Экологические пирамиды. Пищевые цепи и трофические уровни

ОСНОВЫ ФИТОЦЕНОЛОГИИ

1. Общее понятие о биосфере. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Биосфера — область «жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором обитают живые существа.
Величие В.И. Вернадского в том, что он впервые понял и научно обосновал единство человека и биосферы.
Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) — крупный отечественный ученый, минералог и кристаллограф, один из основоположников геохимии и биогеохимии.
Суть этого учения: биосфера - это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере.
Прежде всего, В.И. Вернадский определил пространство, охватываемое биосферой Земли. Биосфера (греч. «биос» — жизнь; «сфера» — шар) — оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу.
Планета Земля характеризуется наличием трех поверхностных геосфер — гидросферы, литосферы, атмосферы.
Гидросфера, или водная оболочка Земли, представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами. Водная оболочка покрывает около 71% поверхности земного шара, наибольшая глубина в западной части Тихого океана достигает 11,5 км (Марианская впадина).
Литосфера, или земная кора, представляет собой внешнюю твердую оболочку земного шара мощностью в несколько десятков километров. В контексте биосферы под литосферой обычно понимают только поверхностную ее часть — почву.
Атмосфера, или воздушная оболочка, состоит из нескольких слоев: тропосферы до 15 км высоты над поверхностью Земли; стратосферы, с озоновым экраном, простирающейся до 100 км высоты; ионосферы, представляющей слой разреженного газа, высотой до 500 км.
Биосфера включает в себя:
1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы).
2) Тропосфера (нижний слой атмосферы).
3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.).
4) Литосфера (верхняя часть земной коры).

 

Учение о биосфере основано на следующих принципах:

1. Принцип целостности утверждает, что биосфера, вся жизнь, всё живое вещество существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма.

2. Принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов.

3. Принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью.

4. Основная космическая роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Вернадский подчёркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.

5. Принцип давления жизни. Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

6. Принцип растекания жизни. Растекание жизни есть проявление её геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

7. Принцип автотрофности. Автотрофными называют организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих зелёных автотрофных организмов определяется областью проникновения солнечных лучей.

8. Принцип поля жизни. Жизнь целиком определяется полем устойчивости зелёной растительности, а пределы жизни – физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определённых условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обуславливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433⁰С (от –252⁰С до +180⁰С) является предельным тепловым полем.

9. Принцип постоянства жизни. Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только её форма. Само живое существо не является случайным созданием.

10. Принцип повсеместности жизни в биосфере (принцип всюдности жизни). Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

11. Принцип нахождения живых элементов. Формы нахождения живых элементов: а) горные породы и минералы; б) магмы; в) рассеянные элементы; г) живое вещество. Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел гласит: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний, и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

12. Принцип постоянства количества живого вещества в биосфере. Живое вещество является посредником между Солнцем и Землёй и стало быть: либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

13. Принцип устойчивого равновесия. Всякая система достигает устойчивого равновесия, когда её свободная энергия равняется или приближается к нулю, то есть когда вся возможная в условиях системы работа произведена.

К биогенным и биохимическим относятся месторождения, образованные в результате жизнедеятельности и отмирания организмов в биосфере. При этом формируются месторождения известняков, диатомитов, доломитов, фосфоритов, серы, ванадия, урана, а также горючих полезных ископаемых – угля, торфа и др.

Полезные ископаемые биогенного происхождения. Месторождения фосфоритов (фосфорнокислый кальций) образуются за счет фосфора, содержащегося в остатках морских животных (скелеты, ткани). Их накоплению способствовала массовая гибель живых организмов в связи с регрессией, трансгрессией моря, изменениями режима жизни. Часть фосфора поступает из континентального стока (в форме взвеси, органического вещества). Месторождения формируются вблизи современных или древних краевых частей континентов. Эпохи накопления: венд-карбон, ордовик, пермь, мел-палеоген (58 % запасов).

Самородная сера формируется в виде месторождений также биохимическим путем – существуют микробы, способные восстанавливать сернистые соли до сероводорода. Окисление сероводорода до серы может происходить как химическим путем, так и биохимическим.

Горючие полезные ископаемые образуются из низших и высших растительных остатков, а также микроорганизмов.

Угленосные формации: 1 - платформенные (Иркутский бассейн), 2 – складчатых областей (Донбасс), 3 - промежуточные посторогенные – (Минусинская котловина, Буреинская группа).

Устойчивая безразмерная система живых и неживых компонентов в которой совершается внутренней и внешний круговорот вещества и энергии называется экосистемой.

Экосистема – это любое сообщество живых существ и среды их обитания, существующее как единое функциональное целое.

Любой биогеоценоз состоит из 2-х блоков. Один из них представлен комплексом взаимосвязанных жив. Организмов- биоценозом; а второй – факторами среды – биотопом или экотопом.

2. Определение биогеоценоза

"Биогеоценоз – это участок земной поверхности, на котором в тесном взаимодействии развиваются: однородная по составу и производительности растительность, однородный комплекс животных и микроорганизмов, однородная по физико-химическому составу почва; поддерживается однородная газовая и климатическая ситуация, устанавливается одинаковый материально-энергетический обмен между всеми составляющими биогеоценоза" (В.Н. Сукачев).

Компонентный состав биогеоценоза

Составные части биогеоценоза – материальные тела (компоненты биогеоценоза). Их делят на 2 группы:

1.Живые (биотические, биоценоз)

2.Косные (абиотическое вещество, сырье) – экотоп, биотоп.

К ним относят углекислый газ, воду, кислород и др.

Биотические компоненты биогеоценоза:

1.Продуценты

2.Консументы

3.Редуценты (детритоядные, деструкторы органических веществ).

Продуценты – организмы, продуцирующие (синтезирующие) органические вещества из неорганических (зеленые растения).

Консументы – организмы, потребляющие готовые органические вещества. Первичные консументы – травоядные. Вторичные консументы – плотоядные.

Редуценты – организмы, разлагающие органические вещества до конечных продуктов распада (бактерии гниения и брожения).

экологическая сукцессия - закономерная смена сообществ в биогеоценозе.

4.Границы между биогеоценозами.

Конфигурация и границы биогеоценоза определяются, по Сукачеву, границами,.свойственного ему фитоценоза, как автотрофной базы его, физиономически более отчетливо, чем другие компоненты, выражающие его в пространстве.

Горизонтальные границы между биогеоценозами, как и между растительными сообществами, по утверждению Ж. Леме (1976), бывают резкими, особенно в условиях вмешательства человека, но они могут быть и расплывчатыми, как бы размазанными в случае взаимопроникновения компонентов соседствующих биогеоценозов.

Б. А Быков (1970г) различает следующие типы границ между растительными сообществами и, следовательно, между биогеоценозами

а) резкие границы наблюдаются при резком различии в смежных ценозах экологических условий или при наличии доминантов, обладающих мощными средообразующими свойствами;

б) мозаичные границы в отличие от резких характеризуются включением в переходную полосу смежных ценозов их отдельных фрагментов, образующих своего рода комплексность;

в) каемчатые границы — когда в полосе контакта смежных ценозов развивается узкая кайма ценоза, отличающегося от обоих из них;

г) диффузные границы между смежными ценозами характеризуются постепенной пространственной сменой видового состава в зоне контакта при переходе одного в другой

.Вертикальные границы биогеоценоза, как и горизонтальные, определяются по размещению живой растительной биомассы фитоценоза в пространстве – верхняя граница определяется максимальной высотой надземных органов растений — фототрофов — над поверхностью почвы, нижняя—максимальной глубиной проникновения корневой системы в почву.

При этом в древесно-кустарниковых биогеоценозах вертикальные границы, как пишет Т. А. Работнов (1974а), не изменяются в течение вегетационного периода, в травяных же биогеоценозах (луговых, степных и т. п.) они варьируют по сезонам, так как происходит то нарастание травостоя, то снижение его, то полное отчуждение на сенокосах и пастбищах,. лишь нижние границы их не подвергаются сезонным изменениям.

 

Структура биогеоценоза

Различают видовую, пространственную и экологическую структуры биоценоза.

Видовая структура – число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. То есть видовая структура биоценоза определяется видовым разнооб­разием и количественным соотношением числа видов или их массы между собой.

Видовое разнообразие – число видов в данном сообществе. Встречаются бедные и богатые видами биоценозы. Видовое разнообразие зависит от возраста сообщества (молодые сооб­щества беднее, чем зрелые) и от благоприятности основных экологических факторов – температуры, влажности, пище­вых ресурсов (биоценозы высоких широт, пустынь и высоко­горий бедны видами).

Пространственная структура – распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонта­ли). Пространственная структура формируется прежде всего растительной частью биоценоза. Различают ярусность (верти­кальная структура биоценоза) и мозаичностъ (структура био­ценоза по горизонтали).

Экологическая структура – соотношение организмов разных экологических групп. Биоценозы со сходной экологической струк­турой могут иметь разный видовой состав. Это связано с тем, что одни и те же экологические ниши могут быть заняты сходными по экологии, но далеко не родственными видами. Такие виды называются замещающими или викарирующими.

Консорция – струк­турная единица биоценоза, объединяющая автотрофные и ге­теротрофные организмы на основе пространственных (топи­ческих) и пищевых (трофических) связей вокруг централь­ного члена (ядра). Например, отдельно стоящее дерево или группа деревьев (растение-эдификатор) и связанные с ним организмы. Биоценоз – это система связанных между собой консорций.

Синузия – структурная часть в вертикальном рас­членении биоценоза, образованная сходными по жизненной форме видами и ограниченная в пространстве (или во време­ни). Пространственно синузия может совпадать с горизон­том, пологом, слоем, ярусом биогеоценоза. Например, в сосновом лесу можно выделить синузию сосны, синузию брус­ники, синузию зеленых мхов и т. д.

Парцелла – структурная часть в горизонтальном расчленении биоценоза, отличающа­яся от других частей составом и свойствами компонентов. Парцеллу выделяют (ограничивают) по ведущему элементу растительности. Например, участки широколиственных де­ревьев в хвойном лесу.

Фитоценотические горизонты – структурные части биогеоценотических горизонтов, выделение которых в биогеоценозах обосновано Ю.П. Бялловичем (1960). По Ю.П. Бялловичу,

можно выделить следующие фитоценотические горизонты:

1) кроновый, включающий кроны деревьев (ветви, листья) совместно с эпифитами;

2) стволовой, включающий стволы деревьев с эпифитами и лианами, а также подлесок;

3) травяной, травяно-кустарничковый или кустарничковый, включающий прикорневую часть стволов с эпифитами, травами и кустарничками, а также нижнюю часть подлеска;

4) припочвенный, включающий напочвенные мхи и лишайники, низкорослые травы, нижние части растений, входящих в состав более высоко расположенных горизонтов.

Таким образом, некоторые виды принимают участие в формировании всех четырех фитоценотических горизонтов (деревья), другие – только трех (кустарники), двух (травы и кустарнички) или только одного (напочвенные мхи и лишайники) горизонтов.

 

4. 

Экологические пирамиды. Пищевые цепи и трофические уровни

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: