 |
Биологическая продуктивность, уровни воспроизводства органического вещества
|
|
|
|
Под биологической продуктивностью в экологии понимают способность живого вещества продуцировать, аккумулировать и преобразовывать живые клетки, ткани, органы, то есть биомассу.
Различают биологическую продуктивность отдельных биоценозов (прирост биомассы на определенной территории за определенный период времени), экосистем и всей биосферы (прирост биомассы на протяжении одного года).
При этом уровни воспроизводства органического вещества делятся на первичный и вторичный. Вместе они составляют круговорот энергии в биосфере.
Первичная биологическая продуктивность - это процесс накопления в растениях в результате фотосинтеза и хемосинтеза биомассы, как превращённой солнечной или иной энергии. Первичная биомасса представляет собой подземные и наземные части растений, органические вещества в автотрофах, например, белок бактерий и пр. Организмы, производящие первичную биомассу называются продуцентами. При этом выделяют также чистую продуктивность (в отличие от валовой первичной продуктивности) - количество биомассы, за исключением той части, что пошла на обеспечение физиологических процессов организмов - продуцентов.
Другие организмы - гетеротрофы (консументы) поедают продуценты и накапливают собственную вторичную биомассу, так осуществляется явление вторичной биологической продуктивности. Вторичная биологическая продуктивность может измеряться в количестве веществ, накопленных за единицу времени на единице площади или по количеству энергии в веществе. Вторичная биологическая продуктивность всегда меньше первичной (правило экологической пирамиды).
Так, разные уровни воспроизводства биологических веществ образовывают экологическую пирамиду, у ее основания стоят продуценты, над ними первичные (фитофаги, поедающие растения), вторичные (зоофаги, поедающие животных) и третичные консументы (зоофаги, питающиеся вторичными хищниками). Они связанны между собой пищевыми цепочками (трофическими связями).
|
|
|
Промежуточное положение занимают редуценты или детритофаги, организмы, которые производят биомассу за счет поглощения отмерших остатков продуцентов и консументов.
Таким образом, экологическая пирамида - это еще и пирамида биомассы, биопродуктивности и энергии. Пирамида биологической массы может быть правильной и обращенной. Правильная пирамида характеризуется широким основанием, то есть преобладанием продуцентов. Обращённая пирамида отличается преобладающим числом консументов, она может быть присуща зрелым экосистемам и отдельным биоценозам, например, водоёмам, где продуценты живут недолго. Количество биомассы измеряется в граммах на квадратный метр обитания.
Пирамида энергии характеризуется потоком пищи, проходящим через трофические цепочки. При этом поток энергии по мере прохождения всех цепочек уменьшается, а в каждой экосистеме имеет место круговорот веществ и каскадный перенос энергии (последовательная передача от экосистем отдельным биоценозам). Круговорот веществ представляет собой движение в биосфере органических и неорганических элементов (углерода, азота, фосфора, серы, калия, кальция, фосфора, натрия и др.). Таким образом, живое вещество превращается в неживое (костное), и наоборот.
Пирамида биопродуктивности похожа на пирамиду биомассы, но в отличие от неё она характеризует взаимодействие между пищевыми цепочками.
Понятие экосистемы
Экосистема - это стойкая во времени и пространстве система живых организмов, стоящая из продуцентов, консументов и детритофагов, что взаимно влияют друг на друга и на неживое вещество, обмениваясь энергией, веществами и информацией. В целом экосистемы образовывают биосферу.
|
|
|
Главными признаками экосистемы являются:
сочетание живых и неживых элементов;
полный цикл обмена веществ от создания до разложения;
устойчивость во времени;
Экосистемы могут классифицироваться по самым разным принципам:
по масштабу (макро-, мезо-, и микросистемы, например, океаны, горные гряды, озера и т.д.);
по структурно-функциональному признаку: консортивные (связи растений с животными - консорции), парцелярные (наличие однотипных консорций), биогеоценозные (экосистемы, совпадающие с биогеоценозами), ландшафтные, провинциальные (ландшафтные экосистемы в пределах физико-географических границ) биомные (провинциальные экосистемы с особыми климатическими условиями) и субстратные (материковые и океанические системы).
Как можно понять классификация экосистем во многом зависит от их функций, среди которых главными можно считать:
организацию и поддержание биологической продуктивности;
преобразование веществ в пределах биосферы;
организацию и поддержание круговорота веществ и энергии в биосфере.
В структуру экосистемы могут входить биоценозы и биотопы. Биотоп - это территория с одинаковыми условиями, климатом, почвами, освещением и т.д. А биоценоз - это совокупность растений, животных и микроорганизмов в пределах биотопа. Экосистема может состоять целиком из одного биоценоза или нескольких биоценозов. А люди способны создавать и искусственные биоценозы, например, аквариумы, участки спланированного ландшафтного дизайна и т.д. Немало на Земле и комбинированных антропогенно-природных экосистем. В связи с созданием искусственных экосистем появился такой вид, как открытая экосистема, когда нарушен процесс создания, обмена и разложения веществ в биоценозах. А естественные закрытые экосистемы существуют за счет солнечной энергии, не образовывая вредные отходы и не нарушая энергетический баланс на планете. Это же гарантирует длительный период существования естественных экосистем. Большие естественные экосистемы получили название биомов (например, зона хвойных лесов, саванны и пр.). Но наиболее численными являются мезосистемы, например, бассейны рек, горные массивы. При этом в структуре экосистемы выделяются и функциональные компоненты:
|
|
|
абиотическая среда, то есть условия неживой природы на данной территории;
комплекс продуцентов, осуществляющих первичную биологическую продуктивность;
комплекс консументов, осуществляющих вторичную биологическую продуктивность;
комплекс редуцентов, разлагающих органические вещества до минеральных.
Эти компоненты являются неизменными для любых экосистем. Все они находятся в постоянной сложной взаимосвязи. Биоценозы с биотопами связываются через круговорот веществ и энергии. А биотические компоненты, образовывая популяции, связываются трофическими цепочками, каждая их которых уникальна в своем биоценозе.
Разнообразием экосистем на планеты мы обязаны разнообразию биотических и абиотических факторов их существования, что было рассмотрено нами ранее.
Загрязнение почвы
Почвы, как абиотический фактор развития биосферы тесно взаимосвязаны с другими ее компонентами, они способны впитывать воду и химические соединения, необходимые для жизни растений, микроорганизмов, а значит, человека и животных. Основными функциями почв являются:
существование жизни на Земле;
осуществление большого (абиотического - в пределах планеты) и малого (биологического) круговорота веществ в природе;
регулирование биосферных процессов на земле, например, плодородия;
регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;
накопление биологической продукции и химической энергии для стабильного поддержания жизни в экосистемах.
В естественных условиях в почвах содержится определенное количество органических (гумус, торф и пр.), и неорганических веществ (медь, свинец, кобальт, олово, цинк, железо и др.). Но хозяйственная деятельность человека привела к тому, что баланс насыщения почв химическими веществами нарушился, концентрация некоторых веществ значительно превышает норму и угрожает нормальному развитию экосистем. Подобная ситуация получила название загрязнения почв.
|
|
|
В качестве основных загрязнителей почв выступают:
минеральные удобрения;
пестициды;
твердые и жидкие отходы промышленности;
вещества из газовых выбросов в атмосферу, производимые промышленными предприятиями и транспортом;
нефть и нефтепродукты;
радиоактивные отходы;
бытовые отходы, ухудшающие структуру почвы, ее воздухо-, и влагопроницаемость.
На сегодняшний день в почвах наиболее часто встречаются такие загрязнители, как бензпирен, свинец, хром, ртуть, бензол, толуол, нитраты, медь, никель, сероводород, карбофос, хлорамин и др. Все они обладают токсическим вклиняем на живые организмы.
Загрязнители могут попадать в почву как непосредственно, так и через поверхностные, грунтовые воды и атмосферу. В свою очередь, другие компоненты биосферы могут получать загрязняющие вещества из почвы. Результатом загрязнения почв и нарушения их основных функций становится нарушения плодородия почв и круговорота веществ и энергии, гибель отдельных видов и популяций, обеднение и исчезновение экосистем. Одновременно с этим многие продукты питания становятся опасными для человека. Все это создает ряд важных экологических и экономических проблем. Поэтому с загрязнением почв следует бороться, как при помощи превентивных, так и радикальных методов. Среди основных методов борьбы с загрязнениями почв можно назвать:
модернизацию промышленного производства с целью уменьшения вредных выбросов в почву, гидросферу и атмосферу;
рационализацию технологий сельского хозяйства, в частности:
уменьшение количества минеральных удобрений, использование натуральных удобрений;
уменьшение технического напряжения на почвы:
использование рациональных технологий обработки почв, например, бесплужной обработка, правильная организация севооборотов, системы орошения и дренажа;
использование электротранспорта;
поиск новых альтернативных источников энергии.
|
|
|
