Лекция №2

Критерии экосистемы.

1. Экосистема может функционировать в автономном режиме.

2. Экосистема однородна по основному типу растительности (характеру ландшафта).

3. Экосистема однородна во времени и пространстве.

Материальные потоки в экосистеме.

Экосистема включает вполне определенное количество вещества и этой системе для функционирования необходима цикличность материальных потоков.

Пути движения вещества в экосистеме называется биохимическими циклами (круговороты).

Различают 2 типа круговоротов: газообразные и осадочные. Каждый включает 2 части: подвижный фонд и резервный фонд.

Резервный фонд создает основное количество вещества. Если он находится в атмосфере/гидросфере, то цикл – газообразный. В литосфере – осадочный фонд.

Примеры газообразных циклов: цикл кислорода, азота, углерода, воды и др.

Осадочные циклы: цикл серы, фосфора и др.

Газообразные циклы являются более забуференными, т.е. менее чувствительными к изменению уровня воздействия в экосистеме, а осадочные циклы менее стабильны, более чувствительны к изменениям, происходящим в окружающей среде.

Рассмотрим газообразные циклы на примере круговорота азота 78% N₂ содержащегося в атмосфере.

5 типов различных организмов:

1) Свободно живущие бактерии;

2) Сине-зеленые водоросли;

3) Симбиотические бактерии (клубеньковые);

4) Актиномицеты;

5) Кубиковые водоросли;

Все содержат фермент нитрогеназа:

Круговороты в природе, как правило, замкнуты.

К незамкнутым относится круговорот фосфора. Основное количество фосфор содержащих соединений [Ca₃(PO₄)₂] распределяется в литосфере крайне неравномерно. Фосфор содержащие соединения попадают в гидросферу за счет выщелачивания фосфата кальция и образования таких соединений, как Na₃PO₄. В гидросфере соединения фосфора используются различными организмами, после их гибели минерализуются до фосфата кальция и образуют осадочные породы.

Из гидросферы фосфор возвращается на сушу только с выловленной рыбой, человеком или птицей. Цикл незамкнут, является чрезвычайно чувствительным к изменениям, происходящим во внешней среде, и этот круговорот может быть первым круговоротом, лимитирующим жизнь на земле.

Одна из важных задач охраны окружающей среды – сохранить цикличность материальных потоков.

Энергетические потоки в экосистеме.

Основным источником энергии в биосфере является солнечная энергия, которая образуется в результате следующей термоядерной реакции:

На Солнце каждую секунду 600 млн. тонн протона превращается в 596 млн. тонн гелия.

30% солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу поверхности земли, отражается.

8% - поглощается взвешенными частицами в нижних слоях атмосферы (тропосферы).

10% - поглощается различными газообразными веществами, входящими в состав атмосферного воздуха (озоном, парами воды и т.д.)

Т.о., до поверхности земли доходит 52% солнечной энергии, приходящейся на верхнюю границу атмосферы.

Основное количество энергии расходуется на нагрев и испарение воды, отражается от поверхности земли.

Современная биосфера образовалась в результате различных процессов, идущих как самопроизвольно, с выделением энергии и увеличивающих энтропию, так и процессов, протекающих с затратой энергии и уменьшающих энтропию (синтез белка).

В отличие от материальных потоков, энергетические потоки незамкнутые.

Информационные сети экосистемы.

Экосистема является открытой динамической системой. В нее входят материальные потоки, и из нее выходят материальные потоки.

Экосистема снабжена многочисленными информационными связями, в результате чего она способна к саморегуляции.

Способность к саморегуляции и гомеостаз, а так же механизм, обеспечивающий гомеостаз (гомеостатический) основаны на совместных действиях положительных и отрицательных обратных связей в экосистеме.

Способность экосистемы к саморегуляции существует только в определенном диапазоне значений факторов (температура, влажность, концентрация кислорода и т.д.) от Хmin до Хmax – диапазоне толерантности.

Если значения факторов выходят за выходят за границы диапазона толерантности, то способность системы к саморегуляции нарушается, она выходит из равновесия.

Через определенное время в этой системе может возникнуть равновесие, но оно будет другим и возможно несовместимым с жизнью.

Для экосистем различают 2 типа устойчивости:

1) Резистентные;

2) Упругие;

1) это такой тип устойчивости, когда при изменении значений фактора параметр системы имеет среднее значение.

2) такая устойчивость, когда при изменении фактора системы меняется и параметр системы, но при возвращении значения фактора к первоначальному и значение параметра возвращается в первоначальному.

Закон минимума ЛИБИХА и закон максимума ШЕЛФОРДА.

В экосистеме действуют многочисленные факторы, но лимитируют функционирование экосистемы факторы, которые имеют минимально допустимое значение.

Впервые это было показано на растении Либихом в 1869г. Он показал, что урожай зависит от того элемента почвы, который находится в минимально допустимом значению

Но функционирование экосистемы лимитируется не только факторами, имеющими минимальное значение, но и факторами, имеющими максимально допустимое значение.

Следствия из этих законов:

1. Отдельные виды могут иметь широкий диапазон толерантности к определенному фактору.

2. Виды с широким диапазоном толерантности более распространены в природе.

3. Если отдельный фактор имеет неоптимальное значение в системе, то может быть сужен диапазон толерантности по другому фактору.

4. Виды и особи, находящиеся в стадии размножения имеют более узкий диапазон толерантности по многим факторам.

Природные факторы в экосистеме.

1. Температура:

В биосфере допустимые колебания температуры от -200⁰С до +100⁰С. Т.о. температура лимитирует жизнь в биосфере, как в минимуме, так и в максимуме.

2. Солнечная радиация.

Фотосинтез происходит под действием солнечного света и при невысокой интенсивности солнечного излучения количество биомассы увеличивается прямо пропорционально увеличению интенсивности излучения.

Но при значительном росте интенсивности скорость фотосинтеза замедляется и при определенных величинах может вообще прекратиться.

Температура и связанная с ней солнечная радиация регулируют циклы многих организмов.

Дата добавления: 2014-01-06