🗊Презентация Экосистемы и биогеоценозы

РГГМУ Дисциплина «Экология» Мультимедийный курс. Лекция 10. Экосистемы и биогеоценозы. 1. Концепция экосистемы и биогеоценоза 2. Структура и динамика экосистем 3. Биосфера Кафедра Экологии

Понятие об экосистеме Организмы входящие в состав биоценозов (сообществ) находятся в тесных метериально-энергетических связях с неорганической средой обитания. Растения живут за счёт непрерывного потребления углекислого газа, кислорода, воды и минеральных солей. Животные живут за счёт растений, потребляя синтезируемое ими органическое вещество, но также нуждаются в воде, кислороде и минеральных компонентах. В любом местообитании количество имеющихся на данный момент запасов неорганических веществ, необходимых для жизни всех организмов, хватило бы на ограниченный промежуток времени, если бы эти запасы не восстанавливались. Возвращение биогенных элементов в среду, где они могли бы снова использоваться растениями для синтеза нового органического вещества, происходит в процессе разложения мертвой органики преимущественно бактериями и грибами. Таким образом, сообщество формирует с неорганической средой систему, в которой поток атомов, движущийся под влиянием различной деятельности организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

Определение экосистемы Понимание наличия тесных взаимных связей между живой и неживой природой позволило английскому ботанику Артуру Д. Тенсли (1871 – 1955) в 1929 г. впервые выдвинуть понятие «экосистема». Экосистема – это исторически сложившаяся, территориально обособленная система совместного использования совокупностью организмов определенного местообитания в целях питания роста и размножения. Примеры экосистем – озеро, река, море, лес, луг, болото и т.д. Экосистемы обладают саморегуляцией и способны противостоять, в известных пределах, изменениям окружающих условий и резким колебаниям плотности популяций. Экосистема – основной объект изучения экологии.

Основатель учения об экосистеме Артур Джордж Тенсли (1871 — 1955). Получил образование в Университетском колледже в Лондоне (1889 -1895 гг.), и в Колледже Кембриджского университета (1890-1894 гг.), специализировался в области ботаники и зоологии. 1901 г. участвует в экспедиции в тропики Цейлона, Малайского архипелага и Египта, для изучения флоры и фауны. В 1911 г. выходит в свет статья «Типы британской растительности», которая привела к формированию в 1913 г. британского Экологического общества, где становится его первым президентом. В 1929 г. принимая участие в Международном конгрессе наук в Итаке, штат Нью-Йорк, впервые вводит в научный мир термин «экосистема». В 1939 г. публикует свою книгу «Британские острова и их растительность» и продолжает работать в британском Экологическом обществе в качестве президента. В 1941 г. награжден золотой медалью Общества Линнея в Лондоне. В 1950 г. получил рыцарское звание.

Структурная схема экосистемы А – растения-автотрофы; Г – животные-гетеротрофы; З – запасенная энергия

Основатель учения о биогеоценозе Сукачев Владимир Николаевич (1880 – 1967). В 1902 г. закончил Лесной институт в Санкт-Петербурге. Крупный геоботаник, лесовод, географ, с 1920 г. член-корреспондент Российской академии наук c 1925 г. – член-корреспондент Академии наук СССР, с 1943 г. - действительный член Академии наук СССР. Герой социалистического труда (1965 г.). В 1942 г. ввел в экологическую науку понятие «биогеоценоз». В 1944 г. организовал Институт леса и древесины Сибирского отделения АН ССР в г. Красноярске, которым руководил до 1959 г. В 1959 г. создал Лабораторию лесоведения Академии наук СССР (ныне Институт лесоведения РАН), которой руководил до 1962 года. В 1965 г. создал Лабораторию биогеоценологии при Ботаническом институте Академии наук СССР.

Структурная схема Биогеоценоза Согласно академику В. Н. Сукачеву биогеоценоз слагается из двух блоков – биоценоза и экотопа, внутренняя структура которых и возникающие взаимные связи детализируются. Экотоп – это конкретные элементы неживой природы – атмосфера, гидросфера и земная кора, с которыми организмы находятся в более или менее выраженных взаимоотношениях. Существует также близкое понятие биотоп, т.е. пространство, непосредственно занимаемое биоценозом. Биотоп может быть как неорганической, так и органической природы (у паразитов), обеспечивая всеми необходимыми для поддержания жизни ресурсами.

Размеры экосистем Размеры экосистем могут быть самыми различными. В качестве отдельных экосистем можно рассматривать лишайник на стволе дерева, разрушающийся пень со своим особым населением, небольшой пруд или озеро. К очень крупным экосистемам принадлежат, например, отдельные морские бассейны и весь Мировой океан в целом. Самой крупной экосистемой является биосфера Земли, которая, согласно современным представлениями, включает в свой состав не только самих живых организмов, но и те части литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, физико-химические свойства которых зависят от деятельности живого вещества. Применительно к размеру экосистем различают: –  микроэкосистемы, подобные стволу погибшего дерева; –  мезоэкосистемы, например лес или пруд; –  макроэкосистемы, такие, как океан; –  мегаэкосистемы, биосфера, объединяющая все существующие экосистемы.

Классификация экосистем Выделяют естественные и искусственные экосистемы. Широко используется также классификация экосистем по биомам. Этот термин обозначает крупную региональную экосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта. Различают наземные биомы (тундра, бореальные хвойные леса, листопадный лес умеренной зоны, степь, саванна, пустыня, вечнозеленый тропический дождевой лес), пресноводные экосистемы (стоячие, текучие, заболоченные), морские экосистемы (пелагические, прибрежные). Переход от одной экосистемы к другой может быть более или менее резким. Однако во всех случаях существует переходная зона, которая может захватывать территорию от нескольких метров (береговая зона озера) до десятков километров (переходная зона между лесами и степями). Переходную зону между двумя разнородными экосистемами, где формируется уникальная многокомпонентная экосистема, называют экотон. К нему относятся, например, болотистые пространства, располагающиеся между прудом и окружающими его наземными формациями; заросли кустарника, отделяющие лес от поля. Фауна экотонов и в видовом отношении, и численно богаче соседних биоценозов, так как здесь происходит смешение видов. В этом состоит проявление так называемого краевого эффекта.

Экосистемы экотонов – пограничные экосистемы между разнородными биоценозами В условиях постепенно меняющихся значений солености воды как важного экологического фактора, наблюдается перекрывание границ между соседствующими морскими и солоновато-водными экосистемами, что особенно характерно для районов Северной и Восточной Балтики. Здесь в состав экосистем входят виды как континентального, так и морского солоновато-водного комплексов. Наиболее заметные границы между различными комплексами видов проявляются в Южной Балтике, в частности в районе устьев крупных рек Одры и Вислы.

Природные и антропогенные экосистемы

Поток энергии в экосистемах на каждый последующий трофический уровень переносится не более 10 % энергии и вещества

Продуктивность экосистем Биологическая продуктивность – это скорость воспроизводства органического вещества растениями или животными. Выделяют понятия первичная и вторичная продукция, а также чистая продукция. Первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия солнца преобразуется продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в виде органических веществ. Первичную продуктивность (Р) выражают в единицах синтезированной биомассы в единицу времени. Валовая первичная продуктивность (Пв) – это скорость накопления в процессе фотосинтеза органического вещества, включая ту его часть, которая расходуется на дыхание и процессы метаболизма самими растениями. Чистая первичная продуктивность (Пч) – это скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом той его части, которая использовалась растениями на дыхание и процессы метаболизма. Вторичная продуктивность – скорость накопления органического вещества на уровне консументов. Данная характеристика обозначается через П2 , П3 и т. д. в зависимости от пищевого (трофического) уровня животного гетеротрофа. Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления органического вещества, которое не потреблено гетеротрофами: Пч – (П2 + П3 + П4 + ...).

Динамика экосистем Основное свойство экосистем и природы в целом – динамизм, изменчивость во времени различных количественных и качественных показателей. Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Динамика может касаться, как отдельных ее элементов (организмов, популяций, трофических групп), так и всей системы в целом. При этом динамика может быть связана, с одной стороны, с адаптациями к факторам, которые являются внешними по отношению к системе, а с другой – к факторам, которые создает и изменяет сама экосистема. Основными факторами, влияющими на развитие экосистем, являются: климатические (изменения, произошедшие в четвертичный период во время межледниковых и ледниковых периодов), геологические (эрозия, горообразование, вулканизм), эдафические (развитие почв), биологические (межвидовая конкуренция), деятельность человека (пожары, вырубки, интродукция новых видов животных и растений). Выделяют два основных типа динамики экосистем – сукцессии (от анг. «succession» – последовательность, ряд), представляющие собой последовательную смену составляющих биоценоза и соответствующего микроклимата на протяжении нескольких лет или десятилетий до достижения устойчивого состояния, и эволюцию – весьма длительный процесс их развития, способный сопровождаться коренными перестройками параметров экосистемы. Сукцессионные процессы, в отличие от эволюционных, могут быть обратимыми.

Динамика экосистем Изменения в экосистемах могут происходит под воздействием различных причин. Различают экзогенетические (аллогенные) изменения, вызванные действием внешних геологических и климатических сил, воздействующих на экосистему, и эндогенетические (автогенные) изменения обусловленные воздействием процессов, происходящих в самой экосистеме, например конкурентной борьбой видов. Сукцессия сопровождается внесезонными процессами определенной последовательности появления и исчезновения популяций разных видов в данном месте обитания. Например, наблюдения за заброшенным полем показывают, что его последовательно заселяют сначала многолетние травы, затем кустарники и, наконец, древесная растительность. Явление сукцессии известно давно, но более детальное его изучение началось относительно недавно. В большинстве случаев бывает затруднительно однозначно классифицировать причины наблюдающихся перемен. Например, зарастание озера может быть обусловлено поступлением в водоём извне значительного количества органо-минеральных веществ при эрозии почвы и разрушении рыхлых осадочных пород.

Динамика экосистем - сукцессии Сукцессионный процесс трансформации озерной экосистемы. А – озеро; Б – процесс заболачивания; В – болото; Г – смешанный лес

Динамика экосистем – эволюция Развитие экосистемы Балтийского моря А – Иольдиевое море; Б – Анциловое озеро 1 – воды моря; 2 – воды океана; 3 – континентальные области; 4 – высотные отметки ледниковых террас (м); 5 – границы ледника.

Динамика экосистем – эволюция Развитие экосистем Черного и Каспийского морей А – среднемиоценовый бассейн (от 15 до 12 млн. лет назад); Б – меотийский бассейн (от 2 до 3 млн. лет назад); В – Понтическое море (Киммерийский бассейн) (от 2 до 1,5 млн. лет назад); Г – Карангатское море (от 150 до 100 тыс. лет назад).

Устойчивое состояние ненарушенных экосистем - климакс

Деградация экосистем России

Деградация экосистем Мирового океана

Биосфера как глобальная экосистема Земли

Биосфера Земли и ее структура

Вещественный состав Биосферы

Экологические функции Биосферы

Глобальный телекоммуникационный мониторинг Биосферы – оценка первичной биологической продукции океана

Глобальный телекоммуникационный мониторинг Биосферы – оценка первичной биологической продукции континентов и океана

Спасибо за внимание ! Ваши вопросы ?