Шпаргалка по "Экологии"

Кроме биотичеких факторов, в разложении принимают участие и абиотические (пожары, которые можно считать «агентами разложения»). Но если бы мертвые организмы не разлагались бы гетеротрофными микроорганизмами и сапрофагами, для которых они служат пищей, все питательные вещества оказались бы в мертвых телах и никакая новая жизнь не могла бы возникать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Биологическая  продуктивность экосистемы.

 

Продуктивность экологической системы — это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое затем может быть использовано в качестве пищи.

Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов — вторичной продукцией.

Первичная продукция подразделяется на два уровня — валовую и чистую продукцию. Валовая первичная продукция — это общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая и траты на дыхание. Та часть валовой продукции, которая не израсходована «на дыхание», называется чистой первичной продукцией: она представляет собой величину прироста растений и именно эта продукция потребляется консументами и редуцентами.

Вторичная продукция не делится уже на валовую и чистую, т.к. все гетеротрофы используют ранее созданную продукцию. Рассчитывают вторичную продукцию отдельно для каждого трофического уровня, так как она формируется за счет энергии, поступающей с предшествующего уровня.

Все живые компоненты экосистемы — продуценты, консументы и редуценты — составляют общую биомассу (живой вес) сообщества в целом или его отдельных частей. На образование биомассы расходуется та энергия, которая используется, создает первичную продукцию и может расходоваться в разных экосистемах по-разному. Если скорость ее изъятия консументами отстает от скорости прироста растений, то это ведет к постепенному приросту биомассы продуцентов и возникает избыток мертвого органического вещества. Последнее приводит к заторфовыванию болот, зарастанию мелких водоемов, созданию большого запаса подстилки в таежных лесах и т. п.

14. Системный подход  и моделирование в экологии.

 

Системный подход — это направление в методологии познания объектов как систем. Система — это множество взаимосвязанных элементов, образующих определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и свойства изучают посредством системного анализа, являющегося основой системного подхода и представляющего собой совокупность методологических средств, используемых для решения сложных научных проблем.

Основные системные принципы: целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описания каждой системы. Целостность — обобщенная характеристика системы, свойства которой несводимы к сумме свойств ее элементов и невыводимы из этих свойств. Структурность — установление структуры и взаимозависимости структурных элементов, обусловленности поведения системы ее структурой. Взаимозависимость системы и среды выражается в формировании и проявлении ее свойств в результате этого взаимодействия (взаимодействие биоценоза и биотопа). Иерархичность — это когда каждый компонент системы может рассматриваться как самостоятельная система, а сама исследуемая система является составной частью более широкой системы.

Экосистемы - это сложные самоорганизующиеся и целенаправленные, со сложной иерархической структурой системы, требующие множественного описания каждой системы, что требует построения множества моделей.

Модель - вспомогательный объект, находящийся в определенном объективном соответствии с познаваемым оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах познания. Моделирование — это разработка, исследование модели и распространение модельной информации на оригинал. Достоинства моделирования проявляются там, где возможности традиционного подхода оказываются ограниченными.

Требования модели: 1) должна отражать лишь те особенности оригинала, которые выступают в качестве предмета познания, 2) должна быть адекватна оригиналу.

Этапы моделирования: 1) качественный анализ, 2) математическая реализация, 3) верификация, 4) изучение моделей.

I этап — качественный анализ — является основой любого объектного моделирования. На его основе формируются задачи и выбирается вид модели.

Деление моделей по способу построения: материальные и абстрактные. Материальные модели по своей физической природе сходны с оригиналом. Материальные модели используются обычно в технических целях и мало подходят для экологических проблем. Более подходящими для экологического моделирования являются абстрактные модели, представляющие собой описание оригинала в словесной форме или посредством символов и операций над ними, отражающих исследуемые особенности оригинала. Они подразделяются на три типа: вербальные, схематические и математические.

Вербальные модели — это формализованный вариант традиционного естественнонаучного описания в виде текста и иллюстраций. Схематические модели разрабатываются в виде различного рода схем, основные их достоинства — наглядность, информативность и простота построения. Математическая модель — это математическое описание оригинала, отражающее его целостность, структуру, динамику, функционирование и взаимосвязи оригинала, внешних и внутренних факторов воздействия.

По своему характеру выделяют модели: 1) Статическая модель отражает объект (систему), неизменяющий свое состояние во времени, а 2) динамическая модель отражает объект (систему), изменяющий свое состояние во времени.

II этап моделирования — это математическая реализация логической структуры модели. С точки зрения технологии применения математических методов, можно выделить модели: 1) Аналитическая модель — это построение теоретических концепций с применением строгого математического аппарата.  2) Численные (компьютерские) модели делят на имитационные и самоорганизующиеся. Имитационные модели отражают представления исследователя о взаимосвязях в экосистеме и как они реализуются. Самоорганизующиеся модели относятся к классу регрессионных уравнений, в них широко используются вероятностно-статистические методы расчетов.

III этап моделирования предусматривает верификацию модели: проверку соответствия модели оригиналу. На этом этапе необходимо удостовериться, что выбранная модель отвечает второму требованию. Для этого проводится эмпирическая проверка — сравнение полученных данных с результатами наблюдений за оригиналом. При отсутствии эмпирических данных проводится теоретическая верификация — по теоретическим представлениям определяется область применения и прогностические возможности модели.

IV этап: изучение модели, экспериментирование с моделью и экологическая интерпретация модельной информации. Основная цель этапа — выявление новых закономерностей и исследование возможностей оптимизации структуры и управление поведением моделируемой системы, а также пригодность модели для прогнозирования.

В экологии математические модели экосистем В.Д.Федоров и Т.Г.Гильманов предлагают разделить на модели популяционного, биоценотического и экосистемного уровней. Популяционные модели описывают особенности отдельных популяций, отражают их свойства и внутренние закономерности. Модели биоценотического уровня задаются как системы уравнений, отражающих динамику биоценоза как функцию плотностей составляющих его популяций. Модели экосистемного уровня - системы уравнений, в число аргументов которых включены внутренние переменные состояния, внешние факторы воздействия и целостные свойства экосистем.

При построении любой модели главная задача — создать модель достаточной полноты. Для этого необходимо стремиться учесть все существенные факторы, влияющие на рассматриваемые явления; уделить специальное внимание наличию в ней противоречивых элементов, как одного из признаков полноты модели; учесть возможность появления неизвестных факторов, чтобы в случае необходимости дополнить модель новым элементом.

 

15. Состав и  границы биосферы

 

«Биосфера- это среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о которой мы говорим в разговорном языке. Человек, прежде всего - своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой». Биосфера, являясь экосистемой, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть  представлена: 1)почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой породового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют, этот ток атомов благодаря своему дыханию питанию и размножению.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В.И.Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы - он состоит из тех же элементов что неживая природа только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное. Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер земли.

По представлениям В.И.Вернадского биосфера включает живое вещество (все живые организмы), биогенное (уголь, нефть), косное (магматические горные породы), биокосное (создается с помощью живых организмов), а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения и рассеянные атомы. Все эти 7 различных типов веществ геологически связаны между собой.

Сущность учения В.И.Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты.

16.  Классификация природных  экосистем биосферы на ландшафтной  основе

 

Классификации природных систем биосферы базируются на ландшафтном подходе, так как экосистемы — неотъемлемая часть природных географических ландшафтов, образующих географическую (ландшафтную) оболочку Земли. Биогеоценозы (экосистемы) образуют на поверхности Земли биогеосферу, являющуюся основой биосферы, которую В. И. Вернадский называл «пленкой жизни», а В. Н. Сукачев — «биогеоценотическим покровом».

«Биогеоценотический покров» В. Н. Сукачева — это не что иное, как ряд природных экосистем, представляющих собой пространственные (хорологические) единицы биосферы. Эти единицы совпадают своими границами с ландшафтными элементами географической оболочки Земли.

Ландшафт — природный географический комплекс, в котором все основные компоненты находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему.

По происхождению выделяют два основных типа ландшафтов — природный и антропогенный. Природный ландшафт формируется исключительно под влиянием природных факторов и не преобразован хозяйственной деятельностью человека. Выделяли следующие природные ландшафты:

—геохимический — обозначает участок, выделенный на основе единства состава и количества химических элементов и соединений.

—элементарный ландшафт обозначает участок, сложенный определенными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером растительных ассоциаций и одним типом почв;

—охраняемый ландшафт, на котором в установленном порядке регламентированы или запрещены все или отдельные виды хозяйственной деятельности.

Антропогенный ландшафт — это преобразованный хозяйственной деятельностью бывший природный ландшафт настолько, что изменена связь природных компонентов. Сюда относятся ландшафты:

—агрокультурный (сельскохозяйственный) — растительность которого в значительной степени заменена посевами и посадками сельскохозяйственных и садовых культур;

—техногенный, структура которого обусловлена техногенной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств (нарушение земель, загрязнение промышленными выбросами и т. п.); сюда же входит ландшафт индустриальный, образующийся в результате воздействия на среду крупных промышленных комплексов;

—городской (урбанистический) — с постройками, улицами и парками.

Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли совпадают с границами биосферы, но поскольку в географическую оболочку входят и участки, где нет жизни, можно условно принимать, что биосфера входит в ее состав. Фактически же — это неразрывное единство, о чем свидетельствует и ландшафтный подход при выделении типов природных экосистем.

Главный источник энергии для ландшафтной оболочки — солнечная радиациия. Для биосферы солнечная энергия — это прежде всего «движитель» биогеохимических циклов биофильных элементов и главный компонент фотосинтеза — источника первичной продукции. Продуктивность биосферы складывается из продуктивности различных природных экосистем.  Продуктивность различных типов экосистем далеко неодинакова и занимают они разные по величине территории на планете. Различия в продуктивности связаны с климатической зональностью, характером среды обитания (суша, вода), с влиянием экологических факторов локального порядка и т. п., сведения о которых излагаются ниже при характеристике природных экосистем как хорологических единиц биосферы, классифицированных на принципах так называемого биомного подхода. По Ю. Одуму биом — «крупная региональная и субконтинентальная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта».