимитирующий фактор. Многие речные растения и животныеморфологически и физиологически особым образом приспособлены к сохранениюсвоего положения в потоке: у них есть вполне определенные пределы толерантностик фактору течения.

Гидростатическоедавление в океане имеет большое значение. С погружением в воду на 10 мдавление возрастает на 1 атм (105 Па). В самой глубокой части океана давлениедостигает 1000 атм (108 Па). Многие животные способны переносить резкиеколебания давления, особенно, если у них в теле нет свободного воздуха. Впротивном случае возможно развитие газовой эмболии. Высокие давления,характерные для больших глубин, как правило, угнетают процессыжизнедеятельности.

Почва.

Почвой называют слойвещества, лежащий поверх горных пород земной коры. Русский ученый — естествоиспытатель Василий Васильевич Докучаев в 1870 году первым рассмотрелпочву как динамическую, а не инертную среду. Он доказал, что почва постоянноизменяется и развивается, а в ее активной зоне идут химические, физические ибиологические процессы. Почва формируется в результате сложного взаимодействияклимата, растений, животных и микроорганизмов. В состав почвы входят четыреосновных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50-60 % общегосостава почвы), органическое вещество (до 10 %), воздух (15-25 %) и вода (25-30%).

Минеральный скелетпочвы — это неорганический компонент, который образовался изматеринской породы в результате ее выветривания.

Органическоевещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частейи экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называютсяподстилкой, а конечный продукт разложения — аморфное вещество, в котором уженевозможно распознать первоначальный материал, — называется гумусом. Благодарясвоим физическим и химическим свойствам гумус улучшает структуру почвы и ееаэрацию, а также повышает способность удерживать воду и питательные вещества.

В почве обитает множествовидов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химическиехарактеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, червии членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий1000-7000, микроскопических грибов — 100-1000, водорослей 100-300,членистоногих — 1000, червей 350-1000.

Главным топографическимфактором является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средниетемпературы, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количествоосадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферноедавление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных,обуславливая вертикальную зональность.

Горные цепи могутслужить климатическими барьерами. Горы служат также барьерами дляраспространения и миграции организмов и могут играть роль лимитирующего факторав процессах видообразования.

Еще один топографическийфактор — экспозиция склона. В северном полушарии склоны, обращенныена юг, получают больше солнечного света, поэтому интенсивность света итемпература здесь выше, чем на дне долин и на склонах северной экспозиции. Вюжном полушарии имеет место обратная ситуация.

Важным фактором рельефаявляется также крутизна склона. Для крутых склонов характерныбыстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и более сухие.

Для абиотических условийсправедливы все рассмотренные законы воздействия экологических факторов наживые организмы. Знание этих законов позволяет ответить на вопрос: почему вразных регионах планеты сформировались разные экосистемы? Основнаяпричина — своеобразие абиотических условий каждого региона.

Биотические отношения и роль видов в экосистеме

Ареалы распространения ичисленность организмов каждого вида ограничиваются не только условиями внешнейнеживой среды, но и их отношениями с организмами других видов. Непосредственноеживое окружение организма составляет егобиотическую среду, афакторы этой среды называются биотическими. Представители каждоговида способны существовать в таком окружении, где связи с другими организмамиобеспечивают им нормальные условия жизни.

Рассмотрим характерные особенностиотношений различных типов.

Конкуренцияявляется в природе наиболее всеохватывающим типом отношений, при котором двепопуляции или две особи в борьбе за необходимые для жизни условия воздействуютдруг на друга отрицательно.

Конкуренция может быть внутривидовойи межвидовой.

Внутривидоваяборьба происходит между особями одного и того же вида, межвидовая конкуренцияимеет место между особями разных видов. Конкурентное взаимодействие можеткасаться жизненного пространства, пищи или биогенных элементов, света, местаукрытия и многих других жизненно важных факторов.

Межвидоваяконкуренция, независимо от того, что лежит в ее основе, может привести либо кустановлению равновесия между двумя видами, либо к замене популяции одного видапопуляцией другого, либо к тому, что один вид вытеснит другой в иное место илиже заставит его перейти на использование иных ресурсов. Установлено, что дваодинаковых в экологическом отношении и потребностях вида не могутсосуществовать в одном месте и рано или поздно один конкурент вытесняетдругого. Это так называемый принцип исключения или принцип Гаузе.

Поскольку в структуреэкосистемы преобладают пищевые взаимодействия, наиболее характерной формойвзаимодействия видов в трофических цепях является хищничество,при котором особь одного вида, называемая хищником, питается организмами (иличастями организмов) другого вида, называемого жертвой, причем хищник живетотдельно от жертвы. В таких случаях говорят, что два вида вовлечены в отношенияхищник — жертва.

Еще один типвзаимодействия видов — паразитизм. Паразиты питаются за счет другогоорганизма, называемого хозяином, однако в отличие от хищников они живут нахозяине или внутри его организма на протяжении значительной части их жизненногоцикла. Паразит использует для своей жизнедеятельности питательные веществахозяина, тем самым постоянно ослабляя, а нередко убивая его.

От паразитизма отличаетсяаменсализм, при котором один вид причиняет вред другому, неизвлекая при этом для себя никакой пользы. Чаще всего это те случаи, когдапричиняемый вред заключается в изменении среды. Так поступает человек, разрушаяи загрязняя окружающую среду.

Нейтрализм — это такой тип отношений, при котором ни одна из популяций не оказывает надругую никакого влияния: никак не сказывается на росте его популяций,находящихся в равновесии, и на их плотности. В действительности бывает, однако,довольно трудно при помощи наблюдений и экспериментов в природных условияхубедиться, что два вида абсолютно независимы один от другого.

Обобщая рассмотрение формбиотических отношений, можно сделать следующие выводы:

1) отношения между живымиорганизмами являются одним из основных регуляторов численности ипространственного распределения организмов в природе;

2) негативныевзаимодействия между организмами проявляются на начальных стадиях развитиясообщества или в нарушенных природных условиях; в недавно сформировавшихся илиновых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательныхвзаимодействий больше, чем в старых ассоциациях;

3) в процессе эволюции иразвития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательныхвзаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующихвидов.

Все эти обстоятельствачеловек должен учитывать при проведении мероприятий по управлениюэкологическими системами и отдельными популяциями с целью использования их всвоих интересах, а также предвидеть косвенные последствия, которые могут приэтом иметь место.

4. Функционирование экосистем

Энергия в экосистемах.

Напомним, что экосистема- это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией,веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначалапроцесс обмена энергией.

Энергиюопределяют как способность производить работу. Свойства энергии описываютсязаконами термодинамики.

Первый закон(начало) термодинамики или закон сохранения энергииутверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она неисчезает и не создается заново.

Второй закон(начало) термодинамики илизакон энтропии утверждает, чтов замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергиив экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные спревращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии,что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует.Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, илииначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградацииэнергии, естьэнтропия. Чем выше упорядоченность системы, темменьше ее энтропия.

Таким образом, любаяживая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельностьблагодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии(энергия Солнца); во вторых, способности за счет устройства составляющих еекомпонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав — рассеивать в окружающую среду.

Таким образом, сначалаулавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одноготрофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности,организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии.

Энергия и продуктивность экосистем

Итак, жизнь в экосистемеподдерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое веществоэнергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому; при этомпроисходит постоянное превращение энергии из одних форм в другие. Кроме того,при превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла.

Тогда возникает вопрос: вкаких количественных соотношениях, пропорциях должны находиться между собойчлены сообщества разных трофических уровней в экосистеме, чтобы обеспечиватьсвою потребность в энергии?

Весь запас энергиисосредоточен в массе органического вещества — биомассе, поэтому интенсивностьобразования и разрушения органического вещества на каждом из уровней определяетсяпрохождением энергии через экосистему ( биомассу всегда можно выразить вединицах энергии).

Скорость образованияорганического вещества называют продуктивностью. Различают первичную ивторичную продуктивность.

В любой экосистемепроисходит образование биомассы и ее разрушение, причем эти процессы всецелоопределяются жизнью низшего трофического уровня — продуцентами. Все остальныеорганизмы только потребляют уже созданное растениями органическое вещество и,следовательно, общая продуктивность экосистемы от них не зависит.

Высокие скоростипродуцирования биомассы наблюдаются в естественных и искусственных экосистемахтам, где благоприятны абиотические факторы, и особенно при поступлениидополнительной энергии извне, что уменьшает собственные затраты системы наподдержание жизнедеятельности. Такая дополнительная энергия может поступать вразной форме: например, на возделываемом поле — в форме энергии ископаемоготоплива и работы, совершаемой человеком или животным.

Таким образом, дляобеспечения энергией всех особей сообщества живых организмов экосистемынеобходимо определенное количественное соотношение между продуцентами,консументами разных порядков, детритофагами и редуцентами. Однако дляжизнедеятельности любых организмов, а значит и системы в целом, только энергиинедостаточно, они обязательно должны получать различные минеральные компоненты,микроэлементы, органические вещества, необходимые для построения молекул живоговещества.

Круговорот элементов в экосистеме

Откуда изначально берутсяв живом веществе необходимые для построения организма компоненты? Их поставляютв пищевую цепь все те же продуценты. Неорганические минеральные вещества и водуони извлекают из почвы, CO2 — из воздуха, и из образованной в процессефотосинтеза глюкозы с помощью биогенов строят далее сложные органическиемолекулы — углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины и т.п.

Чтобы необходимыеэлементы были доступны живым организмам, они все время должны быть в наличии.

В этой взаимосвязиреализуется закон сохранения вещества. Его удобно сформулировать следующимобразом: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются ине превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованиемразличных молекул и соединений (одновременно происходит поглощение иливыделение энергии). В силу этого атомы могут использоваться в самых различныхсоединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит вестественных экосистемах в виде круговоротов элементов. При этом выделяют двакруговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Круговорот водыявляется одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играетглавную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. Вбиосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершаетмалый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсацияводяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуютмалый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу,круговорот становится значительно сложнее. В этом случае часть осадковиспаряется и поступает обратно в атмосферу, другая — питает реки и водоемы, нов итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая темсамым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том,что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связываетвоедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды иатмосферную влагу. Вода — важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды,проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральныесоли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Обобщая законыфункционирования экосистем, сформулируем еще раз основные их положения:

1) природные экосистемысуществуют за счет не загрязняющей среду даровой солнечной энергии, количествокоторой избыточно и относительно постоянно;

2) перенос энергии ивещества через сообщество живых орга-низмов в экосистеме происходит по пищевойцепи; все виды живого в экосистеме делятся по выполняемым ими функциям в этойцепи на продуцентов, консументов, детритофагов и редуцентов — это биотическаяструктура сообщества; количественное соотношение численности живых организмовмежду трофическими уровнями отражает трофическую структуру сообщества, котораяопределяет скорость прохождения энергии и вещества через сообщество, то естьпродуктивность экосистемы;

3) природные экосистемыблагодаря своей биотической структуре неопределенно долго поддерживаютустойчивое состояние, не страдая от истощения ресурсов и загрязнениясобственными отходами; получение ресурсов и избавление от отходов происходят врамках круговорота всех элементов.

5. Воздействие человека на экосистему.

Воздействиечеловека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разныхаспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки зрения экологиипредставляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологическиесистемы под углом зрения соответствия или противоречия действий человекаобъективным законам функционирования природных экосистем. Исходя из взгляда набиосферу как глобальную экосистему, все многообразие видов деятельностичеловека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов ибаланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты.Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им даноназвание экологического кризиса. Современный экологический кризисхарактеризуется следующими проявлениями:

— постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов ватмосфере;

— общееи местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферногоозонового экрана;

— загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическимисоединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение водуглекислым газом;

— разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши врезультате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердогостока, нерестовых путей и т.п.;

— загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществв результате химических и фотохимических реакций;

— загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения,высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

— опустынивание планеты;

— деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодныхдля сельского хозяйства;

— радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронениемрадиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

— накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, вособенности практически неразлагающихся пластмасс;

— сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газоватмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

— загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает ихнепригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни влитосфере;

— массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

— ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированныхтерриториях;

— общееистощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

— изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформированиепищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

— нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

Заключение

Когда всередине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказалисьв центре внимания мировой общественности, встал вопрос: сколько времени взапасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды пренебрежительногоотношения к окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это времянастало. Мы стали свидетелями глобального экологического кризиса,спровоцированного деятельностью человека. Вместе с тем последние тридцать летне прошли даром: создана более твердая научная основа понимания проблемокружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях,организованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезныезаконы и постановления, достигнуты некоторые международные договоренности.

Однаколиквидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения.Например, люди применяют все новые средства борьбы с загрязнениями наавтомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы поставитьпод вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмерных потребностей.Человечество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, необращая внимание на собственный демографический взрыв, стирающий с лица землиприродные экосистемы.

Основнойвывод из рассмотренного в учебном пособии материала совершенно ясен: системы,противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попыткисохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случаеобречены на неудачу.

Чтобыпринимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы,определяющие устойчивое развитие, а именно:

стабилизациячисленности населения;

переходк более энерго и ресурсосберегающему образу жизни;

развитиеэкологически чистых источников энергии;

созданиемалоотходных промышленных технологий;

рециклизацияотходов;

созданиесбалансированного сельскохозяйственного производства, не истощающего почвенныеи водные ресурсы и не загрязняющего землю и продукты питания;

сохранениебиологического разнообразия на планете.

Список литературы

1. НебелБ. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. — М.: Мир, 1993.

2. ОдумЮ. Экология: В 2 т. — М.: Мир, 1986.

3. РеймерсН. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-справочник. — М.: Просвещение, 1992. — 320 с.