Проблемы современной экологи

      Цепи  питания не всегда могут быть полными. В них могут отсутствовать растения (продуценты). Такая цепь характерна для сообществ, формирующихся на базе разложения трупов животных или растительных остатков. Кроме того, могут отсутствовать или могут быть представлены небольшим количеством животные. Например, в лесах отмирающие растения или их части сразу используются в пищу редуцентами, которые разлагают органические вещества до исходных минеральных веществ и СО₂, завершая круговорот.

      Существуют  «цепи выедания» («цепи потребления», пастбищные), и «цепи разложения» или «детритные».

      Цепи  выедания  - это трофические цепи, начинающиеся с фотосинтезирующих организмов.

      Цепи  разложения – это пищевые цепи, начинающиеся с отмерших растений, трупов и экскрементов животных.

      Цепи  могут быть относительно простыми, короткими, например «осина – заяц – лиса», и более сложными, например «трава – насекомые – лягушки  – змеи – хищные птицы». Разные трофические цепи связаны между собой общими звеньями в очень сложную систему, которая носит название трофической сети. Очевидно, что звенья (и входящие в них организмы), образующие пищевую, или трофическую, цепь, неравнозначны, в первую очередь, с точки зрения занимаемого места.  

 

16. Связь между потоком элементов питания и потоком энергии в экосистеме.

 

      Каждый организм в природе в том или ином виде служит источником питания для ряда других организмов. В результате последовательного перехода органического вещества с одного трофического уровня на другой происходят круговорот веществ и передача энергии в биоценозе. При этом органические вещества, переходя с одного трофического уровня на другой, частично исключаются из круговорота, в результате чего происходит накопление органических соединений в виде залежей полезных ископаемых – торфа, угля, нефти, газа и др.

      Первичным источником энергии всех биосистем  является Солнце, оно обеспечивает жизнь. Различные элементы биоценоза не генерируют энергию, все они последовательно превращают лучистую энергию в энергию химических связей.

      Усвоенная консументами из пищи энергия расходуется  на дыхание, совершение работы и поддержание  жизнедеятельности, некоторая часть  идет на рост и размножение. То есть поглощенная энергия используется как для создания тела соответствующих живых существ (органических веществ, их образующих), так и для обеспечения деятельности этих живых существ. Необходимая для этой цели энергия образуется в результате сложного многоступенчатого окисления органических соединений в клетках живых организмов - так называемое клеточное дыхание.

      Вещество  в экосистеме может  совершать бесконечный  круговорот, энергия  же, содержащаяся в  пище, не совершает  круговорота, а шаг за шагом превращается в тепловую. Поэтому экосистеме необходим постоянный приток энергии извне.

      При переходе общего количества энергии  из одной формы в другую энергия  не возникает и не исчезает, а  лишь переходит из одной формы  в другую (1-е начало термодинамики). В силу второго закона термодинамики процесс передачи энергии неизбежно связан с рассеиванием энергии на каждом трофическом уровне, т.е. с ее потерями и возрастанием энтропии. КПД процессов преобразования энергии всегда меньше единицы. Определенная доля энергии теряется при отмирании организмов, а также не усваивается из пищи.

      Однако  при всем разнообразии расходов энергии  максимальные затраты энергии идут на дыхание, в сумме с неусвоенной пищей они составляют до 90 % от потребленной энергии. Тогда результирующий поток энергии, переходящий на следующий, более высокий трофический уровень, составляет в среднем около 10 % энергии, полученной данным уровнем. В результате на верхние трофические уровни (к хищникам) переходит всего тысячная доля процента от энергии зеленых растений.

      Эта закономерность называется обычно "правилом десяти процентов". Конечно, данное правило является ориентировочным, но оно ярко иллюстрирует, насколько низок КПД всех биологических систем и велико значение процессов диссипации энергии в биосфере.

      В результате этого количество энергии, доступное для потребления, падает по мере возрастания трофического уровня организма. Это приводит к тому, что  цепи питания не могут быть длинными, чаще всего они состоят из 4-6 звеньев. Например, "трава-заяц-лиса" или "трава-муха-лягушка-цапля-лиса". Однако такие линейные цепи в чистом виде в природе практически не встречаются. Первое трофическое звено – растение – может служить источником питания нескольким видам консументов, причем те, в свою очередь, также могут являться составной частью нескольких различных пищевых цепей. Например, заяц, как консумент I порядка, может служить пищей нескольким хищникам – лисе, волку и др. В результате в биоценозе формируются сложные пищевые или трофические сети. Более сложные сети характеризуются повышенной надежностью и более интенсивным круговоротом веществ. 

17. Фотосинтез. Уравнение фотосинтеза. Хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины и их роль в фотосинтезе.

 

      Фотосинтез  – один из удивительных процессов  живой природы, обеспечивающий нашу планету массой органических веществ и свободным кислородом. Благодаря фотосинтезу (совместно с хемосинтезом) обеспечивается не только вся потребность автотрофных организмов в органических веществах, необходимых для различных процессов биосинтеза, но косвенным образом и вся потребность гетеротрофных существ в органических питательных веществах (пища животных и разные иные формы питания).

      Фотосинтез  – это процесс, в результате которого зеленые растения, используя энергию солнечного света, преобразуют простые соединения с низким содержанием энергии в сложные органические соединения, в которых солнечная энергия запасена в форме химической энергии.

      6CO₂ + 6H₂O + hv → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑

      Из  глюкозы вместе с получаемыми  из почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани растительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество планеты.  

18. Понятие биомассы и продуктивности. Виды продуктивности.

 

      Биомасса  – это количество живого вещества тех или иных организмов или всего сообщества, приходящееся на единицу площади или объема (т/га, кг/га, г/м³, г/м², дж.). Ее определяют в сыром или сухом виде.

      Более 90% биомассы живого вещества приходится на биомассу наземных растений (фитомассу), остальное - на водную растительность и гетеротрофные организмы. Основная роль в живом веществе Земли принадлежит автотрофным растениям суши (наземная). Географическое распределение автотрофных организмов крайне неравномерно: оно зависит от количества тепла и влаги. Так, главные запасы фитомассы приходятся на тропические области (более 55%).

      Биомасса  гетеротрофных организмов суши, прежде всего животных (зоомасса), во много раз меньше биомассы растений. Наиболее высока биомасса почвенных микроорганизмов и беспозвоночных, а доля наземных позвоночных в общей зоомассе - всего от 0,2% до 4%.

      Продуктивность  сообщества - это важный функциональный показатель сообщества, а также его отдельных элементов (автотрофного и гетеротрофного компонентов, отдельных трофических уровней, популяций каких-либо видов) является их способность к созданию (продуцированию) новой биомассы.

     Продуктивность (продукция) экологической  системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи.

     Различают разные уровни продуцирования органического  вещества.

     Первичная продукция - органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени.

     Вторичная продукция – прирост массы консументов в единицу времени.  

19. Биосфера  как особенность  планеты Земля. Распределение  жизни в биосфере. Компоненты биосферы.

 

Биосфера (от греч. биос – жизнь, сфера – шар) – это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых.

Понятие биосферы как сферы обитания живых  организмов или сферы, занятой жизнью, было предложено в 1875 г. австрийским  ученым Э. Зюссом, а основателем учения о биосфере - определенного единства живой и косной материи – является русский геохимик Владимир Иванович Вернадский (1868–1945).

 

Биосфера  включает в себя: живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов (растения, животные, микроорганизмы), биогенное вещество, то есть органо-минеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть), биокостное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (костной) природой (водой, атмосферой, горными породами) и почвенный покров.

Нижняя  граница биосферы опускается на 2-3 км от поверхности суши и на 1-2 км ниже дна океана. Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой.  

20. Основные «сферы жизни», входящие в состав биосферы.

 

      Биосфера  включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу), террабиосферу – поверхность самой суши, и литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки.

      Биогеосфера («пленка жизни») – это своеобразная оболочка земного шара, где сконцентрировано практически все живое вещество. Она располагается на границе поверхностного слоя земной коры с атмосферой и в верхней части водной оболочки Земли.

      Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Она состоит из нескольких сфер – тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы и экзосферы. Химический состав воздуха до высоты 100 км остается практически постоянным (азот – 78.09%, кислород – 20.94%, аргон – 0.93%, диоксид углерода – 0.03%, остальные газы в микроколичествах).

      Гидросфера  – водная оболочка Земли, она включает в себя совокупность поверхностных вод, а также воду, находящуюся в пределах литосферы и атмосферы. Гидросфера представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами.

      Вода  в атмосфере – это водяной  пар и его конденсат (капельки воды и ледяные кристаллы). Воды гидросферы по вертикали делятся на две зоны. Верхняя зона  - эфотическая, определяется глубиной проникновения солнечного света(100 м). В этой зоне живут фотосинтезирующие организмы. В нижних слоях, куда не проникает солнечный свет, - афотической зоне – обитают живые организмы, использующие готовые органические вещества, синтезированные организмами эфотической зоны. Это хемосинтетики – сероводородные бактерии.

      Литосфера – внешняя прочная оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии Земли. Поверхность Земли обладает неоднородностью по высоте: от 8848 м над уровнем моря (г. Джомолунгма) до 11034 м (Марианская впадина). Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, в основном, в почве.