3. Понятие экосистемы

Вся природа состоит из взаимосвязанных живых и неживых компонентов. Любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, называется экосистемой.

Основное свойство экологической системы – наличие круговорота веществ. В связи с этим экосистема может иметь различные размеры: от капли прудовой воды и до биосферы.

В состав экосистемы входят следующие компоненты:

– неорганические вещества (C, O₂, N₂, P, S, CO₂, H₂O и др.), которые через круговороты веществ поддерживают свое присутствие;

– воздушная, водная и субстратная среды, включающие климатический режим и другие физические факторы;

– продуценты, автотрофные (самопитающиеся) организмы. К ним относятся зеленые растения, которые, используя энергию солнечного света, синтезируют органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды);

– консументы первого порядка (растительноядные животные) и второго порядка (хищники): гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся органическим веществом;

– редуценты или деструкторы, в основном бактерии и грибы, живущие за счет разложения тканей умерших организмов, питающиеся мертвыми органическими веществами.

Живые компоненты в совокупности образуют биоценоз, неживые - биотоп.

Все организмы связаны друг с другом через пищевые отношения, образуя трофические цепи, которые в совокупности обеспечивают круговорот веществ в природе. Трофические цепи состоят из трофических уровней. Трофический уровень – совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию солнца. Различают трофические уровни 1 порядка – продуценты; 2 порядка - консументы травоядные; 3,4 и т.д. – консументы хищники.

Графическое изображение расхода энергии в пищевых цепях называется экологической пирамидой.

На каждом трофическом уровне энергия поступающая с пищей расходуется 2 путями: большая часть энергии расходуется на жизнедеятельность организма и называется «траты на дыхание» (Д) и небольшая доля используется на увеличение массы тела – траты на «рост» (П) и, наконец, доли процентов энергии остается невостребованной в виде выделений и экскрементов (Н).

Для исследований природных комплексов, определения их характеристик необходимы конкретные границы природных систем. В связи с этим В.Н. Сукачев вводит понятие биогеоценоза как экосистемы с четко выраженными границами.

Задание 1. Начертить схему биогеоценоза, нанести компоненты природной среды и отметить связи между ними (рис.3.1).

Рисунок 3.1 - Схема биогеоценоза

Любое техническое сооружение, находящееся на конкретной территории, взаимодействует с природой настолько тесно, что для изучения этого взаимодействия их необходимо рассматривать совместно, как единую систему, которую определяют как природно-техническую геосистему (ГТС).

ГТС – это открытые динамические системы, обладающие определенной совокупностью структурных и функциональных свойств, имеющие соподчиненную структуру, определяющуюся, главным образом, размерами и мощностью системообразующего техногенного центра; изменяющиеся во времени и пространстве. Основой динамического равновесия ГТС является оптимальное взаимодействие как элементов внутри системы, так и самой системы в целом с внешней окружающей средой. Изучение формирования ГТС позволяет вскрыть сложный механизм внутренних связей между техногенными нагрузками и экологическими последствиями, проявляющимися в природе.

Задание 2. Внедрить в схему биогеоценоза объект обучения по данной специальности. Рассмотреть взаимодействие его с природными компонентами. Дать название новой системе.

Энергетический баланс любого технического объекта (аппарата, установки, технологической линии, производства) или экологической системы может быть выражен уравнениями, связывающими приход и расход энергии. Энергетический баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна: ∑Е_пр - ∑Е_расх = 0

Задание 3. Рассчитать тепловой баланс котла ПК-10. Котел ПК-10 использует в качестве топлива газ, с которым подводится химическая энергия в количестве 659,86 ГДж/ч. С паром отводится 82 % тепловой энергии. Остальная часть отводится с отходящими газами и тепловыми потерями в окружающую среду в отношении 21:1. Результаты расчета теплового баланса представить в табличной форме (табл.3.1).

Таблица 3.1. - Энергетический баланс котла ПК-10

Приход			Расход
Статья баланса	ГДж/ч	%	Статья баланса	ГДж/ч	%
Всего

Задание 4. Рассчитать тепловой баланс ДВС. В качестве топлива используется бензин (теплота сгорания 44100 ккал/кДж). Данные для расчета представлены в табл. 3.2. Результаты расчета теплового баланса представить в табличной форме (табл.3.3).

Таблица 3.2. - Использование энергии при движении автомобиля

Из 100% энергии топлива для движения по городу используется 12%	Движение 12%:	3,2 % 2,4 % 6,4 %	Сопротивление воздуха Сопротивление качению Силы инерции
	Потери 88 %	42 % 22 % 13 % 9 % 2 %	Система охлаждения Отработавшие газы Трение в двигателе Трансмиссия Привод вспомогательных механизмов

Таблица 3.3. - Энергетический баланс ДВС

Приход			Расход
Статья баланса	кДж	%	Статья баланса	кДж	%
Всего

Автомобильные двигатели называются двигателями внутреннего сгорания (ДВС), потому что процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращение её в механическую работу происходит в цилиндрах двигателя.

В среднем при пробеге 15000 км за год автомобиль сжигает 1,5 – 2 т топлива и 25-30 т воздуха. Использование энергии топлива при сгорании в ДВС недостаточно эффективно. Всего лишь 12% энергии топлива используется на движение автомобиля. Остальные 88% имеют вспомогательное значение, относимое к потерям. Это указывает на возможность серьезного совершенствования двигателей.

Задание 5. Составить энергетический баланс для экосистемы, используя данные идеальной пирамиды Дивенью П. и Танга Н. (рис.3.2).

Рисунок 3.2 - Пирамиды энергии применительно к идеальной экосистеме