- •Лекция 1 Краткая история экологии. Определение и содержание
- •Строение биосферы. Живое, косное и биокосное вещество.
- •Лекция 2
- •Три основных направления в биоэкологии
- •Иерархия биосистем
- •Лекция 2 Популяции.
- •Лекция 3
- •Сообщество, абиотическая среда и биогеоценоз.
- •Соотношение понятий «биоценоз» и «сообщество», «биогеоценоз» и «экосистема».
- •Экологическая система.
- •Лекция 4 Энергия в экосистемах.
- •Лекция 5 Трофические цепи и уровни.
- •Лекция 6 Экологический смысл фотосинтеза.
- •Перенос энергии и вещества по пищевым цепям.
- •Солнечная энергия
- •Структура и основные компоненты экосистем.
- •Лекция 6 Свойства экологических систем.
- •Закономерности функционирования экосистем.
- •Лекция 7 Гомеостаз экосистемы.
- •Лекция 8 Популяционный анализ.
- •Лекция 9 Образование и разложение органических веществ. (Фотосинтез, дыхание, транспирация)
- •Основные закономерности водопотребления растениями.
- •Развитие экосистем.
- •Лекция 10 Искусственные экосистемы.
- •Лекция 11 Экологические факторы.
- •Лекция 12 Экологическая пластичность.
- •Лимитирующие факторы.
- •Обобщающая концепция лимитирующих факторов.
- •Лекция 13 Примеры лимитирующих факторов.
- •Закон конкурентного исключения
- •Основной закон экологии.
- •Лекция 14 Виды и методы экологических исследований
- •Моделирование экосистем.
- •Лекция 15 Основные экологические системы
- •Лекция 16 Систематика растений
- •Методы исследования в систематике.
- •Понятие о виде.
- •Лекция 17
- •Лекция 18 Основы климатологии
- •Лекция 19 Основы почвоведения. Роль почвы в биосферных процессах
- •Основы почвоведения
- •Роль почвы в биосферных процессах
- •Лекция 21 Основные понятия системной экологии
- •Общие свойства систем
- •Понятие о причинных связях
- •Причинные связи
- •Система «природа человек»
- •Система «чэбс»
- •Лекция 22 Основы биогеохимии
- •Лекция 23 Биогеохимический круговорот вещества и связанные с ним формы удержания, перераспределения и накопления энергии
- •Биогеохимический круговорот вещества
- •Биогеохимические круговороты основных биогенных элементов и их нарушение человеком Биогеохимические циклы отдельных элементов.
- •Круговорот второстепенных элементов
- •Возвращение веществ в круговорот
- •Поток энергии
- •Лекция 24 Экология человека и проблемы экоразвития
- •Экология и здоровье человека.
- •Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека
- •Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека
- •Гигиена и здоровье человека
- •Взаимодействие человека с окружающей средой
- •Факторы, источники и последствия экологической опасности
- •Технологический кризис
- •Глобальный кризис
- •Лекция 25 Экологическое нормирование
- •Лекция 26 Глобальные и региональные экологические проблемы
- •1.Глобальные экологические проблемы
- •1.1 Глобальное потепление
- •1.2 Озоновый кризис
- •1.3 Загрязнения морей и мирового океана
- •1.4 Опустынивание
- •2. Региональные экологические проблемы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •1. Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье человека
- •2. Парниковый эффект
- •3. Кислотные дожди.
- •4. Разрушение озонового слоя.
- •5.Системный анализ.
- •6. Методы исследования.
- •7.Заключение.
- •6. Список литературы.
- •Введение
- •Эксплуатация биологических ресурсов.
- •Заключение
- •Библиографический список
Лекция 5 Трофические цепи и уровни.
Даже в наиболее простых экосистемах присутствуют десятки и даже сотни трофических цепочек, в которых отдельные звенья одновременно взаимосвязаны со звеньями других трофических цепочек и образуется сложно переплетенная трофическая сеть. Везде в начале цепочек — растительный корм, а в конце — хищное животное. Таким образом, всё биологическое население в сообществе зависит от энергии живого органического вещества, созданного растениями.
Движение энергии и вещества по пастбищиой пищевой цепи можно представить следующим образом:
В потенциальную энергию пищи, в растения в процессе фотосинтеза переходит лишь очень небольшая часть солнечной энергии (1-5%). Большая ее часть теряется в виде тепла. При дальнейшем переносе с одного трофического уровня на другой часть энергии рассеивается в виде тепла при дыхании и лишь небольшая часть энергии (в среднем 10%) суммарной продукции нижестоящего трофического уровня переходит в продукцию вышестоящего. Остальная часть фиксированной энергии (первичной продукции фотосинтезирующих организмов) теряется в результате естественного отмирания организмов. На каждом последующем уровне потери энергии, заключенной в пище, составляют 90—99%. По мере ее продвижения по пищевой цепи доступное количество пищи сокращается, и уже для пятого трофического уровня почти не остается пищи и энергии. Поэтому пищевые цепи состоят не более чем из 4—5 звеньев. Существование большого числа трофических уровней в экосистеме невозможно из-за быстрого приближения доступной энергии к нулю (максимум 4—5 уровней). На конечных звеньях длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы. Чем короче пищевая цепь и чем ближе организм к ее началу, тем больше энергии доступно для популяции, тем больше биомасса популяции и ниже занимаемый ею трофический уровень.
Автотрофы и гетеротрофы. Растения в процессе фотосинтеза сами себе готовят пищу (запасные вещества ) и строят свое тело из простых неорганических минеральных соединений, поэтому их называют автотрофами. Это буквально означает самопитающиеся.
Таким образом, смысл фотосинтеза и автотрофов, которые осуществляют фотосинтез, заключается в том, что они самыми первыми в при роде создают из минеральных веществ живое органическое вещество (белки, жиры, углеводы), которые служат источником энергии для всех остальных живых организмов.
В природе в любом сообществе живых существ обязательно присутствуют зеленые растительные организмы — «трава», которые служат источником энергии или пищи для всех остальных членов сообщества а для животных и бактерий, которые в качестве источника энергии нуждаются в готовой органической пище, и поедают растения или других животных. Поэтому их еще называют гетеротрофами , что означает питающиеся другими. Созданное в процессе фотосинтеза из простых минеральных веществ с помощью энергии солнца первичное органическое вещество растений, насыщенное энергией, последовательно переходит от одних организмов к другим по цепочке:
Минеральное вещество à растения («трава») àрастительноядное животное à Хищник I порядка (хищник I)à хищник II àхищник. . . n.
В процессе питания на всех трофических уровнях появляются так называемые “отходы” экосистемы. Это опавшие листья, оста не переваренной пищи в виде экскрементов, отмершие тела растений и животных. Все это называется мертвым органическим веществом. Эти отходы потребляются различными микроорганизмами разрушителями ( деструкторами ).В схему отходы и микроорганизмов деструкторов, которые разрушают мертвые отходы до исходных простых минеральных биогенных соединений, включается замыкающее звено — биогенные минеральные вещества. Они фактически вновь становятся первыми, т.к. моментально поглощаются фотосинтезирующими растениями-автотрофами и вовлекаются в бесконечный биотический круговорот по схеме:
Минеральное вещество (биогены) à Растения («трава») à Животное растительноядное àХищник 1 порядка (Хищник 1) à Хищник IIà Хищник. . . п à («отходы») à Микроорганизмы-деструкторы à Минеральное вещество (биогены).
Продуценты, консументы и редуценты — основные функциональные группы организмов осуществляют и круговорот веществ в экосистемах. Деление всех живых организмов на автотрофов и гетеротрофов отражает способ их питания. По роли, которую живые организмы не зависимо от их принадлежности к какой-либо популяции выполняют в экосистеме, делятся на три основные функциональные группы: на продуцентов, консументов и редуцентов.
Продуценты (П) — это те же автотрофы, они продуцируют первичное органическое вещество в экосистеме.
Консументы (К) — гетеротрофные животные организмы, принадлежащие к первым звеньям трофической цепочки — потребляют готовое живое органическое вещество, созданное на предыдущих трофических уровнях. Их называют потребителями. В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:
- фитофаги (растительноядные) — это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву.
- хищники (плотоядные) — консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными.
- эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.
Редуценты (Р) — гетеротрофные микроорганизмы, замыкающие трофическую цепочку — являются разрушителями, деструкторами, минерализаторам и мертвого органического вещества (отходов экосистемы). Минерализуют его до исходных простых минеральных соединений. Существует два основных класса редуцентов:
- детритофаги — напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. (пример: шакалы, грифы, дождевые черви).
- деструкторы — разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения). Это грибы и микроскопические о бактерии.
Трофическая цепочка в функциональном аспекте будет выглядеть следующим образом: ааааааа Минеральное вещество à П àК1, К2 …..Кп à «отходы» à Р à Минеральное вещество.
Все популяции продуцентов, консументов и редуцентов тесно взаимодействуют через трофические цепи, поддерживая структуру и целостность биоценозов, согласуя потоки энергии и вещества, обусловливая тем самым регуляцию окружающей их среды. Трофическую структуру экосистем изображают графически в виде экологических пирамид энергетических потоков, численностей организмов и биомассы, основанием которых служит первый трофический уровень (продуценты), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды.
Пирамиды энергетических потоков. Наиболее полное представление о функциональной организации сообществ и оценки относительной роли популяций в их биотических сообществах дает пирамида энергии. При учете всех источников пищевой энергии в системе энергетическая пирамида всегда сужается кверху. Данные о численности организмов могут свидетельствовать о переоценке роли мелких организмов, а данные о биомассе — о переоценке роли крупных организмов. В озерах и морях вторичные и третичные консументы (рыбы, моллюски) в большинстве случаев являются крупными и весят больше продуцентов — фитопланктона. С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия. В результате количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается. Эта закономерность подчиняется правилу 10% (Р. Линдеман, 1942), которое гласит: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий её уровень по лестнице (продуцент – консумент – редуцент), в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды. Иначе, при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 10% передается на следующий уровень. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Поэтому длина пищевой цепи, как отмечалось выше, не превышает 4 - 5 звеньев. Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи или сети содержит определенное количество биомассы. Ее можно вычислить, если собрать все живые организмы с различных произвольно выбранных участков. Собранные экземпляры необходимо рассортировать по трофическим уровням, высушить и взвесить. Полученные данные в дальнейшем используются для построения пирамид биомасс для определенной экосистемы.
Пирамиды численностей и биомасс. Собирая, все образцы организмов в экосиситеме и подсчитав численность видов, обнаруженных на каждом трофическом уровне, можно создать пирамиду численностей экосистемы. Пирамиды численностей отображены на рисунке 2.
Пастбища летом |
Консументы: |
Лес умеренного пояса летом |
|
3-го порядка |
|
|
2-го порядка |
|
|
1-го порядка |
|
|
Продуценты |
Рисунок 2. Примеры пирамид численностей в экосистемах
Пирамиды биомасс отображены на рисунке 3.
Заброшенные поля |
Консументы: |
Озеро зимой |
|
3-го порядка |
|
|
2-го порядка |
|
|
1-го порядка |
|
|
Продуценты |
Рисунок 3. Пирамиды биомасс в экосистемах
Размер каждого слоя пропорционален сухой массе на квадратный метр всех организмов на данном трофическом уровне.
Чистая первичная продуктивность растений. Скорость, с которой растения экосистемы производят полезную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). ЧПП равна скорости, с которой растения производят химическую энергию за исключением расхода химической энергии в процессе дыхания.