ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
advertisement
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Экологическая система - единый природный или природноантропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные (неживые) экологические компоненты соединены между собой причинно-следственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Экосистемой называют совокупность совместно обитающих растений, животных, грибов и микроорганизмов и окружающих их компонентов неживой природы Экологическая система - единый комплекс, образованный организмами и средой их обитания, в котором данные компоненты связаны обменом веществ и распределением энергии. БИОЦЕНОЗ + БИОТОП = ЭКОСИСТЕМА Биоценоз – совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию Биотоп, экотоп – определенное пространство абиотической среды СОСТАВ ЭКОСИСТЕМЫ КОМПОНЕНТЫ ЭКОСИСТЕМЫ АБИОТИЧЕСКИЕ: •АТМОСФЕРА •ГИДРОСФЕРА •ЛИТОСФЕРА И ПЕДОСФЕРА •НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА И ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ •МЕРТВОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО БИОТИЧЕСКИЕ: •ЗООЦЕНОЗ •ФИТОЦЕНОЗ •МИКРОБИОЦЕНОЗ •МИКОЦЕНОЗ СОСТАВ ЭКОСИСТЕМЫ БИОТИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ ЭКОСИСТЕМЫ ПРОДУЦЕНТЫ ИЛИ АВТОТРОФЫ ФОТОАВТОТРОФЫ РЕДУЦЕНТЫ ХЕМОАВТОТРОФЫ КОНСУМЕНТЫ ИЛИ ГЕТЕРОТРОФЫ ФАГОТРОФЫ САПРОТРОФЫ СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМ СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ВЕРХНИЙ ЯРУС ВИДОВАЯ НИЖНИЙ ЯРУС АВТОТРОФЫ ТРОФИЧЕСКАЯ ПРОДУЦЕНТЫ ГЕТЕРОТРОФЫ КОНСУМЕНТЫ РЕДУЦЕНТЫ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМ Верхний, автотрофный ярус, «зеленый пояс» Земли. Преобладают процессы синтеза органических веществ из неорганических (фотосинтез) Нижний, гетеротрофный ярус, «коричневый пояс» Земли. Преобладают процессы разложения мертвых органических остатков ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМ Автотрофный ярус – фитопланктон, продукция фитопланктона Мирового океана составляет свыше 500 млрд тонн в год Нектон – живые организмы, обитающие в толще воды Бентос – живые организмы, обитающие на дне или в грунте водоемов ВИДОВАЯ СТРУКТУРА Показывает разнообразие видов (биологическое разнообразие) Богатые видами экосистемы: тропический лес, коралловый риф; зрелые сообщества Бедные видами экосистемы: тундра, степь, пустыня, антропогенные экосистемы (сад, поле, город); молодые, формирующиеся сообщества ТРОФИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМ (1) 1. Взаимодействие автотрофных и гетеротрофных процессов Автотрофные процессы – синтез органических веществ из неорганических Гетеротрофные процессы – разложение органических веществ с образованием неорганических V1 nCO2 + mH2O ↔ Cn(H2O)m + nO2 V2 V1 – скорость автотрофных процессов V2 – скорость гетеротрофных процессов В настоящее время V1≈V2 В период, когда V1>>V2, образовались фоссильные топлива СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМ (2) 2. Саморегуляция экосистем Обеспечивается внутренними механизмами СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМ (3) Гомеостаз – свойство экосистемы или популяции поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи. СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМ (4) 3. Стабильность –свойство экосистемы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия. Определяется устойчивостью экосистемы к внешним воздействиям СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМ (5) УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМ РЕЗИСТЕНТНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ИЛИ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функцию УПРУГАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ИЛИ УПРУГОСТЬ способность экосистемы быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функции СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМ (6) Устойчивость экосистем зависит от разнообразия видов, типа внутреннего оборота веществ, его скорости и степени замкнутости РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ (1) В экосистемах происходят изменения циклические и поступательные. Циклические связаны с изменением времен года Поступательные изменения - сукцессии приводят к формированию устойчивых климаксовых сообществ Сукцессия (лат. successio - преемственность) последовательная смена экосистем в пределах одного биотопа в основном под влиянием их внутреннего саморазвития в процессе взаимодействия со средой обитания Длительность сукцессии составляет от десятков до миллионов лет РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ (2) СУКЦЕССИЯ ПЕРВИЧНАЯ ПРОИСХОДИТ ПРИ ЗАСЕЛЕНИИ ОРГАНИЗМАМИ РАНЕЕ БЕЗЖИЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ВТОРИЧНАЯ НАЧИНАЕТСЯ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ СООБЩЕСТВА ИЛИ ИЗМЕНЕНИИ УСЛОВИЙ СРЕДЫ РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ (2) Любая экосистема проходит различные стадии сукцессии до тех пор, пока не возникнет «зрелое» - климаксное сообщество Климакс – состояние стабилизированной экосистемы Климаксное сообщество характеризуется стабильностью, большим количеством накопленного органического вещества, разнообразием видов и сложными взаимоотношениями между этими видами организмов Климаксное сообщество находится в равновесии с данными факторами среды Изменяющиеся во времени сообщества образуют сукцессионный ряд (серию) где каждое предыдущее звено (серийное сообщество) формирует условия для развития последующего РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ (3) СУКЦЕССИОННЫЙ РЯД РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ (4) СУКЦЕССИОННЫЙ РЯД ВЫВОДЫ Для естественной экосистемы характерны три признака: 1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов 2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие; 3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов. ПОПУЛЯЦИЯ КАК ЭЛЕМЕНТ ЭКОСИСТЕМЫ Популяция – совокупность разновозрастных особей одного вида, объединенных общностью происхождения, ареалом обитания, территории, легко скрещивающихся Популяция есть форма существования биологических видов Главная функция популяции воспроизводство новых поколений вида в условиях конкретной экосистемы ВНУТРЕННИЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ В ПОПУЯЦИИ Составляющие популяцию организмы: совместно участвуют в размножении конкурируют друг с другом за ресурсы поедают друг друга вместе обороняются от хищников вместе охотятся и т. д. ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Численность популяции Плотность Рождаемость Смертность Прирост особей (кривая роста) Выживаемость и др. ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Численность популяции – число особей данного вида на территории ее обитания Количество медведей в Эстонии, количество лосей в лесу, количество гнезд утки на одном острове Определяется прямым подсчетом, мечением, через плотность популяции ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Плотность популяции – число особей или биомасса популяции, приходящееся на единицу жизненного пространства 500 деревьев на 1 га леса, 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоема, 5 млн бактерий в 1 куб. м воды ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Рождаемость – способность популяции к увеличению численности Абсолютная рождаемость – число новых особей, появившихся за определенный промежуток времени (час, сутки, месяц, год) Удельная рождаемость – число вновь появившихся особей в единицу времени на одну особь в популяции ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Смертность – гибель особей в популяции Абсолютная смертность – число особей, погибших за единицу времени Удельная смертность – число смертей в единицу времени на одну особь в популяции ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ •Экспоненциальная кривая, J-образная кривая •Логистическая кривая, S-образная кривая •Куполообразная кривая ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Выживаемость – это средняя для популяции вероятность сохранения особей каждого поколения за определенный промежуток времени А –кривая дрозофилы Б – кривая гидры В – кривая устрицы СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ Возрастная структура – показывает соотношение особей разного возраста в популяции Сексуальная (половая) структура – показывает соотношение полов в популяции Пространственная структура или дисперсия – показывает характер распределения организмов в пространстве СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ Возрастные пирамиды: Развивающаяся (растущая) Стабильная Вымирающая Экологические возрастные группы: Пререпродуктивная Реподуктивная Пострепродуктивная ЖИЗНЕННЫЕ СТРАТЕГИИ r-стратегия или r-отбор Высокая плодовитость Ранняя половозрелость Короткий жизненный цикл Нестабильная численность популяции Высокая смертность в раннем возрасте Способность пережить неблагоприятное время в покоящейся стадии Способность быстро распространяться на новые места обитания К-стратегия или К-отбор Низкая плодовитость Поздняя половозрелость Длинный жизненный цикл Стабильная численность популяции Повышение вероятности выживания каждого потомка Повышение конкурентоспособности ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Тип взаимодействий 1 2 Нейтрализм 0 0 Ни одна популяция не влияет на другую Конкуренция - - Взаимное подавление обеих популяций Аменсализм - 0 Популяция 2 подавляет популяцию 1, но сама не испытывает отрицательного воздействия Паразитизм + - Популяция паразита 1 использует популяцию хозяина 2 как источник пищи или как место своего обитания Хищничество + - Популяция хищника 1 питаются особями популяции 2, которых они ловят и умерщвляют Характер взаимодействий ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Тип взаимодействий 1 2 Характер взаимодействий Комменсализм + 0 Популяция 1 (комменсал) получает пользу от объединения с популяцией 2, популяции 2 это объединение безразлично Протокооперация + + Взаимодействие благоприятно для обоих видов, но необязательно Мутуализм (симбиоз) + + Взаимодействие благоприятно для обоих видов и обязательно ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Симбиоз. Слева направо: мурена и креветка, муравьи и тли. ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Примеры комменсализма. Слева направо: рыба-клоун и актиния, цапли и буйвол. ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Паразитические формы сосуществования. Слева направо: вьющиеся лианы, платяная вошь. ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Хищничество ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Мутуализм. Слева направо – лишайники (симбиоз водоросли и гриба), люцерна (симбиоз между азотфиксирующими бактериями и бобовыми растениями ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Аменсализм. Сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, отравляют водную фауну
