РЕГУЛЯЦИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ При увеличении численности популяции включаются механизмы регуляции:
1) взаимоотношения хищник-жертва. При росте численности жертвы увеличивается рождаемость у хищника, хищник, вырастая, уменьшает численность жертвы и хищник сокращается в конкурентной борьбе;
2) паразит-хозяин. Чем скученнее особи, тем выше вероятность передачи паразитов от одной особи к другой;
3) миграция имеет положительные черты: снижается вероятность скрещивания близкородственных особей, передается генетическая и поведенческая информация; минус: высокая смертность при перемещении;
4) каннибализм – поедание себеподобных (мыши, насекомые, медведи, кошки, собаки);
5) изменения нейро-эндокринной системы, которые сказываются на устойчивости к болезням (шоковая болезнь у зайцев);
6) при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции: быстроразмножающиеся особи заменяются медленноразмножающимися, а иногда особи выпадают из процесса размножения;
7) деятельность человека, т.е. охотничьи сезоны, вырубка лесов, но этот механизм несовершенен.
УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
Термин придумал Э. Зюсс в 1875 г., а разработал учение В.И. Вернадский в 1926 г.
Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
400 млн. лет живые организмы размножались, расселялись, видоизменялись и все время преобразовывали лик планеты. Они создали атмосферу, озоновый экран, почву, топливные ресурсы и т.д. (В.И. Вернадский).
Границы биосферы – вся гидросфера, нижняя часть атмосферы до озонового экрана (22-24 км от Земли), литосфера (верхняя - в пределах почвы, но по трещинам живые организмы попадают глубже).
Состав биосферы (1965 г.):
1) живое вещество (живые существа);
2) косное вещество (минералы, породы);
3) биогенное вещество (живое происхождение; известняк, нефть);
4) биокосное вещество (почва);
5) вещество радиоактивного распада;
6) вещество рассеянных атомов;
7) вещество космического происхождения.
8.СВОЙСТВА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
1. Всюдность – способность осваивать все новое пространство (магма, ледниковые отложения, обвалы горных пород).
2. Высокая приспособительная способность – живые организмы могут жить при t=-2730С до t=+1400С.
3. Активное движение – использование воздушных потоков, энергии химических реакций против течения.
4. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.
5. Высокая скорость протекания реакций: рост, развитие, пищеварение (гусеница съедает в 100 раз больше, чем весит сама).
6. Высокая скорость обновления живого вещества – смена поколений (планктон в океане полностью обновляется за год, на суше – 14 лет).
Живые организмы участвуют во всех биохимических циклах Земли (железо, сера, углерод, фосфор, кальций).
фотосинтез
органическое вещество растений
органическое вещество животных
органическое вещество почв
уход в геологию (нефть, уголь)
Рис. 5. Круговорот углерода
9. ФУНКЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
1. Энергетическая функция – способность поглощать и использовать солнечную энергию, передавать ее по пищевым цепям.
2. Газовая функция – способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания (поглощение углекислого газа, выделение кислорода).
3. Концентрационная функция – «захват» из окружающей среды атомов химических элементов. Например, моллюски концентрируют кальций.
4. Деструктивная функция – разрушение организмами отходов жизнедеятельности и мертвой органики. Окислительно-восстановительная функция – окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов; под их влиянием происходит интенсивная миграция элементов переменной валентности (Fe, Mg, S, F, N и т.д.). Они создают новые отложения сульфатов, образования сероводородов, минеральные вещества.
5. Транспортная функция – перенос вещества в результате миграции живых организмов
6. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды (например: создание микроклимата – ель выделением из корней создает кислую среду (почву), увлажнение, затенение, в результате – очистка воздуха, защита от эрозии).
7. Рассеивающая функция – противоположна концентрационной, она проявляется через трофическую и транспортную деятельность (например: смена покровов, выделение экскрементов).
8. Информационная функция – накопление информации и закрепление ее в наследственных структурах, передача последующим поколениям.
ЭКОСИСТЕМЫ
Экосистема – природный комплекс, созданный живыми организмами и средой обитания.
Живые организмы – биоценоз, фитоценоз, зооценоз, микробоценоз.
Среда обитания – экотоп, климатоп, гидротоп и эдафотоп.
Экосистема – биоценоз-экотоп (А. Тенсли).
В 1935 году А. Тенсли дал термин «экосистема».
ВИДЫ ЭКОСИСТЕМ
1. Экосистема суши – тундра, тайга, хвойные и смешанные леса, степи, полупустыни и пустыни.
2. Экосистема океана – открытый океан, континентальный шельф, потоки воды со дна на поверхность, бухты, устья рек, проливы, глубоководная зона.
3. Пресноводная экосистема – пруды, озера, реки, ручьи, заболотья.
По степени хозяйственного воздействия экосистемы бывают естественные, модифицированные (например: подсев трав на лугах), трансформированные (например: плотина на реке), искусственные (например: города, дороги и т.д.).
В. Н. Сукачёв придумал понятие «биосфера», однако оно не равноценно понятию «экосистема».
12. ВИДОВАЯ СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМЫ
Количество видов, образующих данную систему, называется видовой структурой. В старых экосистемах количество видов стабильно, в молодых – количество видов растет.
Доминантные виды – преобладающие виды (например: ель, ковыль).
Эдификаторы – строители. Они создают среду обитания и подчиняют всех этой среде обитания (например: ель окисляет почву, увлажняет и затеняет территорию).
Единичные виды – резерв сообщества, т.е. в данных условиях они не могут распространяться, но при изменении условий могут стать доминантными. Чем больше видов образуют экосистему, тем она стабильнее, устойчивее.
13.ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКОСИСТЕМ
1. Консорция – структурная единица биоценоза, объединяющая автотрофные и гетеротрофные организмы на основе пространственных и пищевых связей вокруг центрального ядра (например: ядро – дерево, вокруг него обитают питающиеся его частями).
2. Синозия – структурная часть вертикального расчленения биоценоза, ограниченная в пространстве. Синозия может совпадать с горизонтом, ярусом (например: синозия сосны, мхов, брусники).
3. Парцелла – структурная часть горизонтального расчленения биоценоза, отличающаяся от других частей составом и свойствами компонентов (например: участки лиственных деревьев в хвойном лесу).
ЭНЕРГЕТИКА ЭКОСИСТЕМ
Для своего существования живые организмы должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения связывают энергию Солнца в диапазоне 380-710 нм. Такая радиация называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Только высокопродуктивные экосистемы связывают 3-5% ФАР, остальные – 1% энергии.
В пищевой цепи 90% энергии растение тратит на себя (рост, фотосинтез, размножение) и только 10% энергии передается травоядным. Травоядные 9% тратят на себя и 1% передается хищнику.
Правило 10%: на каждый последующий уровень цепи питания передается только 10% энергии с предыдущего уровня; в конце пищевой цепи энергия рассеивается; количество уровней в цепи ограничено солнечной энергией.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПИРАМИДЫ
Если продукцию, биомассу, энергию изображать в виде прямоугольников, то их вид в пищевой цепи будет иметь вид пирамиды.
Правило пирамид: количество энергии, содержащейся в организмах на последующем трофическом уровне, меньше ее значений на предыдущем уровне.
Например:
|
|
| 34.7 кДж
|
|
|
|
|
| 4.98*103кДж
|
|
|
| 6.24*104кДж
|
| 2.6*107кДж
|
Мальчик
| Телята
| Люцерна
| Поле с люцерной
|
Рис. 6.Пирамиды биомасс и энергии
Только в океане пирамида биомасс перевернута.
Весь планктон по биомассе меньше всех китов. Пищи хватает всем благодаря планктонам, которые очень быстро размножаются.
Наряду с полезными веществами в пищевой перемещаются и токсичные вещества.
Чем выше организм в цепи питания, тем больше токсинов в его теле: вода – содержание пестицида 0,00005, планктон – 0,004, щука – 1,33, цапля – 3,53, утка – 22.8.
ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ
Продуктивность – способность экосистем создавать продукцию. Продуктивность – количество живого вещества, созданное на единице площади или объема за единицу времени, выраженная в единицах массы. Продуктивность бывает первичная (продуктивность растений) и вторичная (продуктивность животных).
Биомасса – количество живого вещества, находящееся на единице площади независимо от времени образования.
Например:
Таблица 1
Продуктивность экосистем
Экосистема
| Продуктивность
| Биомасса
| Тропический лес
| 25 - 30 тонн/га*год
| 3 – 4 тыс. тонн/га
| Тайга
| 10 - 12 тонн/га*год
| 1 – 2 тыс. тонн/га
| Степь
| 0,15 – 1,5 кг/м2*год
| 300 тыс. тонн/га
|
По Вернадскому существуют пленки жизни. Они образуются на границах нескольких сред или экосистем (например: данная, поверхностная; опушка леса).
К более мелким пленкам жизни относят: океан (коралловые рифы, саргассовые сгущения, побережье морей и океанов, зоны апвеллинга), суша (тропический лес, прибрежная зона, мелкие водоемы). Человек должен беречь высокопродуктивные экосистемы, т.к. они составляют резерв сообщества, каркас биосферы. При их разрушении рушится вся биосфера.
|