Изменение сообщества в ходе сукцессии.

При заменен одного сообщества другим прежде всего меняется видовой состав. Однако большинство растений входит в состав определенных ассоциаций. Среди них различают виды-доминанты, господствующие в отсутствии нарушений, и эксплеренты - они конкурентно слабее доминантов, но быстро захватывают участки, где покров доминантов нарушен. Среди доминантов виды-эдификаторы образуют ярус, в наибольшей степени формирующий характерную для сообщества среду, при уничтожении этого яруса не могут существовать и остальные ярусы. Есть виды ценофобы - "нелюбящие сообщества" (сорняки, селящиеся на пустырях и свалках, где растительность уничтожена человеком), они расселяются на участках, лишенных растительности, а затем вытесняются растениями сукцессионного ряда. В ходе сукцессии растет биомасса сообщества, меняется и видовое богатство. Видовое разнообразие по ходу сукцессии обычно растет.

Билет 28

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ. ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ. Экосистема — не просто сумма популяций и условии существования среды, а система взаимодействий между ними. Благодаря этим взаимодействиям у экосистем появляются новые свойства, главное из которых -способность к самоподдержанию. Экосистемы самоподдерживаются благодаря круговороту веществ и потоку энергии. В озеро поступает энергия в виде энергии солнечного света. Водные растения за счет световой энергии синтезируют органические вещества из углекислого газа и воды. Автотрофные организмы, способные к синтез) органических веществ из неорганических, по их роли в сообществе являются продуцентами (образователи). Растения идут в пищу животным, которые сами неспособны к синтезу органики из неорганики. Такие гетеротрофы называются консументами (потребители). Бактерии и грибы, играющие главную роль в разложении органики, называются редуцентами (разрушители). Органическое вещество, образованное растениями, переходит в тела животных, а затем при участии бактерий вновь превращается в неорганические вещества, усваиваемые растениями. В экосистеме осуществляется круговорот веществ. В синтезируемых продуцентами органических соединениях запасена энергия, полученная экосистемой от Солнца. Часть ее пойдет на нужды продуцентов - расходуется на транспорт веществ, процессы синтеза, рассеивается в виде тепла в ходе клеточного дыхания. Поэтому для консументов доступна лишь часть энергии, запасенная продуцентами. Еще меньшую часть энергии могут использовать консументы, питающиеся другими консументами. Часть энергии, рассеивая в виде тепла, не может быть использована в виде биомассы. Поэтому необходим постоянный приток энергии, чтобы сообщество могло существовать.

Билет 29

БИОМАССА И ПРОДУКЦИЯ. ПРОДУКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭКОСИСТЕМ. Биомасса и продукция - показатели, лежащие в основе жизнеобеспечения сообществ и человечества как части биосферы. Биомасса, или урожай на корню, - масса органического вещества, заключенного в телах живых организмов на единице площади. Биомасса может быть как живой, так и мертвой. Продукция - прирост биомассы за единицу времени. Различают первичную и вторичную продукцию. Первичная продукция - органическое вещество, которое образуют продуценты в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Вторичная продукция - биомасса, образуемая за единицу времени всеми редуцентами и консументами. Лишь часть энергии света, получаемой земной поверхностью используется растениями. Из коротковолнового излучения Солнца только 44% относится к фотосинтетически активной радиации (ФАР). Часть света падает на поверхность, лишенную растительности, а свет попадающий на растения, частично улавливается хлоропластами. Лишь менее 25% энергии ФАР первоначально накапливается в виде органического вещества растений. Это запасенная энергия - валовая первичная продукция (ВПП). Значительный процент ВПП расходуется на дыхание самими растениями: в лесах умеренной зоны - 50-60%, а в тропических лесах - до 80%. Оставшаяся часть энергии доступная консументам - это чистая первичная продукция (ЧПП). Ученые определили среднюю продуктивность наземных и водных сообществ. ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ. ПИРАМИДЫ ЧИСЛЕННОСТИ, БИОМАСС И ЭНЕРГИЙ. Цепи питания - ряд видов или групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей следующему. Одноклеточные планктонные водоросли поедают животные - фильтраторы. Их в свою очередь потребляют хищные личинки комаров. Этими личинками питаются некрупные рыбы, напр. плотва, которая становится добычей щуки. Такая последовательность питающихся друг другом организмов называется трофической цепью. Составляющие эту цепь популяции относятся к разным трофическим уровням: - первый трофический уровень - продуценты - растения, - второй - питающийся ими - консументы 1 порядка -растительноядные, - третий - консументы 2.3 -го порядка - плотоядные т. д. Экологическая пирамида или пирамида (цепь) биомасс - соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме, выраженное в их весе и изображенное в виде графической модели. В наземных системах абсолютная масса продуцентов больше, чем консументов, консументов больше, чем редуцентов. В некоторых водных системах может быть наоборот. Аналогичным образом в экосистемах представлена пирамида энергий. Соотношение численностей, биомасс и продукций (потоков энергии) популяций, относящихся к последовательным трофическим уровням, называют экологической пирамидой. Наиболее разнообразны пирамиды численностей. В сообществе планктона численность продуцентов обычно в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу тысячи консументов (насекомые, клещи, нематоды) могут питаться одной крупной особью дерева - продуцента. Биомасса продуцентов в большинстве случаев максимальна, а биомасса организмов каждого последующего уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомасса консументов 1-го порядка бывает больше биомассы продуцентов. Пирамиды потоков энергии никогда не бывают "перевернутыми": следующий трофический уровень может пропустить через себя лишь часть энергии, усвоенный предыдущим уровнем.  Правило десяти процентов: Продукция следующего трофического уровня обычно меньше 10% от предыдущего, 90% и более составляет не использованная, не усвоенная и израсходованная на дыхание энергия. На каждом этапе пищевой цепи теряется 90% энергии, то есть 10% пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Таким образом, масса организмов на каждой ступени пищевой цепи должна примерно в 10 раз превышать массу организмов на следующей ступени. Именно поэтому трофические цепи не могут быть длинными. Консументы 4 и 5-го порядков всегда имеют очень низкую биомассу и продукцию: ведь они могут использовать не более 0,01 - 0,001% от ЧППП.

Билет 30

 КРУГОВОРОТЫ ВЕЩЕСТВ В ЭКОСИСТЕМАХ. Пути вещества и энергии в экосистемах в значительной степени совпадают. Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым: органические и неорганические вещества частично выносятся за пределы сообщества, и в тоже время их запасы пополняются за счет внешних источников. Вещества могут вымываться и выноситься водой и ветром, поступать в атмосферу в виде газов, покидать сообщество при миграции организмов. В сообщество вещество поступают с осадками, пылью, при биологической фиксации атмосферных газов, и др. Круговорот азота был подробно изучен в лесных экосистемах. Поступление и вынос азота невелики по сравнению с его количеством, включенным в круговорот. Наиболее важный источник поступления азота - биологическая азотфиксация. Лишь небольшой процент азота содержится в почве в виде доступных для растений растворенных неорганических веществ. Основная часть азота находится в составе органических веществ и химически связана с частицами почвы. Когда лес вырубают, увеличивается сток воды с данного .участка, что приводит к разрушению почвы. При этом вынос водой азота в виде нитратов увеличивается в десятки раз. В результате резко снижается плодородие почвы. Сообщества резко отличаются по содержанию азота в надземной и поземной биомассе растений и в мертвом органическом веществе. В холодных районах азот и другие биогенные элементы накапливаются в медленно разлагающейся мертвой органике. В тропиках мертвая органика быстро разлагается, основная доля биогенных элементов заключена в биомассе растений. Поэтому вырубка экваториальных лесов эквивалентна потери биогенных элементов. Земледелие на освободившихся землях требует использования большого количества минеральных удобрений, а для восстановления продуктивности естественным путем может потребоваться несколько столетий. Нарушение круговорота на любом из этапов непременно окажет воздействие на все остальные этапы. При этом может возрастать потеря биогенных элементов, и в результате снижается продуктивность сообществ.

Билет 31-32 ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОСФЕРЫ В естественных экосистемах использование ресурсов и избавление от отходов осуществляется благодаря круговороту элементов - углерода, фосфора, азота, воды и др. Наличие круговорота делает биосферу единой. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой постоянно и избыточно. Экосистеме присуща способность саморегулирования, что делает ее достаточно устойчивой, пластичной к возможным воздействиям. Однако процессы саморегуляции не беспредельны. Появление человека коренным образом изменило состояние отдельных экосистем и биосферы в целом. В 20 пеке человек стал главной силой, преобразующей биосферу. Только за один год добыча горных пород из недр планеты достигает 150 млрд. т, в процессе распашки почв перемещается масса земли в 20 раз, превосходящая снос в моря и океаны текущими водами и в 3 раза - количество вулканических продуктов за этот срок. Масштабы воздействия человека на биосферу стремительно возрастают, он оказывает существенное влияние на климат, гидрологический режим на огромных территориях, растительный и животный мир. В хозяйственной деятельности происходят нарушения основных принципов существования биосферы, и в результате появляются экологические проблемы. Биосфера едина, поэтому нарушение ее в одной точке может пагубно сказаться вдали от нее. Воздушные и океанические течения переносят на значительные расстояния многие токсичные элементы, вызывая загрязнения обширных территорий. Скандинавские страны находятся под большим влиянием выбросов вредных веществ промышленностью Германии. Выбросы собственного производства здесь невелики, однако леса, озера сильно изменены под влиянием трансграничного переноса. В крови пингвинов в Антарктиде обнаружен пестицид ДДТ, хотя он никогда не применялся на материке, он вынесен с полей, через реки и моря в океан, где попал в организм рыб, которыми питаются пингвины. Отдельные виды птиц на Атлантическом побережье, например, буревестники исчезли по той же причине. Биологические системы Земли имеют замкнутый безотходный круговорот веществ. Хозяйственная деятельность человека создает огромное количество отходов, которое природа не в состояние переработать. Человек умеет синтезировать 10 млн. веществ и производит в больших масштабах - 50 тысяч, а в особо крупных - 5 тыс. веществ. Новые созданные человеком вещества выбрасываются в атмосферу, водные источники, почву. Эти соединения абсолютно чужды природе. Возникает проблема загрязнения среды, сохранения и утилизации промышленных, бытовых и радиоактивных отходов. Биосфера является саморегулирующейся системой, но влияние человека может привести катастрофическим изменениям. Повышение уровня радиации приводит к увеличению мутаций живых организмов (уродства, наследственные заболевания, потерн ценных наследственных признаков). На низких ступенях развития человеческого общества взаимодействие человека с природным окружением носило локальный характер, но с ростом численности населения, расселения его по поверхности Земли остается все меньше территорий, не охваченных деятельностью человека. Особенно обострилась проблема взаимоотношений хозяйственной деятельности человека с природой в 60 -70-е годы 20-го века, когда резко возросли объемы промышленной и сельскохозяйственной продукции, добычи природных ресурсов. Все быстрее увеличивалась численность населения нашей планеты. Нагрузки на отдельные экосистемы планеты и биосферу стали ощутимыми. Во всем мире заговорили об экологическом кризисе, под которым понимают превышение возможностей природы к саморегулированию, нарушение устойчивых связей между отдельными компонентами экосистем, угрозу потери природных ресурсов. В результате происходит увеличение заболеваемости и смертности населения. Человечество оказалось перед угрозой разрушения среды своего обитания. В эти годы стали закладываться основы экологического движения в мире, формироваться научная концепция развития человечества с учетом экологического фактора. С этой целью был создан Римский клуб - международная неправительственная некоммерческая организация, объединяющая ученых, общественных деятелей, деловых людей многих стран. Предостережением человечеству является вывод сделанный членами клуба: если не изменить существующие тенденции роста численности населения, истощения ресурсов, загрязнения среды, то уже в ближайшие годы может начаться серия локальных экологических катастроф. В 1992 году в Рио-де -Жанейро на конгрессе клуба было отмечено, что центры загрязнения стремительно перемещаются в развивающиеся страны, продолжается разбазаривание ресурсов, накапливание токсичных веществ, нарушающих среду обитания и здоровье людей. Для обеспечения устойчивого развития мира необходимы: 

• контроль над развитием демографических процессов и чрезмерным ростом населения;

• сокращение расхода природных ресурсов, эффективное их использование;

• сохранение чистоты окружающей среды путем ослабления влияния на нее важнейших производств и видов хозяйственной деятельности.