План лекции 1.Синэкология (экология сообществ) 2.Концепция экосистемы 3.Трофические (пищевые) цепи в экосистеме и потоки энергии 4.Биосферный уровень. - презентация

1

2 План лекции 1.Синэкология (экология сообществ) 2.Концепция экосистемы 3.Трофические (пищевые) цепи в экосистеме и потоки энергии 4.Биосферный уровень организации живого 5.Круговорот веществ в биосфере Охрана природы (энвайронментология). 6.Антропогенное воздействие на окружающую среду. 7.Организационно-правовые аспекты природоохранной деятельности. 8. Концепция экологической безопасности 9.Биологическое разнообразие как объект охраны 10. Красная книга. Охраняемые виды животных и растений (категории). 11.Охраняемые природные территории и объекты. 12.Экологический мониторинг и его значение в природоохранной работе

3 1. Синэкология (экология сообществ) Сообщество природное (биоценоз) совокупность живых существ, объединённых различными видами взаимодействий.

4 Биогеоценоз (от греч. bíos жизнь, gé земля, koinós общий) взаимообусловленный комплекс живых (биоценоз) и косных (экотоп) компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии. Определяется по границам фитоценоза. Примером Б. может служить березняк, сосняк, ельник и т.д., они же являются экосистемами. Но не каждая экосистема является биогеоценозом (например, капля воды, космический корабль, оранжерея). Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1940 году. Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1940 году.

5 Экосистема (от греч. oikos дом, место, жилище и systema объединение) совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества. Основные компоненты экосистемы: продуценты, консументы, редуценты и запас биогенных элементов. Экосистема в пределах одного фитоценоза биогеоценоз.

6 Биота исторически сложившаяся совокупность растений, животных, грибов и бактерий, объединённых общей территорией. В отличие от биоценоза виды, входящие в биоту, могут не иметь экологических связей. Биотоп (от греч. bíos жизнь и tópos место) участок земной поверхности (суши или водоёма) с однородными абиотическими условиями среды. Биотоп включает в себя минеральные и органические вещества, климатические факторы (свет, температура, влажность, рН среды и др.), физико-химические свойства различных субстратов (почва, дно водоёма).

7 Биогеоценотический уровень жизни характеризуется множеством свойств. К ним относятся: -структура экосистемы, -видовой и количественный состав ее населения, -типы биотических связей, -пищевые цепи, -трофические уровни, -продуктивность, -энергетика, -устойчивость и др. Организующие свойства проявляются в круговороте веществ и потоке энергии, саморегулировании и устойчивости, автономности, открытости системы, сезонных изменениях. Основная стратегия этого уровня - активное использование всего многообразия окружающей среды и создание благоприятных условий развития и процветания жизни во всем ее многообразии.

8 2. Концепция экосистемы Экосистема сложная самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, таковыми не являются аквариум или трухлявый пень. Данные биологические системы не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии, а являются лишь частью большей системы.

9 Основные компоненты экосистемы С точки зрения структуры в экосистеме выделяют: -климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды; -неорганические вещества, включающиеся в круговорот; -органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии; -продуценты организмы, создающие первичную продукцию; -макроконсументы, или фаготрофы, гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества; -микроконсументы (сапротрофы) гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот. С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов): -биофаги организмы, поедающие других живых организмов, -сапрофаги организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

10 К. Мёбиус (немецкий гидробиолог) в 1877 году описывал устричную банку как сообщество организмов и дал ему название «биоценоз» Экосистема - система физико-химико- биологических процессов (А. Тенсли, 1935 год). Биогеоценоз - взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии (В. Н. Сукачёв, 1944)

11 Искусственные экосистемы это экосистемы, созданные человеком, например, агроценозы, природно-хозяйственные системы. Искусственные экосистемы имеют тот же набор компонентов, что и естественные: продуценты, консументы и редуценты, но есть существенные отличия в перераспределении потоков вещества и энергии. В частности, созданные человеком экосистемы отличаются от естественных следующим: 1. меньшим числом видов и преобладанием организмов одного или нескольких видов (низкая выравненность видов); 2. невысокой устойчивостью и сильной зависимостью от энергии, вносимой в систему человеком; 3. короткими цепями питания из-за небольшого числа видов; 4. незамкнутым круговоротом веществ вследствие изъятия урожая (продукции сообщества) человеком, тогда как естественные процессы наоборот стремятся включить в круговорот как можно большую часть урожая. Без поддержания энергетических потоков со стороны человека в искусственных системах с той или иной скоростью восстанавливаются естественные процессы и формируется естественная структура компонентов экосистемы и вещественно-энергетических потоков между ними.

12 В некоторых пределах экосистема способна при внешних воздействиях поддерживать свою структуру и функции относительно неизменными, такое свойство экосистемы называется гомеостаз. Выделяют два типа гомеостаза: - резистентный (способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии) - упругий (способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы ) Гомеостаз

13 Изменение экосистемы во времени в результате внешних и внутренних воздействий носит название динамики экосистемы. Изменения отражаются суточной, сезонной и многолетней динамикой экосистем. Такие изменения обусловлены периодичностью внешних условий. Динамика

14 Сукцессия - это последовательная, закономерная смена одних сообществ другими на определённом участке территории, обусловленная внутренними факторами развития экосистем Закон сукцессионного замедления - процессы, идущие в зрелых равновесных системах, находящихся в устойчивом состоянии, как правило, проявляют тенденцию к замедлению.

15 Энергетический и информационный обмен экосистемы

16 Продуктивность экосистем При анализе продуктивности и потоков вещества и энергии в экосистемах выделяют понятия биомасса и урожай на корню. Урожай на корню - масса тел всех организмов на единице площади суши или воды Биомассса - масса всех организмов в пересчёте на энергию (например, в джоулях) или в пересчёте на сухое органическое вещество (например, в тоннах на гектар).

17 Продуктивность экосистем Под первичной продукцией сообщества (или первичной биологической продукцией) понимается образование биомассы (более точно синтез пластических веществ) продуцентами без исключения энергии, затраченной на дыхание за единицу времени на единицу площади (например, в сутки на гектар). Первичную продукцию сообщества разделяют на валовую первичную продукцию, то есть всю продукцию фотосинтеза без затрат на дыхание, и чистую первичную продукцию, являющуюся разницей между валовой первичной продукцией и затратами на дыхание. Иногда её ещё называют чистой ассимиляцией или наблюдаемым фотосинтезом). Чистая продуктивность сообщества скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами (а затем и редуцентами). Обычно вычисляется за вегетационный период либо за год. Таким образом, это часть продукции, которая не может быть переработана самой экосистемой. В более зрелых экосистемах значение чистой продуктивности сообщества стремится к нулю. Вторичная продуктивность сообщества скорость накопления энергии на уровне консументов. Вторичную продукцию не подразделяют на валовую и чистую, так как консументы только потребляют энергию, усвоенную продуцентами, часть её не ассимилируется, часть идёт на дыхание, а остаток идёт в биомассу, поэтому более корректно называть её вторичной ассимиляцией.

18 Экологическая ниша термин, применяемый в экологии для характеристики положения вида в экосистеме. Включает в себя физическое пространство, занимаемое организмом, функциональную роль организма в сообществе (например, его трофический статус) и положение организма относительно градиентов внешних факторов (температуры, влажности и др.).

19 Биологическое разнообразие (биоразнообразие) совокупность всех видов живых организмов в конкретной экосистеме, на определённой территории или на всей планете. Б. р. главное условие устойчивости всей жизни на Земле. В настоящее время науке известно около 2,5 млн. видов. Среди них 1,5 млн. насекомые, ещё 300 тыс. цветковые растения. Всех животных примерно столько же, сколько цветковых растений. Водорослей известно не многим более 30 тыс., грибов около 70 тыс., бактерий менее 6 тыс., вирусов около тысячи. Млекопитающих не более 4 тыс., рыб 40 тыс., птиц 8,4 тыс., амфибий 4 тыс., рептилий 8 тыс., моллюсков 130 тыс., простейших 36 тыс., различных червей 35 тыс. видов. Около 80% Б.р. составляют виды, обитающие на суше, и лишь 20% виды водной среды жизни: разнообразие условий среды в водоёмах меньше, чем на суше. На сегодняшний день Б.р. планеты выявлено далеко не полностью. По прогнозам, общее число видов организмов, живущих на Земле составляет не менее 5 млн (а по некоторым прогнозам 15 и даже 30 млн). Неизвестные виды в основном обитатели тропиков из числа мелких насекомых и грибов. Охрана биоразнообразия является одним из важнейших условий устойчивого развития цивилизации.

20 3. Трофические (пищевые) цепи в экосистеме и потоки энергии Автотрофы (от греч. autós сам и trophé пища) организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических соединений (как правило, диоксида углерода и воды), продуценты экосистем, создающие первичную биологическую продукцию. Большинство являются фотоавтотрофами, имеющими хлорофилл. Это растения (цветковые, голосеменные, папоротники, мхи, водоросли) и цианобактерии. Они осуществляют фотосинтез с выделением кислорода, используя неисчерпаемую и экологически чистую солнечную энергию. Автотрофы хемотрофы (серобактерии, метанобактерии, железобактерии и др.) для синтеза органических веществ используют энергию окисления неорганических веществ. Вклад хемоавтотрофов в суммарную биологическую продукцию биосферы незначителен, однако эти организмы составляют основу гидротермальных экосистем в океанах. Гетеротрофы (от греч. héteros иной, другой и trophé пища) организмы, использующие в качестве источника питания органические вещества, произведенные автотрофами. К ним относятся все животные (включая человека), грибы и большинство микроорганизмов. В пищевой цепи экосистем они составляют группу консументов.

21 Продуценты (от лат. producens производящий, создающий) создатели органического вещества из неорганических на основе фотосинтеза (обычно это зеленые растения). Консументы (от лат. consumo потребляю) потребители органического вещества. В роли консументов выступают животные: растительноядные и плотоядные. Редуценты (от лат. reducentis возвращающий, восстанавливающий) разрушители органических соединений до минеральных (в основном это грибы и бактерии).

22 Трофическая структура Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга. 1) В водоеме продуцентами являются зеленые водоросли 2) Их поедают мелкие растительноядные ракообразные (дафнии, циклопы) - консументы (потребители) первого порядка. 3) Этих животных потребляют в пищу плотоядные личинки различных водяных насекомых (например, стрекоз). Это консументы (потребители) второго порядка. 4) Личинками питаются мелкие рыбы (например, плотва) - консументы (потребители) третьего порядка. 5) А рыбы становятся добычей щуки - консумента (потребителя) четвертого порядка. Такую последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями.

23 Различают два типа трофических (пищевых) цепей : 1.Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными или цепями выедания. 2.Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, или цепями разложения.

24 Детрит мелкие частицы органического или частично минерализованного вещества, взвешенные в толще воды или осевшие на дно водоёма. Детритофаги или некрофаги или падальщики животные и протисты, которые питаются разлагающимся органическим материалом (детритом), мертвечиной, падалью. Противопоставляются хищнику, однако эти классы не исключают друг друга.

25 Монофагия - крайняя степень специализации питания у животных за счёт только одного единственного вида пищи Полифагия, или многоядность - использование животными-полифагами различной растительной и животной пищи Олигофагия - способность животных (олигофагов) питаться исключительно немногими видами пищи.