Экологическая Сукцессия

 

CoolReferat.com

Введение

 

Взаимодействие  человека с природой - одна из наиболее сложных и трудно разрешимых проблем  современности. Сегодня стало очевидным, что задачи сохранения окружающей среды  и экономического развития взаимосвязаны: разрушая и истощая природную среду невозможно обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Формирование  комплексной и гармоничной системы  природопользования - важная проблема, стоящая перед человеком.

Целью данной работы является  изучение экологических систем, сукцессии и ее видов.

Рабочей гипотезой выдвинуто предположение что, изучение  данной темы будет эффективным при условиях:

• изучения экологической пирамиды;
• рассмотрение видов сукцессии;
• изучение стабильности и развития экосистем.

Основными задачами работы являются:

• объяснить понятие и сущность экосистемы;
• определить виды экологической сукцессии;
• изучить пути решения проблемы взаимодействия человека с природой.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Экологические системы

 

1. . Состав и структура экологической системы.         Экологическая пирамида

 

Экологическая система - основная функциональная единица экологии, включающая в себя живые организмы (биоценоз) и среду обитания (экотоп), причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни.

Экосистемы  представляют собой основные природные единицы на поверхности Земли. Это не только комплекс живых организмов, но и все сочетания физических факторов. Всюду, где можно наблюдать отчетливое единство растений и животных, объединенных отдельным участком окружающей среды, говорят об экологической системе.

Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности и происхождения. Поэтому оно применимо как  к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле), так и к сложным естественным комплексам организмов и среды их обитания (озеро, лес, океан).

В состав экосистемы входят неживые и живые компоненты (таблица)

Неживые (абиотические) компоненты		Живые (биотические) компоненты
название	описание	название	описание
1) неорганические  вещества	(N2, C02, Н2О и др.), включающиеся в природные круговороты	1) продуценты	автотрофные (самостоятельно питающиеся) организмы, главным образом, зеленые растения, которые создают  органические вещества из простых неорганических веществ. Автотрофы составляют основную массу всех

продолжение таблицы 

Неживые (абиотические) компоненты		Живые (биотические) компоненты
название	описание	название	описание
			живых существ и полностью  отвечают за образование всего нового органического вещества в любой  экосистеме, т.е. являются производителями продукции
2) органические соединения	углеводы, белки, аминокислоты, гумусовые вещества и др., связывающие  биотическую и абиотическую части  экосистем	2) макроконсументы (консументы 1, 2 и т.д. порядка)	гетеротрофные (питающиеся другими) организмы, главным образом, животные, которые поедают растения и другие организмы. В отличие от автотрофов продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и разрушители органических веществ.
3) климатический режим	освещенность, температура, влажность и другие физические факторы.	3) микроконсументы (редуценты)	гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают  некоторые продукты разложения и  высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами

Таблица

 Компоненты входящие  в состав экосистемы.

Структура экосистемы. В зависимости от характера питания в экосистеме строится экологическая пирамида (пирамида питания), состоящая из нескольких трофических уровней:

1) (низший) занимают  автотрофные организмы;

2) гетеротрофные организмы 1 порядка, использующие в пищу биомассу растений;

3) гетеротрофы 2 порядка, питающиеся гетеротрофами 1 порядка, и т.д.

В наземных экосистемах  масса продуцентов больше, чем масса консументов, масса консументов 1-ого порядка больше, чем консументов 2-ого порядка и т.д. Это обусловлено тем, что пища используется не только на рост организмов, но и на удовлетворение энергетических затрат: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры. Поэтому графически модель экосистемы имеет вид пирамиды (Рис. 1).

 

Рис. 1. Экологическая  пирамида

1. Продуценты (растения); 2. Консументы 1порядка (травоядные) 3. Консументы 2 порядка (плотоядные, хищники); 4. Конечные консументы

 

Изучение пpиpодных  экосистем в общем случае производится в стpуктуpном и функциональном аспектах. В стpуктуpном отношении  исследуется видовой состав экосистемы: выясняется пеpечень видов микpооpганизмов, pастений и животных, населяющих экосистему, их количественное соотношение.

Информация, в  экологических системах может пониматься как энергетически слабый сигнал, управляющий системой. Например, он может восприниматься ее организмами  в форме закодированного сообщения  о возможности многократно более мощных влияний со стороны других организмов, либо факторов среды, вызывающих их ответную реакцию. Так, слабые и совершенно нечувствительные для человека подземные толчки - предвестники более мощного разрушительного землетрясения, воспринимаются многими животными, своевременно покидающими свои норки.

Таким образом, информационная сеть экосистемы состоит  из потоков сигналов физико-химической природы и определяет ее кибернетические  возможности (кибернетика - искусство  управления, гр.). Управление в экосистемах основывается на обратной связи, изображаемой обратной петлей, по которой часть сигналов с выхода системы поступает обратно на ее вход (рис.2). При этом их влияние на управление системой может резко усилится. В природе часто низкоэнергетические сигналы вызывают высокоэнергетические реакции.

Рис. 2. Механизм обратной связи

Понятие экологической  системы иеpаpхично. Это означает, что всякая экологическая система  опpеделенного уровня включает в себя pяд экосистем предыдущего уровня, меньших по площади и сама она, в свою очеpедь, является составной частью более кpупной экосистемы. Hапpимеp, пpавомеpно pассматpивать в качестве экосистемы аласную впадину, огpаниченную склонами межаласной возвышенности (рис.4). В свою очеpедь, эта система обычно включает в себя остаточное озеpо, болотные и луговые растительные сообщества со всеми населяющими его живыми существами. В качестве элементаpной экосистемы можно пpедставить себе кочку или мочежину на болоте, а более общей экосистемой, охватывающей множество аласов и межаласные пpостpанства, явиться соответствующая залесенная повеpхность теppасы или пенеплена.

Пpодолжая этот pяд ввеpх можно подойти к экологической  системе Земли - биосфере, а двигаясь вниз - к биогеоценозу, как элементарной биохорологической (хора - пространство, гр.) единице биосферы. Учитывая pешающее значение на pазвитие живого вещества Земли зональных фактоpов, пpавомеpно пpедставить себе такой теppитоpиальный pяд соподчиненных экосистем:  

• элементаpные
• локальные
• зональные
• глобальные.

И снова видно, что гpаницы экологических систем всегда откpыты. Однако, пpи этом подpазумевается некоторое теppитоpиальное огpаничение, необходимое и достаточное для получения нужных pезультатов исследования.

 

 

1.2. Биотический круговорот веществ и энергия                                       в экологической системе

 

Круговорот  веществ в экосистеме называется биотическим. Перенос вещества и энергии в нем осуществляется, в основном, посредством трофических (пищевых) цепей.

Трофической (пищевой) цепью называется перенос энергии пищи от ее источника - растений через ряд организмов путем поедания одних организмов другими. В основе этого процесса лежит следующая химическая формула:

C0₂ + H₂0 + Q C_nH_mO_k + 0₂.

Схема переноса веществ и энергии в природных экосистемах представлена на рисунке 2.

Рис.2. Схема переноса веществ и энергии в природных  экосистемах.

Экологическую систему можно представить в  виде диаграммы потока энергии (рис. 3).

Рис.3. Потоки энергии  в простой трофической цепи.

 

Отдельные трофические  уровни в ней изображены как резервуары, размер которых соответствует количеству энергии заключенной в них  биомассы, а поперечник соединяющих  их каналов - величине потоков энергии.

Энергия в экологическую  систему попадает в виде потока солнечной энергии L. Большая часть ее (L_u) рассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями (La), преобразуется фотосинтезом в энергию химических связей углеводов и других органических веществ (P_g). Часть образовавшегося вещества окисляется в процессе дыхания растений, освобождая энергию R, а также используется в других биохимических процессах растений и в конечном счете рассеивается в виде тепла (N_a). Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливает прирост биомассы растений Р_П|.

Прирост биомассы растений рано или поздно используется: часть потребляется первичными консументами, остальное перерабатывается редуцентами. Консументы питаются, размножаются, растут и также дают продукцию Р «2, которая поступает на следующий трофический уровень вторичным консументам.

Таким образом, при переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной  энергии не воспринимается (N_u), часть отдается в виде тепла, экскрементов (N_a), а часть расходуется на дыхание (R). В среднем при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно в 10 раз (правило 10% Р. Линдемана). Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу доступной энергии. Поэтому число трофических уровней никогда не бывает слишком большим и чаще всего не превышает 4-5 уровней.

Поскольку в  обратный поток поступает ничтожное  количество изначально вовлеченной  энергии (не более 0,25 - 0,35%). говорить о  круговорот энергии нельзя. Существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

 

1.3. Стабильность и развитие экосистем

 

В нормальном состоянии  любой экологической системе  присуще устойчивое состояние, называемое гомеостазом, характеризующееся динамическим (подвижным) равновесием между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии.

В тоже время  любая экосистема входит в иерархию систем и поэтому подвергается внешним  воздействиям, стремящимся вывести  ее из равновесия. Если это атияние  не слишком грубо, то нарушенные связи заменяются другими и процесс передачи вещества и энергии продолжается. Такое явление называется экологическим дублированием.

Экологическое дублирование - процесс замены исчезнувшего по каким-либо причинам вида другим видом, который занимает его экологическую нишу. Так экосистемы сопротивляются воздействиям, нарушающим их стабильность.

Система тем  надежнее и стабильнее, чем большее  видовое разнообразие она имеет. Это обеспечивает широкие возможности  для экологического дублирования.

В тоже время  под влияние внешних и внутренних факторов в экологических системах происходят постоянные изменения. Некоторые виды экосистем, испытывая негативные воздействия, снижают свою численность, а иногда вовсе исчезают. Другие виды могут от этого выиграть, и их численность возрастает. Происходит вытеснение одних видов другими.

Процессы последовательных изменений состояния экосистем  в пространстве или во времени, сопровождающиеся сменой состояний и свойств всех ее компонентов, называются сукцессиями.

Способность экосистемы относительно полно самовосстанавливаться и саморегулироваться в течение сукцессионного или эволюционного отрезка ее существования называется экологической надежностью. Простейшим механизмом поддержания экологической надежности экосистемы является замена выбывшего по каким-либо причинам вида другим, экологически близким. При более глубоком нарушении замена происходит на уровне сообществ различного уровня вплоть до биогеоценозов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сукцессия и ее виды

 

2.1. Понятие сукцессии

 

Восстановление  экосистемой нарушенного равновесия проходит через четко определенные стадии.

Экосистему можно вывести  из состояния равновесия многими  способами. Обычно это бывает пожар, наводнение или засуха. После такого нарушения равновесия новая экосистема сама себя восстанавливает, и этот процесс носит регулярный характер и повторяется в самых разных ситуациях. Что же происходит в нарушенной экосистеме? На месте нарушения определенные виды и вся экосистема развиваются таким образом, что порядок появления этих видов одинаков для схожих нарушений и схожих ареалах. В этой последовательной смене одних видов другими и заключается суть экологической сукцессии.