Биогеоценология Экосистема и биогеоценоз Экосистема (1935 г) (от греч. oikos - жилище, местопребывание и systema - сочетание, объединение) - совокупность всех популяций разных биологических видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой. Биогеоценоз (1942 г) - участок территории однородный по экологическим условиям и занятый одним биоценозом

Особенности экосистем Открытая (есть входящий и исходящий потоки энергии) Автономная. Если ее изолировать и обеспечить приток энергии, то она сможет существовать практически неограниченное время. Проявляет способность к саморегуляции и самоподдержанию, т.е. у нее есть буферность. Обладает гомеостазом – относительной устойчивостью во времени и пространстве. Размытость границ, как по вертикали, так и по горизонтали. Может существовать без какого-либо компонента. Например, в болотных экосистемах нет почвы, в подземных (пещеры) нет притока световой энергии.

Экотон – граница между экосистемами (биогеоценозами). Экотон всегда отличается более высоким видовым разнообразием и плотностью популяций по отношению к центральной части биогеоценоза. Например, опушка леса всегда более насыщена видами древесной, травянистой и кустарниковой растительности, по отношению к участкам, расположенным в глубине лесного массива.

Классификация экосистем По размерам Макро экосистемы. Например, море, океан, континент… Мезо экосистемы. Например, участок леса, поле, луг, река, озеро.… Такие экосистемы обычно называют биогеоценозами. Микро экосистемы (опушка, поляна, лужа…).

По происхождению: Естественные – образованные спонтанно (тундра, степь, лес…). Искусственные – образованы в результате человеческой деятельности Компоненты экосистемы Биоценоз – биотическая составляющая Биотоп – абиотическая составляющая

Иерархия экосистем Ландшафт Биом Макроэкосистемы суши и моря БГЦ БГЦ комплекс Биогеографическа я подобласть Биогеографичекая область Биосфера

Ландшафт - общий вид местности. Биом (англ. biome) - совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенных природных зонах и поясах, напр., в умеренном поясе степь, тайга, в аридном поясе пустыня. Биогеографическая область – крупное по площади флористико-фаунистическое подразделение земного шара, выделяемое главным образом по общности историко-эволюционного развития фауны и флоры, которые, как правило, в пределах области более или менее однородны. Выделяют 6 областей: Австралийская, Неоарктическую, Неотропическая, Эфиопская, Палеарктическая, Восточная

Экологические сукцессии Экологической сукцессией называется последовательная смена биоценозов в рамках одного биотопа. Закон сукцессионного замещения: природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию (климаксу) Климакс (климаксное сообщество) - завершающая стабильная стадия развития экосистемы Основные стадии сукцессий Первопоселенцы (пионерные виды) серии сукцессий климаксовое сообщество

Первичные сукцессии. Сукцессии на территориях, впервые осваиваемых организмами. Вторичные сукцессии. Сообщество развивается на месте, где ранее существовала хорошо развитая экосистема Виды экологических сукцессий 1. По характеру биотопа 2. По заключительной стадии Прогрессивные - существовавшее на данном месте коренное биотическое сообщество, которое по каким либо причинам было удалено (вырубка) полностью восстанавливается Регрессивные – не завершаются конечным климаксом, коренная экосистема полностью исчезает (напр. опустынивание)

3. По причинам, вызывающим сукцессию Экзогенные сукцессии – связаны с действием внешних факторов a)Климатические b)Почвенные. c)Геологические d)Антропогенные. Эндогенные сукцессии – связаны с внутренними процессами экосистемы Примеры экологических сукцессий Ельник черничник (возраст лет) Рубка Вырубка злаковая Вырубка с порослью и всходами лиственных пород Молодой лиственный лес со всходами хвойных пород Спелый лиственный лес с подростом хвойных Хвойный лес

Сукцессия: «захват» территории древесной растительностью.

Климакс Климакс

Олиготрофный водоем Внесение в воду фосфатов и нитратов органического происхождения Эвтрофный водоем Бурное развитие водорослей Болото ЛугЛес Пример сукцессии в водной экосистеме

Гомеостаз экосистем Гомеостаз – способность экосистемы сохранять состояние подвижного равновесия, не смотря на внешнее воздействие. 1 2 Состояние экосистемы Интенсивность воздействия Влияние внешних воздействий на гомеостаз экосистем. 1-3 гомеостатические плато; 4, 5 – гомеостатические скачки

Учение о Биосфере Вернадский В.И. (1926). Биосфера - поверхностная оболочка Земли, созданная и преобразуемая деятельностью живых организмов. Жан Батист Ламарк ( г) – термин биосфера Строение биосферы Атмосфера до высоты 25 км (озоновый слой) Гидросфера на всю толщу (11 км) Литосфера до глубины 5 км (температурный барьер +105ºС)

Озоновый слой Океан 11 Высота над уровнем моря, км Суша Температурный барьер +105ºС Расположение биосферы в гидросфере, литосфере и в атмосфере

Характерные черты биосферы Наличие вещества в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном. Наличие большого количества воды в свободной форме. Наличие большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения. Основные компоненты биосферы 1. Живое вещество – вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период. 2. Биогенное вещество – органическое или органо-минеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти 3. Биокосное вещество – неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов (вода, воздух, железная и марганцевая руды).

Живое вещество планеты и его биогеохимические функции Показатель СушаОкеан Площадь 149 х 10 9 км 2 (29%)361 х 10 9 км 2 (71%) Биомасса 2420 х 10 9 т (99,87%)3,2 х 10 9 т (0,13%) Растения 99,2%6,3% Животные 0,8%93,7% Распределение живого вещества по планете Захват и запасание солнечной энергии в процессе фотосинтеза Создание органического вещества и его перенос по планете Концентрация химических элементов Отложение органического вещества на длительный период (известняки, мел, каменный уголь, нефть, и.т.д.)

Окислительно-восстановительная активность (анаэробные и аэробные организмы) Создание почвы и ее плодородного слоя Санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков) Химические элементы Содержание химического элемента в атмосфере. литосфере и гидросфере, % Содержание химического элемента в телах организмов, % Растения Животные Углерод 0,183,0018,00 Азот 0,030,283,00 Кислород 50,0279,0065,00 Водород 0,9510,00 Концентрация химических элементов организмами

Понятие о продуктивности биосферы Низкая продуктивность – 0,1…0,5 г/м 2 в сутки характерна для зоны пустынь и для арктического пояса Средний уровень продуктивности – 0,5 … 3 г/м 2 в сутки характерен для тундры, лугов, полей и некоторых лесов умеренной зоны Высокий уровень продуктивности – более 3 г/м 2 в сутки характерен для экосистем тропических лесов, для пашни, морских мелководий.

Биогеохимические циклы в биосфере Биогеохимический цикл - циркуляционное движение неорганических веществ и химических элементов между биоценозом и биотопом. Составные части БГХЦ Геологический круговорот веществ – это многократно повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее цикличный характер Биологический круговорот веществ: аккумуляция элементов в живых организмах; минерализация в результате разложения мертвых организмов.

Макроэлементы Необходимы организмам в больших количествах: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера Микроэлементы Необходимы в ничтожных количествах. Это большинство элементов периодической системы. Скорость оборота - это та часть общего количества данного вещества в данном компоненте экосистемы, которая освобождается или поглощается за определенное время Основные понятия Оборот - отношение пропускания к содержанию Время оборота - это время, необходимое для полной смены всего количества этого вещества в данном компоненте экосистемы

С точки зрения существования биосферы биогеохимические циклы делят на: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере; осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Резервный фонд Обменный фонд Цикл углерода Геологический круговорот Техногенный круговорот Биологический круговорот

Геологический круговорот Выветривание Изверженные породы (карбонаты) Вынос, отложение Осадочные породы Изменения, метаморфоз Метаморфическ ие породы Переплавка магма Вулканическая активность СО 2 (атмосферный)

Биологический круговорот СО 2 (атмосферный) Фотосинтез Продуценты Поедание консументами Консументы Мертвое органическое вещество Редуценты Дыхание

Техногенный круговорот СО 2 (атмосферный) Усвоение Углерод в телах живых организмов Отмирани е Углерод мертвых органических остатков Захоронение Каменный уголь, нефть Горение

Цикл азота Бактерии Nitrobacter Атмосферный азот Растительный белок Животный белок Мертвые остатки, экскременты NH 3, NH 4 + Сапрофи тные бактерии Фиксация азота: азотфиксирующие бактерии, грозовые разряды и т.д. Ассимиляция Бактерии Nitrosomonas NO 2 - NO 3 - Процессы денитрификации Нитрификация

Цикл серы Сульфатредуцирующие бактерии Спонтанное окисление Бактериальное окисление ассимиляция Аэробные редуценты Соединения восстановленной серы в составе живых организмов (SH - ) SO 4 2- Сера H 2 S и др. сульфиды Спонтанное окисление и деятельность серобактерий Анаэробные редуценты

Цикл фосфора. Фосфор живых организмов Фосфаты в почве, пресной воде, океане Фосфаты горных пород Редуценты Поглощение корнями и последующая ассимиляция Пресноводные океанические отложения Эрозия