Понятие экосистемы, , сукцессии и ее видов

Введение 

     Взаимодействие  человека с природой - одна из наиболее сложных и трудно разрешимых проблем  современности. Сегодня стало очевидным, что задачи сохранения окружающей среды  и экономического развития взаимосвязаны: разрушая и истощая природную  среду невозможно обеспечить устойчивое экономическое развитие.

     Формирование  комплексной и гармоничной системы  природопользования - важная проблема, стоящая перед человеком.

     Целью данной работы является  изучение экологических систем, сукцессии и ее видов.

     Рабочей гипотезой выдвинуто предположение что, изучение  данной темы будет эффективным при условиях:

• изучения экологической пирамиды;
• рассмотрение видов сукцессии;
• изучение стабильности и развития экосистем.

     Основными задачами работы являются:

• объяснить понятие и сущность экосистемы;
• определить виды экологической сукцессии;
• изучить пути решения проблемы взаимодействия человека с природой.

 
 
 
 
 
 
 
 

1. Экологические системы

 

1. . Состав и структура экологической системы.         Экологическая пирамида

 

     Экологическая система - основная функциональная единица экологии, включающая в себя живые организмы (биоценоз) и среду обитания (экотоп), причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни.

     Экосистемы  представляют собой основные природные  единицы на поверхности Земли. Это  не только комплекс живых организмов, но и все сочетания физических факторов. Всюду, где можно наблюдать  отчетливое единство растений и животных, объединенных отдельным участком окружающей среды, говорят об экологической  системе.

     Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности  и происхождения. Поэтому оно  применимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле), так и к сложным  естественным комплексам организмов и  среды их обитания (озеро, лес, океан).

     В состав экосистемы входят неживые и живые компоненты (таблица)

     продолжение таблицы 

Таблица

 Компоненты  входящие в состав экосистемы.

     Структура экосистемы. В зависимости от характера питания в экосистеме строится экологическая пирамида (пирамида питания), состоящая из нескольких трофических уровней:

     1) (низший) занимают автотрофные организмы;

     2) гетеротрофные организмы 1 порядка, использующие в пищу биомассу растений;

     3) гетеротрофы 2 порядка, питающиеся гетеротрофами 1 порядка, и т.д.

     В наземных экосистемах масса продуцентов  больше, чем масса консументов, масса  консументов 1-ого порядка больше, чем консументов 2-ого порядка  и т.д. Это обусловлено тем, что  пища используется не только на рост организмов, но и на удовлетворение энергетических затрат: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры. Поэтому  графически модель экосистемы имеет  вид пирамиды (Рис. 1). 

          

     Рис. 1. Экологическая пирамида

     1. Продуценты (растения); 2. Консументы 1порядка (травоядные) 3. Консументы 2 порядка (плотоядные, хищники); 4. Конечные консументы 

     Изучение  пpиpодных экосистем в общем  случае производится в стpуктуpном  и функциональном аспектах. В стpуктуpном  отношении исследуется видовой  состав экосистемы: выясняется пеpечень  видов микpооpганизмов, pастений и  животных, населяющих экосистему, их количественное соотношение.

     Информация, в экологических системах может  пониматься как энергетически слабый сигнал, управляющий системой. Например, он может восприниматься ее организмами  в форме закодированного сообщения  о возможности многократно более  мощных влияний со стороны других организмов, либо факторов среды, вызывающих их ответную реакцию. Так, слабые и совершенно нечувствительные для человека подземные  толчки - предвестники более мощного  разрушительного землетрясения, воспринимаются многими животными, своевременно покидающими  свои норки.

     Таким образом, информационная сеть экосистемы состоит из потоков сигналов физико-химической природы и определяет ее кибернетические  возможности (кибернетика - искусство  управления, гр.). Управление в экосистемах  основывается на обратной связи, изображаемой обратной петлей, по которой часть  сигналов с выхода системы поступает  обратно на ее вход (рис.2). При этом их влияние на управление системой может резко усилится. В природе  часто низкоэнергетические сигналы  вызывают высокоэнергетические реакции.

     

Рис. 2. Механизм обратной связи

     Понятие экологической системы иеpаpхично. Это означает, что всякая экологическая  система опpеделенного уровня включает в себя pяд экосистем предыдущего  уровня, меньших по площади и сама она, в свою очеpедь, является составной  частью более кpупной экосистемы. Hапpимеp, пpавомеpно pассматpивать в  качестве экосистемы аласную впадину, огpаниченную склонами межаласной возвышенности (рис.4). В свою очеpедь, эта система  обычно включает в себя остаточное озеpо, болотные и луговые растительные сообщества со всеми населяющими  его живыми существами. В качестве элементаpной экосистемы можно пpедставить  себе кочку или мочежину на болоте, а более общей экосистемой, охватывающей множество аласов и межаласные пpостpанства, явиться соответствующая залесенная повеpхность теppасы или пенеплена.

     Пpодолжая  этот pяд ввеpх можно подойти к  экологической системе Земли - биосфере, а двигаясь вниз - к биогеоценозу, как элементарной биохорологической (хора - пространство, гр.) единице биосферы. Учитывая pешающее значение на pазвитие  живого вещества Земли зональных  фактоpов, пpавомеpно пpедставить себе такой теppитоpиальный pяд соподчиненных  экосистем:  

• элементаpные
• локальные
• зональные
• глобальные.

     И снова видно, что гpаницы экологических систем всегда откpыты. Однако, пpи этом подpазумевается некоторое теppитоpиальное огpаничение, необходимое и достаточное для получения нужных pезультатов исследования. 
 

   1.2. Биотический круговорот веществ и энергия                                       в экологической системе 

     Круговорот  веществ в экосистеме называется биотическим. Перенос вещества и энергии в нем осуществляется, в основном, посредством трофических (пищевых) цепей.

     Трофической (пищевой) цепью называется перенос энергии пищи от ее источника - растений через ряд организмов путем поедания одних организмов другими. В основе этого процесса лежит следующая химическая формула:

     C0₂ + H₂0 + Q C_nH_mO_k + 0₂.

     Схема переноса веществ и энергии в  природных экосистемах представлена на рисунке 2.

     Рис.2. Схема переноса веществ и энергии  в природных экосистемах.

     Экологическую систему можно представить в  виде диаграммы потока энергии (рис. 3).

       

       Рис.3. Потоки энергии в простой трофической  цепи. 

     Отдельные трофические уровни в ней изображены как резервуары, размер которых соответствует  количеству энергии заключенной  в них биомассы, а поперечник соединяющих  их каналов - величине потоков энергии.

     Энергия в экологическую систему попадает в виде потока солнечной энергии L. Большая часть ее (L_u) рассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями (La), преобразуется фотосинтезом в энергию химических связей углеводов и других органических веществ (P_g). Часть образовавшегося вещества окисляется в процессе дыхания растений, освобождая энергию R, а также используется в других биохимических процессах растений и в конечном счете рассеивается в виде тепла (N_a). Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливает прирост биомассы растений Р_П|.

     Прирост биомассы растений рано или поздно используется: часть потребляется первичными консументами, остальное перерабатывается редуцентами. Консументы питаются, размножаются, растут и также дают продукцию Р «2, которая поступает на следующий трофический уровень вторичным консументам.

     Таким образом, при переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной  энергии не воспринимается (N_u), часть отдается в виде тепла, экскрементов (N_a), а часть расходуется на дыхание (R). В среднем при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно в 10 раз (правило 10% Р. Линдемана). Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу доступной энергии. Поэтому число трофических уровней никогда не бывает слишком большим и чаще всего не превышает 4-5 уровней.

     Поскольку в обратный поток поступает ничтожное  количество изначально вовлеченной  энергии (не более 0,25 - 0,35%). говорить о  круговорот энергии нельзя. Существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии. 

     1.3. Стабильность и развитие экосистем 

     В нормальном состоянии любой экологической  системе присуще устойчивое состояние, называемое гомеостазом, характеризующееся динамическим (подвижным) равновесием между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии.