🗊Презентация Биогеоценоз и экосистема (2)

Пищевые цепи: Перенос энергии пищи от ее источника (растений) через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. (Одум,1975).

Пищевые цепи явление очень простое, модельное и в чистом виде существуют только в управляемых человеком или нарушенных сообществах. В естественных сообществах пищевые цепи тесно переплетены и образуют пищевые сети.

Пищевые сети Важнейшие пищевые цепи американской прерии (по Риклефс, 1978)

Алимов Александр Федорович (род. в 1933 г.) Алимов Александр Федорович (род. в 1933 г.) Академик РАН, доктор биологических наук, профессор. Директор Зоологического института РАН с 1990 по 2006. Заведующий лабораторией пресноводной и экспериментальной гидробиологи. Научные интересы:  - экология, продукционная гидробиология, - структура и функционирование популяций, сообществ, экосистем континентальных водоемов; - теория функционирования водных экосистем.

Пищевые сети экосистемы северных морей для сельди (Clupea harengus) (по: Алимов, 1989) Пищевые сети экосистемы северных морей для сельди (Clupea harengus) (по: Алимов, 1989)

Экологические пирамиды Пирамида продуктивности (энергии) Следствие закона сохранения Энергии Консументы 3 Консументы 2 Консументы 1 Продуценты

Концентрирование ядов по пищевой цепи Концентрирование ядов по пищевой цепи Существуют особые группы веществ, которые слабо разлагаются в биохимических процессах и слабо выводятся из организма. В результате происходит накопление этих веществ по пищевой цепи. Это: пестициды на основе ДДТ, тяжелые металлы Hd, Cd, Ni, Pb и др., долгоживущие радиоактивные изотопы. Соотношение Масса накопление ядов Консументы 3 1 1000 Консументы 2 10 100 Консументы 1 100 10 Продуценты 1000 1

Заключение по пищевым цепям и сетям. Пищевые цепи и пищевые сети дают очень приближенное и крайне схематичное представление об экосистемах. Корректно проанализировать долю потребления тех или иных видов растений и животных консументами 1и 2-го порядка можно при помощи прямых наблюдений и на основании анализа содержимого желудков и экскретов. Однако, основная часть энергетических потоков проходящих на микроскопическом уровне остается за рамками анализа.

Распределение потребления первичной продукции по размерам организмов (по V.G. Gorshkov et. all., 2000) В ненарушенных человеком сообществах 90% первичной продукции потребляют организмы размером 10 –4 – 10 –2 см – микроорганизмы – грибы, бактерии, одноклеточный зоопланктон ~10% первичной продукции потребляют организмы размером 10 –2 – 1 см –насекомые, черви, мелкий планктон. ~1% первичной продукции потребляют организмы размером >1 см – крупный планктон (криль 1 – 6.5 см), позвоночные в т.ч. млекопитающие

Распределение потребления первичной продукции по размерам организмов (по V.G. Gorshkov et. all., 2000) 90% первичной продукции потребляют организмы размером 10 –4 – 10 –2 см – микроорганизмы – грибы, бактерии, одноклеточный зоопланктон

Распределение потребления первичной продукции по размерам организмов (по V.G. Gorshkov et. all., 2000) ~10% первичной продукции потребляют организмы размером 10 –2 – 1 см –насекомые, черви, мелкий планктон.

Распределение потребления первичной продукции по размерам организмов (по V.G. Gorshkov et. all., 2000) ~1% первичной продукции потребляют организмы размером >1 см – крупный планктон (криль 1 – 6.5 см), позвоночные в т.ч. млекопитающие

Биомасса собирается животными с большой территории, а экскреты, содержащие все биогены, концентрируются в локальных участках. Биомасса собирается животными с большой территории, а экскреты, содержащие все биогены, концентрируются в локальных участках.

Скорость физической диффузии и Скорость физической диффузии и скорость биологических механизмов перераспределения биогенов из экскретов крупных животных позволяют рассчитать предел потребления крупных животных, составляющий ~ 1% (по V.G. Gorshkov et. all., 2000)

Если на животных приходится большая доля потребления это приводит к разрушению сообществ. Если на животных приходится большая доля потребления это приводит к разрушению сообществ. Примерами являются различные варианты перевыпаса (вплоть до формирования или существенного расширения территорий пустынь на месте исходных саванн и степей). Многие современные сообщества нарушены в результате перевыпаса.

Место крупных животных в сообществах

Дуб черешчатый Quércus róbur L. Ботаника: желудь – семя необходимое для возобновления; Экология: желуди – еда для гетеротрофных компонентов экосистемы, использование для возобновления стоит на последнем месте – менее 10‒6 -- 10‒8 необходимо для нормального естественного возобновления.

Крупные животные безусловно нужны сообществам, именно поэтому их популяции сообществами поддерживаются – им выращивается еда.

Основная функция крупных животных – создание нарушений (высоких концентраций экскретов, выломанных и вытоптанных участков, пороев…), позволяющих в климаксовых сообществах поддерживать весь пул видов ранних стадий сукцессий. Африканский лесной слон может до 20—30 лет поддерживать поляны (с набором раннесукцессионных видов) без его участия зарастающих в течение 2—3 лет.

Иван Андреевич Крылов [1769 (по др. данным, 1768) — 1844] Свинья под Дубом вековым Наелась желудей досыта, до отвала; Наевшись, выспалась под ним; Потом, глаза продравши, встала И рылом подрывать у Дуба корни стала. "Ведь это дереву вредит, - Ей с Дубу Ворон говорит, - Коль корни обнажишь, оно засохнуть может". "Пусть сохнет, - говорит Свинья, - Ничуть меня то не тревожит, В нем проку мало вижу я; Хоть век его не будь, ничуть не пожалею; Лишь были б желуди: ведь я от них жирею". – "Неблагодарная! - примолвил Дуб ей тут, - Когда бы вверх могла поднять ты рыло, Тебе бы видно было, Что эти желуди на мне растут". Невежда так же в ослепленье Бранит науку и ученье И все ученые труды, Не чувствуя, что он вкушает их плоды

Ареал дуба Ареал кабана

Необходимо отметить, что доля потребления крупных организмов на суше существенно меняется в процессе восстановительной динамики сообществ. Необходимо отметить, что доля потребления крупных организмов на суше существенно меняется в процессе восстановительной динамики сообществ. На ранних этапах восстановления (давность нарушения ~5 – 50 лет) численность животных и доля их потребления в ~10 раз выше, чем в стационарных (климаксовых) сообществах (с давностью нарушения более 150 лет).

В современное время ЧЕЛОВЕК полностью занял нишу крупных (>1см) организмов и почти полностью – нишу организмов размером 10 –2 – 1 см. В современное время ЧЕЛОВЕК полностью занял нишу крупных (>1см) организмов и почти полностью – нишу организмов размером 10 –2 – 1 см.

Распределение потребления первичной продукции по размерам организмов (по V.G. Gorshkov et. all., 2000) Ненарушенная биота (желтый цвет) Доля потребления человека (красный цвет)

Биогеоценоз

Одно из главных количественно подтвержденных явлений было соответствие типов растительных сообществ определенным типам местообитаний. Одно из главных количественно подтвержденных явлений было соответствие типов растительных сообществ определенным типам местообитаний. Это было показано многочисленными исследователями как на примере разных географических зон, так и в пределах конкретных регионов.

Василий Васильевич Докучаев 1846 1903 основатель современного почвоведения "К учению о зонах природы. Горизонтальные и вертикальные почвенные зоны" (1899), учение о «естественно-исторических зонах», где были сформулированы основные задачи земледелия для различных зон.

Георгий Федорович Морозов 1867 1920 один из основателей современного лесоведения Морозов, Георгий Федорович Учение о лесе Издательство: М.: Гослесбумиздат; Издание 7-е; 455 с.; 1949 г. Единое и цельное учение Морозова о лесе как биогеоценотическом, географическом и историческом явлении показало сложную взаимосвязь живых и косных компонентов леса, образующих единый природный комплекс. Им было отмечено, что разнообразные формы леса могут быть поняты только в связи с природной средой — климатом, почвой, животным миром

Профессор Г.Ф. Морозов со студентами на учебной практике в Лисинском лесничестве, 1903 г. Фотография с сайта http://www.roslesinforg.ru/about/history

Крюденер Артур Артурович (1869-1951), лесовод-практик, созидатель единой систематизации типов насаждений европейской части Рф-ии, родоначальник инженерной биологии, эколог.

Сукачёв Владимир Николаевич (1880  1967) профессор, Академик РАН Лесоведение Фитоценология Биогеоценология 1919—1941 основатель и заведующий кафедрой дендрологии и систематики растений Лесного института в Петрограде (Ленинграде). 1941—1943 заведовал кафедрой биологических наук Уральского лесотехнического института в Свердловске. В системе Академии наук СССР организовал: Институт леса (1944, ныне Институт леса и древесины Сибирского отделения АН СССР, Красноярск), которым руководил до 1959 Лабораторию лесоведения Академии наук СССР (1959) Лабораторию биогеоценологии при Ботаническом институте Академии наук СССР в Ленинграде (1965).

Определение биогеоценоза (Сукачев, Дылис, 1964.) Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющих свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и с другими явлениями природы и представляющее собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии.

биогеоценоз – особая группа экосистем суши в математическом смысле – особое подмножество множества экосистем

Структура биогеоценоза Экотоп

Биогеоценоз (сообщество) – исторически сложившаяся, связанная функциональными связями совокупность видов: автотрофов и гетеротрофов, существующая в конкретном типе местообитания [экотопе]. Биогеоценоз (сообщество) – исторически сложившаяся, связанная функциональными связями совокупность видов: автотрофов и гетеротрофов, существующая в конкретном типе местообитания [экотопе].

Подсистемы Биогеоценоза – Биоценоз – совокупность живых организмов биогеоценоза Фитоценоз Зооценоз Микробоценоз Микоценоз – Экотоп – совокупность абиотических условий среды Эдафотоп (почва) Климатоп (атмосфера)

Центральные понятия в биогеоценологии (экологии сообществ) Экотоп – тип местообитания, характеризующийся определенным физико-химическим составом почв, водным режимом и набором климатических характеристик (температура и осадки). Биотоп – преобразованный биоценозом экотоп: сформированы биогенные горизонты почвы – гумусовый горизонт или грубогумусовая подстилка, трансформированы влагоемкость почв, температурный режим, режим влажности и ветровой режим.

Центральные понятия в биогеоценологии (экологии сообществ) Экотоп – удобное модельное строгое понятие, в природе существует очень недолго и быстро преобразуется в биотоп под воздействием биоценоза (заселяющихся видов растений, животных, грибов и бактерий) В современное время наблюдаемые в природе экотопы – преимущественно результат деятельности человека – карьеры и отвалы.

Экотопы на территории песчаного карьера различаются по эдафотопу

Отступающий край ледника Пука (Puca),  перуанские Анды. Уже в первые годы после отступления ледника формируются пионерные микробные сообществах из цианобактерий (http://elementy.ru/images/news/puca_glacier_jatunriti_600.jpg) Отступающий край ледника Пука (Puca),  перуанские Анды. Уже в первые годы после отступления ледника формируются пионерные микробные сообществах из цианобактерий (http://elementy.ru/images/news/puca_glacier_jatunriti_600.jpg)

Набор типов климаксовых сообществ в пределах территории конкретного региона (КЛИМАТОПА) ограничен. Набор типов климаксовых сообществ в пределах территории конкретного региона (КЛИМАТОПА) ограничен. Для зоны таежных лесов на территории Европейской части России (Ленинградская обл., Карелия, Мурманская обл.) основными являются три группы типов сообществ [типов биогеоценозов] – Еловые леса – Сосновые леса – Болота

Фиксированный климатоп Фиксированный климатоп Разные эдафотопы

Фиксированный климатоп: Кольский полуостров: Осадки 400 - 500 мм, Среднегодовая температура −0.5O С Приток солнечной радиации 68 106 кдж м−2 год−1 Испаряемость 250 мм

Сосняк лишайниковый, северная тайга, дренированное местообитание на глубоких песках, давность последнего пожара 180 лет.

Для каждого наперед заданного типа местообитания [типа экотопа] существует один тип климаксового сообщества. Для каждого наперед заданного типа местообитания [типа экотопа] существует один тип климаксового сообщества. В лесоведении понятие тип биогеоценоза реализовано в фундаментальном понятии тип леса. Тип леса = тип биогеоценоза.

Фиксированный эдафотоп Фиксированный эдафотоп Разные климатопы

ровные, возвышенные, хорошо дренированные водораздельные плато с суглинистыми почвами -- плакоры – ровные, возвышенные, хорошо дренированные водораздельные плато с суглинистыми почвами -- плакоры –

Фиксированный эдафотоп Фиксированный эдафотоп Разные климатопы

Главными параметрами климатопа являются количество осадков и температура. Главными параметрами климатопа являются количество осадков и температура. О характеристиках климатопов на конкретных территориях удобно судить по климатическим картам: Распределения осадков Среднегодовой температуре Температуре самого теплого месяца (для северного полушария – июль Сумм накопленных температур, превышающих заданные критические температуры (0, 5,10, 15,20 о С)

Среднегодовое количество осадков на территории СНГ (бывшего СССР) Afonin, A.N.; S.L. Greene; N.I. Dzyubenko, A.N. Frolov (eds.). 2009. Interactive Agricultural Ecological Atlas of Russia and Neighboring Countries. Economic Plants and their Diseases, Pests and Weeds[DVD]. Available at: http://www.agroatlas.ru.

Среднегодовые температуры на территории СНГ (бывшего СССР) Afonin, A.N.; S.L. Greene; N.I. Dzyubenko, A.N. Frolov (eds.). 2009. Interactive Agricultural Ecological Atlas of Russia and Neighboring Countries. Economic Plants and their Diseases, Pests and Weeds[DVD]. Available at: http://www.agroatlas.ru.

Смена зон и подзон на территории России по широтному (температурному) градиенту

Суммы эффективных температур выше 10 оС на территории СНГ (бывшего СССР) Afonin, A.N.; S.L. Greene; N.I. Dzyubenko, A.N. Frolov (eds.). 2009. Interactive Agricultural Ecological Atlas of Russia and Neighboring Countries. Economic Plants and their Diseases, Pests and Weeds[DVD]. Available at: http://www.agroatlas.ru.

Суммы эффективных температур выше 10 оС на территории СНГ (бывшего СССР) Afonin, A.N.; S.L. Greene; N.I. Dzyubenko, A.N. Frolov (eds.). 2009. Interactive Agricultural Ecological Atlas of Russia and Neighboring Countries. Economic Plants and their Diseases, Pests and Weeds[DVD]. Available at: http://www.agroatlas.ru.

Современные облесенные территории России http://www.agroatlas.ru/en/content/vegetation_maps/Forest/

Суммы эффективных температур выше 15 оС на территории СНГ (бывшего СССР) Afonin, A.N.; S.L. Greene; N.I. Dzyubenko, A.N. Frolov (eds.). 2009. Interactive Agricultural Ecological Atlas of Russia and Neighboring Countries. Economic Plants and their Diseases, Pests and Weeds[DVD]. Available at: http://www.agroatlas.ru.

Распределение основных массивов пахотных земель по территории России и сопредельных государств

Фиксированный эдафотоп Дренированные местообитания

Республика Карелия

Ельник (ель европейская), Заповедник Кивач, Карелия (среднегодовая температура 2 О С) дренированные местообитания на супесях

Воронежская область

Дубовый лес, Воронежская область Среднегодовоя температура 5ОС, Осадки – 600 мм/год

Астраханская область

Степи, Астраханская область, Среднегодовая температура ~ 5 О C, осадки 350 мм /год

Туркменистан, Пустыня Каракумы

Восточные Каракумы, Репетекский заповедник (http://www.balatsky.ru/Karakum/Karakum.htm)

Из П.С. Погребняк Основы лесной типологии. Киев. 1955.

Обобщенная схема «Основные биомы европейской части СССР» (по Г.Н. Высоцкому, с дополнениями и изменениями) .