Экосистемы и принципы их функционирования.

Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Протекающие через живые организмы потоки вещества и энергии в процессе обмена веществ весьма велики.

Чрезвычайно высокая интенсивность потоков вещества из неорганической природы в живые тела давно привела бы к полному исчерпанию запасов необходимых для жизни соединений, т.е. биогенных элементов. Но этого не происходит, и жизнь не прекращается, так как указанные элементы постоянно возвращаются в окружающую среду. И происходит это благодаря биоценозам, в которых в результате пищевых отношений между видами синтезированные растениями сложные органические вещества превращаются, в конце концов, в такие простые соединения, как CO₂, H₂O, ряд элементов, которые могут быть снова использованы растениями в процессе фотосинтеза. Так возникает биологический круговорот вещества. Следовательно, биоценоз, будучи и сам по себе сложной системой живых организмов, является частью еще более сложной системы. В последнюю помимо живых организмов входит и их неживое окружение, которое содержит различные вещества и энергию, необходимые для развития и обеспечения жизнедеятельности.

Любую совокупность организмов и неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экологической системой, или экосистемой.

Любая экосистема, независимо от размера, включает в себя живую часть (биоценоз) и ее физическое (неживое) окружение. При этом малые экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до глобальной экосистемы Земля.

Виды экосистем.

Экологическая система (экосистема) — совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время.

Природные экосистемы могут быть самого различного объема и протяженности. Это и капля воды с ее обитателями, и лужа, пруд, луг, тайга, степь.

Принято делить экосистемы на три большие категории.

1) Наземные: тундра, тайга, степь, саванна, пустыня итд.

2) Пресноводные: лужа, озеро, река, болото итд.

3) Морские: открытый океан, море, шельфовая зона, коралловый риф итд.

Основные биосферные циклы элементов.

1) Большой круговорот веществ.

2) Малый круговорот веществ.

Биогеохимический круговорот.

·Круговорот газового типа.

·Круговорот осадочного типа.

Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом.

Круговорот веществ.

Экосистема может обеспечить круговорот веществ только в том случае, если включает четыре необходимые для этого части: 1) запасы биогенных элементов; 2) продуценты; 3) консументы; 4) редуценты.

На их сложном и постоянном взаимодействии основан первый (основной) принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Биологический круговорот не совершается исключительно за счет вещества, поскольку он – результат деятельности организмов, для обеспечения жизнедеятельности которых требуются постоянные энергетические затраты, поставляемые Солнцем. Энергия солнечных лучей, поглощаемая зелеными растениями, в отличие от химических элементов, не может использоваться организмами бесконечно. Энергия при превращении из одной формы в другую, т.е. при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде.

Второй основной принцип функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Атмосфера Земли.

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая Землю и вращающаяся вместе с ней как единое целое. Это составная часть биогеоценоза (слой воздуха в почве и над ней, в пределах которой выполняется взаимодействие с компонентами биосферы).

Функции атмосферы.

1) Среда для дыхания живых организмов.

2) Защитная оболочка Земли.

· защита от различных космических тел;

· защита от жёсткого ультрафиолетового излучения (озоновый слой);

· защитная оболочка для сохранения тепла.

Состав атмосферы.

N₂ ≈ 70-78%; O₂ ≈ 18-20%; CO₂ ≈ 0,03-0,3%; H₂O (пар).

Гидросфера Земли. Круговорот воды.

Гидросфера – водная оболочка Земли.

Состав гидросферы.

1) моря и океаны ≈ 96,4%;

2) пресные водоёмы (реки, озёра, болота итд) ≈ 1,72%;

3) ледники и постоянные снега ≈ 1,86%;

4) водяной пар ≈ 0,02%.

Функции гидросферы.

1) Растворитель веществ.

2) Среда обитания водных организмов.

3) Стабилизация температуры на Земле.

Круговорот воды – постоянный перенос воды происходит с одного места в другое в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и сушей. Он осуществляется в основном непосредственно за счет энергии Солнца, однако живые организмы оказывают на него важное регулирующее воздействие.

Самоочищение водоемов.

Механизмы самоочищения – химические окислительно-восстановительные реакции:

1) за счёт солнечных лучей;

2) биохимическое окисление;

3) за счёт различных гидрологических условий.

У каждого процесса самоочищения водоёма существует пороговое значение, выше которого естественная водная среда с загрязнением справиться не в состоянии.

Эвтрофикация.

Эвтрофикация — повышение уровня первичной продуктивности водоемов из-за повышения в них концентрации биогенных веществ, в основном азота и фосфора; часто приводит к цветению вод.

Попав в природные водоемы (например, соединений фосфора и азота), биогенные элементы становятся питательной средой для микроорганизмов, в том числе - сине-зеленых водорослей. Продукты жизнедеятельности сине-зеленых - аллергены, токсины, уже на прямую воздействуют на человека. Особенно интенсивно водоросли размножаются в хорошо прогретой воде, то есть летом. Именно поэтому некоторые из нас обнаруживают после купания в заливе на своем теле красные пятна. А если выпить такой воды, даже при условии, что она кипяченая, можно сильно отравиться. Процесс антропогенного эвтрофирования, вызывая быстрые и подчас необратимые нарушения функциональных связей экосистемы, приводит к ухудшению качества воды, подрыву полезной продуктивности, а иногда и к полной утрате природных ресурсов озера. Основные отрицательные последствия этого процесса - массовое развитие планктонных водорослей, появление неприятного запаха и вкуса воды, увеличение содержания органических веществ, снижение прозрачности и увеличение цветности воды. Перенасыщение воды органическим веществом стимулирует развитие сапрофитных бактерий, в том числе болезнетворных, а также водных грибов. В результате жизнедеятельности некоторых водорослей, особенно сине-зеленых, возникают токсические эффекты, приводящие к заболеваниям животных, а в отдельных случаях и человека («гаффская» и «сартландская» болезни).

На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть содержащегося в озерной воде растворенного кислорода. В результате ценные в промысловом отношении породы рыб (лососевые, сиговые), требовательные к высокому качеству воды, вытесняются низкосортными видами, менее в этом отношении чувствительными.

Почва как элемент биосферы.

Почва - особое природное образование, сформировавшееся в результате преобразования горных пород растениями и животными, т.е. в результате почвообразовательного процесса. Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой с/х всех стран. Почва состоит из твёрдой, жидкой, газообразной и животной частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы.. Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных.

Функции почвы.

1) Среда обитания для живых организмов и микроорганизмов.

2) Защитный слой для низлежащих слоёв земли.

3) Обеспечение нормального стока воды (поддержание круговорота воды).

4) Место для получения сельскохозяйственной продукции.

Поскольку почва является условновосстанавливаемым природным ресурсом, её восстановление происходит в течение длительного времени.

23. Деградация почвы. Это сов-ть процессов приводящих к изменению функции почвы как элемента прир. среды, колич. и качеств. ухудшению её свойств, снижению природной знач-ти.

Причины деградации почвы.

1) Технологическая (эксплуатационная) деградация почв:

а) нарушение почвенного покрова при добыче полезных ископаемых;

б) механическое разрушение.

2) Эрозия почв – механический перенос частиц почвы с одного места на другое в результате воздействия ветра и воды.

а) выветривание;

б) вымывание.

3) Засоление почв – накопление на отдельно взятом участке почвы водорастворимых солей.

4) Заболачивание – изменение гидрологического режима участка земли, приводящее к возникновению избыточной влаги.

5) Опустынивание – процесс, приводящий к потере природной экосистемой сплошного растительного покрова с дальнейшей невозможностью его восстановления без участия человека. Происходит главным образом в аридных районах в результате естественных и преимущественно антропогенных факторов

(сведение лесов, неумеренная эксплуатация пастбищ, нерациональное использование водных ресурсов при орошении земель и др.).