Разнообразие экосистем

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

                                   Финансово-Экономический Институт

 

 

                           РАЗНООБРАЗИЕ ЭКОСИСТЕМ

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 1 курса

Группа : 36Э135

П.А. Ковальская

 

Проверил:

_____________________

                                                                                       к.б.н.,доцент М.Н.Казанцева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................................3

2. КОНЦЕПЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ.............................................................................4

3.РАЗНООБРАЗИЕ ЭКОСИСТЕМ............................................................................5

   3.1 ЕСТЕСТВЕННЫЕ (ПРИРОДНЫЕ) ЭКОСИСТЕМЫ……………………….6

   3.2  АНТРОПОГЕННЫЕ (ИСКУССТВЕННЫЕ) ЭКОСИСТЕМЫ.....................8

   3.3  АВТОТРОФНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ...............................................................10

   3.4  ГЕТЕРОТРОФНЫЕ ЭКОСИТЕМЫ..............................................................11

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................13

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         -2-

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Разнообразие – понятие и  важность изучения. Сложность живой природы в основном происходит из того, что все объекты ее – разные, в отличие от того, что создает человек. Если бы все живые организмы в сообществе и сообщества на Земле были одинаковы, как кирпичи одного здания – все было бы просто, а биология не могла бы стать наукой. Однако быть так не может – стандартно, из одинаковых элементов устроенные системы не только просты в изучении, но и неустойчивы в жизни. У природы есть свои причины для разнообразия, не позволяющие всем организмам, клеткам, экосистемам существовать одинаковым образом.

Экосистемы, включающие большое количество разных видов растений, намного более  продуктивны, чем те, которые представлены лишь несколькими видами, а также  значительно лучше способны противостоять  неблагоприятным погодным условиям, вредителям и болезням.

К такому заключению пришла группа ученых под руководством профессора экологии Университета Миннесоты Дэвида Тилмана, которая изучала вопросы биологического разнообразия на протяжении 12 лет.

По словам Тилмана, результаты исследования свидетельствуют о том, что биологически разнообразные экосистемы могут  быть использованы для стабильного  обеспечения биомассы для производства биотоплива, а значит и удовлетворения растущих энергетических потребностей населения.

На протяжении 50 лет ученые спорили по поводу того, является ли биологическое разнообразие стабилизирующим фактором для экосистем, и указанное исследование впервые предлагает достаточно данных, которые подтверждают эту гипотезу. Довольно длительный период исследования позволил ученым оценить средние показателя влияния биоразнообразия на стойкость растений к засухе, вредителям болезням и другим неблагоприятным факторам.

Биоразнообразие мировых экосистем  значительно обеднело в результате увеличения населения Земли, поскольку  все больше территорий используется для производства сельскохозяйственных монокультур, строительства городов  и сел, а также развития транспортной инфраструктуры.

Продуктивность степных экосистем, для которых характерно биоразнообразие, более чем на 200% выше, чем у  тех, которые состоят лишь из нескольких видов растений. Это является их большим преимуществом, которое может быть использовано человеком. Биомасса для производства биотоплива может быть получена из таких биосистем без ежегодной вспашки, применения удобрений и пестицидов. Кроме того, степные растения являются многолетними, поэтому нет необходимости засевать их каждый год. Таким образом, биоразнообразие позволяет производить биотопливо при низких затратах, благодаря чему из 1 га можно получить больше энергии.

 

                                                            -3-

КОНЦЕПЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ

 

Экосистема — сложная самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотичесой частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, Таковыми не являются аквариум или трухлявый пень. Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми (аквариум), если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии (пень), а являются лишь частью большей системы. Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами. Иногда для них употребляют понятие — фация, но оно не способно в полной мере описать такие системы, особенно искусственного происхождения. В общем случае в разных науках понятию «фация» соответствуют различные определения: от систем субэкосистемного уровня (в ботанике, ландшафтоведении) до понятий, не связанных с экосистемой (в геологии), либо понятие, объединяющее однородные экосистемы, или почти тождественное определению экосистемы.

Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции, — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем: «черных » и «белых» курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                             

 

 

 

 

                                                            -4-

 

РАЗНООБРАЗИЕ ЭКОСИСТЕМ

 

Экосистемы очень разнообразны. Их состав зависит от многих факторов, в первую очередь от климата, геологических условий и влияния человека. Они могут быть естественными или созданными человеком – антропогенными.

Виды экосистем: естественные(природная) экосистемы, антропогенные(искусственнные) эеосистемы, автотрофные экосистемы, гетеротрофные экосистемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                             

 

 

 

                                                        -5-

ЕСТЕСТВЕННЫЕ (ПРИРОДНЫЕ) ЭКОСИСТЕМЫ

 

Для естественной экосистемы характерны три признака:

• совокупность живых и неживых компонентов;
• полный цикл круговорота веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
• сохранение устойчивости в течение определенного времени.

Пространственная разграниченность экосистем в одних случаях  может быть выражена относительно отчетливо, в других — весьма условно. Экологу, изучающему структуру экосистем, удобнее пользоваться естественными границами (например, край болота, опушка леса, берег реки или озера). В любом случае выделение экосистем правомочно лишь тогда, когда имеет место приток из окружающей среды не только энергии, но и определенного количества вещества. Поэтому все экологические системы, в совокупности слагающие биосферу Земли, принадлежат к открытым системам, обменивающимся с окружающей их средой веществом и энергией. Их стабильность создается и регулируется взаимодействием круговорота веществ и потоков энергии. Исходя из общей теории систем, концепция экосистемы как открытой системы должна учитывать специфику связанных между собой среды на входе и среды на выходе. Так, для биосферы Земли средой на входе будут энергия, земное и космическое вещество, а на выходе — осадочные биогенные породы и уходящие в космос газы.

Все компоненты экосистемы взаимосвязаны, устойчивое соотношение видов складывалось веками. Поэтому появление любого нового вида, не свойственного данной экосистеме, может нарушить естественное равновесие.

Приведем примеры из экологической  истории Австралии. В один из рождественских дней 1859 г. на этот континент были впервые завезены 24 кролика. Естественные хищники, которые питаются этими зверьками, в местной фауне отсутствовали. Колония плодовитых грызунов стала стремительно размножаться. Они съедали всю траву на пастбищах и лишали корма овец, разведение которых было в то время одним из главных занятий австралийских фермеров. 10 кроликов требовали для прокормления столько же травы, сколько 1 овца. Но от овцы получали продукции в 3 раза больше.

Отстрел, ловчие ямы, яды — ничего не помогало. Небывало высокие темпы размножения кроликов в благодатных условиях перекрывали любую гибель этих зверьков от истребительных мероприятий. Именно в этот период появилось выражение — «кролики съели Австралию». Эти травоядные существенно подорвали кормовую базу скотоводства на континенте и нанесли огромный урон урожаю сельскохозяйственных культур. Правительство английского доминиона пообещало 22 тыс. фунтов стерлингов тому, кто избавит страну от нашествия прожорливых грызунов.

                                                               

                                                            -6-

 

Было предложено множество способов борьбы, но ни один не был продуктивным. И вот в 1950 г. несколько групп кроликов были заражены миксоматозом — инфекционным вирусным заболеванием. Больных животных выпустили в нескольких районах Австралии. Первые результаты были получены в долине реки Муррей к середине 1951 г. Площадь очага эпизоотии (одновременное распространение заболевания среди большого числа животных) составила 2,5 млн км², и кролики погибли почти поголовно. В последующие годы ситуация повторялась во многих штатах Австралии, преимущественно поблизости от рек, влажных лесов и других мест, населенных комарами — основными переносчиками вируса миксоматоза.

Несмотря на то что полного истребления  кроликов не произошло, их численность  никогда уже не достигала прежнего, угрожающе высокого уровня. Наука одержала победу.

Принцип экосистемы используется при  разработке биологических систем человека в условиях изоляции от биосферы Земли, например в космических или подводных  аппаратах. Основным компонентом такой искусственной экосистемы являются зеленые растения, которые за счет использования энергии света в процессе фотосинтеза поглощают двуокись углерода и выделяют кислород, т.е. осуществляют регенерацию (восстановление) атмосферы. Биомасса растений используется в пищу человеком и другими гетеротрофными организмами, которые, в свою очередь, могут входить в пищевой рацион человека. Неиспользованная биомасса растений, продукты жизнедеятельности человека и других компонентов разлагаются микроорганизмами до воды, двуокиси углерода и минеральных веществ, которые вновь используются растениями. В настоящее время созданы экспериментальные экосистемы, включающие человека, одноклеточные водоросли, высшие растения (капуста, морковь, свекла, томат, пшеница и др.), микроорганизмы-минерализаторы. За счет регенерации в таких экосистемах полностью обеспечивается потребность человека в кислороде, воде и до 20 % — в пище.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           -7-

АНТРОПОГЕННЫЕ (ИСКУССТВЕННЫЕ) ЭКОСИСТЕМЫ

 

Антропогенные экосистемы, как правило, оказываются весьма далёкими от естественного равновесия. При этом возможны несколько типичных ситуаций.

Прежде всего, это эксплуатируемые  человеком природные экосистемы, находящиеся под большой антропогенной нагрузкой. Если антропогенная нагрузка снимается, то предоставленные самим себе они возвращаются в равновесное состояние. В таком положении находятся леса, систематически подвергающиеся массовой рубке, многие пастбищные угодья. После уничтожения значительной части природной растительности человек покидает эти территории с тем, чтобы вернуться, когда в результате сукцессии растительность восстановится.

Однако при чрезмерной нагрузке экосистема теряет устойчивость, и  в таких случаях бездумная  эксплуатация природных ресурсов зачастую ведёт к экологическим катастрофам. Страшный пример такого рода — судьба Аральского моря. Это огромное озеро питалось всегда водами двух больших рек — Амударьи и Сырдарьи — и вместе с ними образовывало устойчивую систему. Во второй половине XX века воды этих рек стали разбирать на орошение хлопковых плантаций, Аральское море стало быстро высыхать, и к настоящему времени его экосистема практически погибла. Это в свою очередь привело к социальной и гуманитарной катастрофе в окрестностях Арала. Другой пример — строительство гидроэлектростанций без учёта последствий для водных экосистем. В подобных случаях нерестилища ценных пород рыб оказываются уничтоженными, а окружающие земли — подтопленными. На месте зрелых природных равновесных экосистем, как правило, возникают бедные малопродуктивные незрелые сообщества, далекие от естественного равновесия. Наконец, заброшенные карьеры и места открытых разработок полезных ископаемых оказываются пустынными территориями, на которых происходит первичная сукцессия.

Другой тип антропогенных биогеоценозов  — искусственно созданные и удерживаехмые  в неравновесном положении системы. Это — пахотные земли и другие сельскохозяйственные угодья. Как правило, они засеваются одной культурой. Для получения максимального урожая человек стремится сохранить только два трофических уровня — собственно культурное растение — продуцент и детритофагов и редуцентов в почве, необходимых для поддержания плодородия. Видовое разнообразие становится минимальным, а экологическая ниша культивируемых растений — максимальной. Понятно, что эта ситуация крайне неустойчива. Культивируемые растения не способны захватить полностью экологическую ёмкость системы, и фитофаги стараются захватить пустующие ниши, а дикорастущие растения — конкурировать с выращиваемыми культурами. Человек называет первых «сельскохозяйственными вредителями», а вторых — «сорняками» и вступает с