Презентация "Понятие об экосистеме и биогеоценозе. Свойства экосистем. Круговорот веществ и энергии" по биологии – проект, доклад

Понятие об экосистеме и биогеоценозе. Свойства экосистем. Круговорот веществ и энергии.

Содержание Сообщества и биоценозы Экосистемы и биогеоценозы Круговорот веществ и энергии Некоторые свойства и характеристики экосистемы Список важных биологических понятий и терминов Сообщество, биоценоз Экосистема, биогеоценоз Основные характеристики сообществ, экосистем

СООБЩЕСТВА И БИОЦЕНОЗЫ

Какие же категории используются для того, кто из особей разных совместно обитающих видов является членом сообщества, а кто туда не включён? В целом, категории учитываемых организмов и размер изучаемой области пространства могут выбираться экологом произвольно, в удобном соответствии с целью проводимого им исследования. Однако наиболее целесообразно изучать сообщества в пределах биотопа.

Биотоп (от гр. "τοπος" – место; дословно – "место жизни"; синоним – экотоп) – относительно однородный участок естественного (природного) пространства, качественно отличающийся от соседних участков и имеющий с ними более или менее четкие границы.

Обычно структура сообществ в основном определяется свойствами биотопа. Поэтому в разных биотопах сообщества существенно различаются, а в пределах биотопа — сравнительно однородны.

Наиболее полным и системно организованным сообществом является биоценоз (Moebius, 1877 г.) – совокупность особей всех видов, одновременно населяющих биотоп и взаимосвязанных между собой и с биотопом потоками вещества, энергии и информации. Эта взаимосвязь может проявляться постоянно или периодически.

В экологии используется также термин "биота" (от гр. "βιοτη" – жизнь) – совокупность особей всех видов, населяющих определенный участок пространства.

Категории (систематические, размерные, топическкие и т.п.) для тех организмов, которых следует считать членом того или иного сообщества, задаются исследователем. Состав биоценоза независим от наших представлений и включает всех совместно живущих в биотопе особей всех биологических видов.

Частным случаем весьма организованного, структурированного сообщества являются консорции. Это – устойчивые сообщества, основанные на преобразовании среды одним видом или несколькими видами. Консорция образуется, если создаваемые ими условия привлекают особей других видов.

Вид, преобразующий среду и формирующий соответствующую консорцию, является эдификатором («преобразователем»). Прочие виды привелекают сюда именно результаты жизнедеятельности эдификатора. Например, в колониях кораллов (фото), двустворчатых моллюсков, на дереве охотно селятся самые разнообразные организмы, находящие здесь убежища, пищу и прочие особенные условия.

Консорции могут входить в более крупные сообщества (обычно - менее организованные и цельные) и, разумеется, входят в состав соответствующего биоценоза.

Иными словами, биогеоценоз представляет собой биосистему, интегрирующую биотоп и его биоценоз. В отличие от биогеоценоза, экосистема может иметь и искусственное происхождение, искусственно установленные границы, а также значительную внутреннюю неоднородность (например, экосистема капли воды, Мирового океана, аквариума, космического корабля). Таким образом, к биогеоценозам относятся лишь экосистемы биотопов.

ЭКОСИСТЕМЫ И БИОГЕОЦЕНОЗЫ

Частным случаем экосистемы является биогеоценоз – "совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий, растительности, животного мира и мира микроорганизмов), имеющая свою специфику взаимодействия этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы" (В.Н. Сукачев, 1942 г.).

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Круговорот веществ на Земле – повторяющиеся процессы непрерывного, хотя и неравномерного превращения и перемещения вещества в природе (физического, химического, биологического), имеющие более или менее выраженный циклический характер. Полного повторения этих циклов никогда не происходит, количество и состав образующихся веществ варьируют.

Выделяют так называемые большой (или «геологический», или «биосферный») и малый («биологический», «экосистемный») круговороты веществ. Рассмотрим последний подробнее.

Экосистема создаётся единством её абиотической (неживой) и биотической (живой) составляющих, находящихся в сложном взаимодействии. Извне в экосистему поступают аллохтонные (инородные) минеральные и органические вещества и энергия (солнечной радиации, тепловая и др.). Минеральные и органические вещества, произведенные в самой экосистеме, называются автохтонными.

Преобразования и перемещения веществ в самой экосистеме связаны с её пищевыми цепями и сетями, которые будут подробнее рассмотрены на следующем уроке. Сейчас ограничимся только основными положениями. Нам понадобятся следующие понятия:

1) Автотрофы (дословно: "самопитающие") – организмы, потребляющие исключительно неорганические вещества и производящие их них органические вещества (путем фотосинтеза, т.е. с использованием энергии солнечного излучения – как растения, водоросли и синезеленые; или благодаря хемосинтезу – как некоторые бактерии). 2) Гетеротрофы ("питающиеся другими") – организмы, способные поедать органическое вещество, произведенное другими организмами (например, животные). 3) Редуценты ("упрощающие", "разлагающие") – организмы, разлагающие органические остатки и продукты жизнедеятельности автотрофов и гетеротрофов до более простых органических и, в итоге, до неорганических веществ (некоторые бактерии, грибы, и др.).

Наряду с понятиями "автотрофы" и "гетеротрофы", используются также сходные, но не идентичные им понятия "продуценты" и "консументы".

Продуценты – организмы, способные производить органическое вещество из неорганического. Этот процесс называется производством «первичной продукции». Консументы – организмы, потребляющие исключительно органическое вещество, произведенное другими организмами. Поэтому образование ими органических веществ называется производством «вторичной продукции».

Иногда понятия "автотрофы" и "продуценты", а также "гетеротрофы" и "консументы" ошибочно отождествляют, однако они не всегда совпадают. Например, синезеленые (цианобактерии) способны и сами производить органическое вещество с использованием фотосинтеза, и использовать его в готовом виде, разлагая до неорганических веществ. Следовательно, они являются гетеротрофами – и при этом продуцентами и редуцентами одновременно.

Таким образом, в пределах экосистемы: 1) неорганическое вещество превращается продуцентами в органическое, 2) которое затем преобразуется в последовательности консументов, 3) затем частично снова минерализуется редуцентами, 1) после чего снова может быть использовано продуцентами. Приведённая схема очень упрощает реальные события, примерно передаёт только главный путь превращения веществ в пищевой цепи экосистемы. Подробности этого важного, сложного и очень интересного процесса мы узнаем на следующем уроке.

Часть органического вещества, создаваемого организмами в экосистеме , переходит из неё в окружающую её среду и может использоваться в других экосистемах (происходит так называемый экспорт биотической продукции). Некоторая часть автохтонных и аллохтонных веществ безвозвратно утрачивается из внутреннего круговорота экосистемы, оставаясь в глубинных слоях грунта, недоступных продуцентам. Таким образом, внутренний круговорот веществ замкнут не полностью: он сопровождается постоянным более или менее интенсивным обменом веществами и энергией со средой, окружающей экосистему. Внутренний круговорот энергии в экосистемах определяется круговоротом веществ, в которых она заключена, а также соотношением процессов поступления энергии извне и теплоотдачи в окружающую среду. Поэтому он ещё менее замкнут, более зависим от условий среды, окружающей экосистему, чем круговорот веществ.

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКОСИСТЕМЫ

Границы экосистемы. Обычно принимается, что границы экосистемы (за исключением частного случая – биогеоценоза) могут быть выделены исследователем совершенно произвольно, в соответствии с целью и спецификой конкретного исследования. Так, можно рассматривать экосистему капли воды, лужи, лагуны, моря, мирового океана. Примем, что границы экосистемы выделяются исследователем произвольно. Исключения составляют биогеоценозы: ведь биотоп (экотоп) по своему определению имеет довольно чёткие границы. Переходная зона между биотопами (и соответствующими им биоценозами), где встречаются представители обоих сообществ, называется экотоном. Обычно в экотонах проявляется «краевой эффект» (или «эффект опушки») – увеличивается разнообразие и популяционная плотность, по сравнению с самими граничащими биотопами. В основе краевого эффекта – повышенное разнообразие условий среды на границах между разными биотопами.

Основной характеристикой сообщества и экосистемы является их видовой состав. Из статических характеристик основное значение имеют: 1) Видовое богатство – количество видов в сообществе. 2) Показатели обилия: численность, плотность, биомасса сообщества (аналогично соответствующим популяционным параметрам). 3) Структурные характеристики, отражающие соотношение представителей: - разных видов («видовое разнообразие») или более крупных таксонов; - обладателей разной стратегии питания («трофическая структура»); - особей с разными размерами (массой) («размерно-весовая структура»); - видов с различными ценотическими стратегиями, разной чувствительностью к воздействиям, разным поведением и др.

Из динамических характеристик основное значение имеют: 1)Показатели динамики статических характеристик сообществ. 2) Функциональные характеристики сообществ, отражающие скорость противонаправленных процессов: образования первичной и вторичной продукции и деструкции (разложения, минерализации) органических веществ редуцентами и консументами. Важной характеристикой сообществ и экосистемы в целом служит их так называемая "реальная" продукция. Это - продукция, которая образуется всеми членами сообщества (экосистемы) и может быть «экспортирована» за их пределы. Поскольку часть продукции потребляется хищниками, входящими в состав самого сообщества (или экосистемы), «реальная» продукция меньше суммы величин продукции всех входящих в них популяций. Соотношение показателей «реальной» продукции и деструкции органического вещества экосистемы показывает, насколько в последней сбалансированы процессы образования и разрушения органических веществ.

Весьма важной характеристикой экосистемы является также её устойчивость к воздействию: резистентная устойчивость: способность сохранять своё состояние неизменным, и упругая устойчивость: способность возвращаться в исходное состояние после снятия воздействия. Основной количественной мерой обеих форм устойчивости экосистемы к воздействию является максимальный уровень последнего, при котором данная форма устойчивости сохраняется. Ясно, что по мере нарастания воздействия на экосистему сначала она утрачивает резистентную устойчивость (начинает заметно изменяться), а затем, при критическом уровне воздействия, и упругую (изменения становятся необратимыми).

Чем отличаются понятия «сообщество» и «биоценоз»,«экосистема» и «биогеоценозом»?

1) Сообщество – категория искусственная: оно может включать лишь те виды, которые соответствуют критериям, заданным самим исследователем. Размер изучаемой области пространства при этом также выбирается исследователем. Биоценоз – категория более естественная. Это – сообщество биотопа (который, как нам известно, имеет достаточно чёткие границы). Кроме того, оно включает все виды, популяции которых населяют этот биотоп. Таким образом, биоценоз – частный случай сообщества. К биогеоценозам относятся лишь полные сообщества биотопов. 2) В отличие от биогеоценоза, экосистема может иметь и искусственное происхождение, искусственно установленные границы, а также значительную внутреннюю неоднородность (например, экосистема капли воды, Мирового океана, аквариума, космического корабля). Таким образом, биогеоценоз – частный случай экосистемы. К биогеоценозам относятся лишь экосистемы биотопов.