Конспект лекций по дисциплине "экология"
| Вид материала | Конспект |
- Конспект лекций по дисциплине «Маркетинг», 487.79kb.
- В. Ф. Панин Конспект лекций по учебной дисциплине "Теоретические основы защиты окружающей, 1559.17kb.
- Ю. Л. Солодовников Гигиена и Экология человека (цикл лекций) Учебное пособие, 3754.6kb.
- Опорный конспект лекций Основные понятия, термины, законы, схемы Для студентов заочной, 1152.55kb.
- Конспект лекций по дисциплине «психология и педагогика» омск 2005, 2020.42kb.
- Конспект лекций по дисциплине «сетевые технологии» (дополненная версия) для студентов, 2520.9kb.
- Опорный конспект лекций по дисциплине правовое регулирование маркетинговой деятельности., 505.58kb.
- Конспект лекций для студентов по специальности i-25 01 08 «Бухгалтерский учет, анализ, 2183.7kb.
- Конспект лекций 2010 г. Батычко Вл. Т. Муниципальное право. Конспект лекций. 2010, 2365.6kb.
- Конспект лекций 2008 г. Батычко В. Т. Административное право. Конспект лекций. 2008, 1389.57kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ “ЭКОЛОГИЯ”
(для студентов 2 курса дневной и заочной форм обучения специальностей 6.092100 "Промышленное и гражданское строительство", "Городское строительство и хозяйство", "Охрана труда в строительстве", "Техническое обслуживание, ремонт и реконструкция строений")
ХАРЬКОВ – ХНАГХ – 2007
Конспект лекций по дисциплине "Экология" (для студентов 2 курса дневной и заочной формы обучения специальностей 6.092100 "Промышленное и гражданское строительство", "Городское строительство и хозяйство", "Охрана труда в строительстве", "Техническое обслуживание, ремонт и реконструкция строений")
Автор: Брыгинец Е. Д. – Харьков: ХНАГХ, 2007 – 90 с.
Автор: Е. Д. Брыгинец
Рецензент: А. И.Спирин (ХНАГХ)
Рекомендовано кафедрой инженерной экологии городов,
протокол № 6 от 2.03. 2007 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .............................................................................................................. 5
Модуль 1
ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ
Тема 1. Экология – важнейшая наука современности ………………………. 7
1.1. Предмет и задачи экологии, роль экологии среди других наук ………… 7
1.2. Эволюция взаимоотношений человека и природной среды ……………. 9
Тема 2. Экологические системы ………………………………………………. 11
2.1. Представления об экологических факторах ……………………………... 11
2.2. Понятие экосистемы ………………………………………………………. 17
2.3. Трофические цепи ………………………………………………………. 19
2.4. Продуктивность экосистем ……………………………………………...... 21
Тема 3. Биосфера – глобальная экосистема Земли ........................................... 23
3.1. Биосфера как одна из оболочек Земли …………………………………… 23
3.2. Состав и границы биосферы ……………………………………………… 25
3.3. Круговороты веществ в природе ………………………………………..... 30
3.4. Целостность биосферы как глобальной экосистемы Земли …………..... 33
Модуль 2
ПРИИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ
Тема 4. Виды загрязнения окружающей среды ………………………………. 34
Тема 5. Экологические проблемы энергетики ……………………………….. 41
5.1. Источники энергии ………………………………………………………... 41
5.2. Экологические проблемы традиционной энергетики …………………... 42
5.3. Альтернативные источники энергии …………………………………….. 46
6. Антропогенное воздействие на окружающую среду ……………………… 49
6.1. Антропогенное воздействие на атмосферу …………………………......... 49
6.2. Антропогенное воздействие на почвы …………………………………… 57
6.3. Антропогенное воздействие на гидросферу ……………………………… 63
Тема 7. Основные принципы охраны окружающей среды ………………….. 70
7.1. Малоотходные технологии и их роль в охране окружающей среды …... 70
7.2. Нормирование качества окружающей среды ……………………………. 72
Тема 8. Защита окружающей среды …………………………………………... 76
8.1. Защита атмосферы ………………………………………………………… 77
8.2. Защита почв ………………………………………………………………... 80
8.3. Защита гидросферы ……………………………………………………….. 83
8.4. Защита от вредных физических воздействий …………………………… 86
8.5. Экологические требования к строительным материалам ………………. 87
Рекомендуемая литература ……………………………………………………. 89
Введение
Цель изучения курса "Экология" – вооружить будущих специалистов основами экологических знаний, привить им экологическую культуру, бережное отношение к использованию природных ресурсов, сформировать патриотическое отношение к родному краю. Раскрыть причину возникновения на нашей планете экологического кризиса, что угрожает дальнейшему существованию человечества на нашей Земле и показать возможные пути выхода из этого кризиса.
В эпоху научно-технического прогресса воздействие человека на природу становится все более мощным. Масштабы человеческой деятельности достигли и стали превышать масштабы стихийных явлений. В природу внедряется все больше и больше новых веществ, которые накапливаются в биосфере, что приводит к нежелательным экологическим последствиям.
С каждым годом под застройку, дороги, карьеры, хранилища отходов изымаются все большие площади земель, массово вырубаются леса, исчезают все новые и новые виды растений и животных, обедняется генофонд планеты. Поэтому в современных условиях охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов стали одной из актуальных проблем человечества.
Эффективность природоохранных мероприятий зависит не только от соответствующего развития экономики, науки и техники, но и от уровня знаний законов природы, уровня экологического образования широких масс и особенно будущих инженеров строителей.
В состав курса экологии входят два содержательных модуля:
1. Основы теоретической экологии.
2. Прикладные аспекты экологии.
В теоретическом разделе излагаются базовые понятия для выработки представлений о биосфере, о невозможности выживания человечества без ее сохранения.
Второй раздел носит прикладной характер. В нем освещаются источники загрязнения окружающей среды и основные принципы ее охраны. Большое внимание уделяется оценке качества природных компонентов среды и методов их защиты.
При изучении дисциплины студенты должны пользоваться лекционным материалом и рекомендуемыми литературными источниками.
В результате изучения курса экологии студенты должны знать про непосредственную связь между несовершенством технологий и методов природопользования и разрушением природной среды, уметь обосновывать и внедрять в своей профессиональной деятельности способы ограничения и предупреждения поступления загрязняющих веществ в окружающую среду и рационально использовать природные ресурсы.
Модуль 1. Основы теоретической экологии
Тема 1. Экология – важнейшая наука современности
План
1.1. Предмет и задачи экологии, роль экологии среди других наук.
1.2. Эволюция взаимоотношений человека и природной среды.
1.1. Предмет и задачи экологии, роль экологии среди других наук
Слово экология происходит от двух греческих слов “ойкос”, что означает дом, жилище и “логос”- учение, наука.
Впервые слово экология употребил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году, где предложил назвать экологией раздел зоологии об отношениях между живыми организмами и окружающей средой.
Как самостоятельная наука экология возникла в конце 19 века.
Экология – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между живыми организмами и средой, в которой они обитают.
До середины 20 века на экологию смотрели как на одно из подразделений биологии, но постепенно она вышла за ее рамки.
Особенно большое значение в последнее время уделяется проблемам взаимоотношения человека с окружающей средой. Это связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды в связи с негативными последствиями научно-технического прогресса.
В настоящее время экология не ограничивается рамками биологической дисциплины, она превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие взаимоотношения человека с окружающей средой.
Экология разделяется на теоретическую или общую экологию и прикладную.
Общая экология рассматривает биологические аспекты экологии. В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
- аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;
- популяционную экологию (демэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов;
- синэкологию (биоценологию) – изучающую взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.
Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде.
Прикладная экология базируется на знании технологии производства, изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.
Прикладная экология включает инженерную, промышленную, сельскохозяйственную экологию, экологию энергетики и другие науки.
Объектом исследования экологии являются природные экологические системы и созданные человеком системы (экологические системы – единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой их обитания).
Задачи экологии многообразны.
Основные задачи общей экологии: исследование связей в экосистемах, оценка их состояния, исследование процессов протекающих в биосфере, с целью поддержания устойчивости ее, моделирование состояния экосистем и глобальных биологических процессов.
Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время следующие:
- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей среде под влиянием деятельности человека;
- охрана окружающей среды;
- сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.
Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом, психологией, медициной, геологией, техническими и другими науками.
Таким образом, экология становится одной из важнейших наук современности и от ее прогресса, возможно будет зависеть само существование человека на Земле.
1.2. Эволюция взаимоотношений человека и природной среды
Миллиарды лет геосфера нашей планеты представляла собой абиотическую (неживую) среду, в которой происходил круговорот веществ в виде химических и физических процессов.
Наша планета была безжизненной.
Первые остатки жизни на земле найдены в слоях литосферы, образовавшиеся около 3,5 – 4 млрд. лет тому назад.
Современный вид нашей планеты это результат деятельности живых организмов.
Благодаря постоянному их взаимодействию с минеральными элементами среды возникла биосфера.
Современный состав атмосферы значительно отличается от первоначального.
Первичная атмосфера почти не содержала кислорода, была богата углекислым газом, метаном, водородом, парами воды, различными соединениями азота. В связи с фотосинтезом растений и некоторых бактерий, перерабатывающих углекислый газ в органические вещества, газовый состав атмосферы постепенно менялся до современного.
Живые организмы также воздействовали на минералы, что способствовало образованию почв.
Постепенно за миллиарды лет непрерывной работы живых организмов
изменились состав и структура земной поверхности.
С появлением человека на Земле началось воздействие его деятельности на сформировавшуюся биосферу.
В истории взаимоотношений общества и природы условно можно выделить четыре стадии взаимоотношений.
Первая стадия – от момента возникновения человека до позднего палеолита (около 40 тыс. лет тому). В этот период люди жили небольшими племенами, охотились на диких животных, собирали семена. Основным источником энергии была мускульная сила человека. Первобытные люди, пользующиеся примитивными орудиями труда, вписывались в природную среду, не нарушая ее равновесия.
Вторая стадия – от позднего палеолита до 18 века. В этот период человек стал причиной исчезновения некоторых видов животных (мамонт, гигантский олень, шерстистый носорог, пещерный медведь и др.). Интенсивно начинает развиваться земледелие, скотоводство, ремесло, строительство поселений.
Наибольшее воздействие на природу оказало использование огня, выжигаются значительные территории лесов для сельского хозяйства, строительства. Выжигание растительности привело к значительным изменениям состава флоры, фауны. Следует отметить, что наша планета вначале этого периода была на 90 – 95% покрыта лесами, а в конце – менее чем на 50%.
Неумелое использование земель, орошение, безжалостная эксплуатация приводили к истощению, засолению почв, снижению плодородия.
Колыбель цивилизации: юг Палестины, Северные районы Сирии, Месопотамии – ныне пустыни. Средняя Азия – центр цивилизации, ныне обширная зона пустынь.
Третья стадия (18 век – середина 20 века) – период активного развития науки, техники, энергетики, роста численности населения, хищнического использования природных ресурсов.
Основными принципами развития общества в этот период были борьба с природой, покорение ее, господство над ней и уверенность, что природные ресурсы неисчерпаемы.
Четвертая стадия (середина 20 века – настоящее время) характеризуется развитием глобального экологического кризиса. Человек стал могущественной геологической силой на нашей планете. Резко возросла численность населения земного шара, масштабы человеческой деятельности превзошли масштабы могущественных стихийных явлений.
Под застройку изымаются все большие площади плодородных земель, истощаются природные ресурсы, массово вырубаются леса, исчезают все новые и новые виды животных и растений, обедняется генофонд планеты.
Загрязняются атмосферный воздух, вода, почвы, растительность, образуется огромное количество не перерабатываемых отходов.
Отрицательные последствия нерациональной хозяйственной деятельности выражаются в огромных экономических потерях.
Тема 2. Экологические системы
План
2.1. Представления об экологических факторах.
2.2. Понятие экосистемы.
2.3. Трофические цепи.
2.4. Продуктивность экосистем.
2.1. Представления об экологических факторах
Среда обитания организма – это совокупность условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любой организм, чтобы выжить приспосабливается к этим изменениям.
Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды обитания, которые оказывают специфические воздействия на живые организмы, живые организмы реагируют на них приспособительными реакциями.
Экологические факторы подразделяют на факторы живой природы – биотические; неживой природы – абиотические и антропогенные – деятельность человека.
Приспособительные реакции у живых организмов определяются степенью постоянства воздействия этих факторов или их периодичностью.
Различают первичные и вторичные периодические и непериодические экологические факторы.
К первичным периодическим факторам относят в основном явления, связанные солнечной энергией и вращением Земли: смена времен года, суточная смена освещенности, эти факторы действовали до появления жизни на Земле и возникающие живые организмы к ним сразу адаптировались. Вторичные периодические факторы являются следствием первичных: освещенность, влажность, осадки, газовый состав атмосферы, температура, движение воздушных масс и т. д.
Непериодические экологические факторы не имеют правильной периодичности или цикличности. К ним относят стихийные явления, антропогенные воздействия на окружающую среду.
Например, промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу значительное количество загрязняющих веществ, живые организмы оказываются под влиянием факторов, уровни и режимы которых, находятся за пределами приспособительных возможностей.
При резком изменении экологического фактора живые организмы не успевают выработать приспособительные реакции и погибают.
Лимитирующими экологическими факторами называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка содержания их, по сравнению с оптимальным. Например, если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество находится в меньшем количестве, чем требуется, то это может снизить урожай. Также может быть снижен урожай, если полезные вещества находятся в избытке.
Абиотические экологические факторы. К абиотическим экологическим факторам относят климатические, почвенные, топографические, водной среды и другие факторы.
Главнейшие климатические факторы:
Лучистая энергия Солнца. Солнце является первоисточником энергии экологических систем, которая приходит на Землю виде электромагнитных волн. Около 40 % этой энергии сразу же отражается облаками, атмосферными газами, пылью, поверхностью Земли без теплового эффекта. Энергия солнца, достигающая земной состоит из ультрафиолетового излучения, видимого света и инфракрасного излучения.
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,2 – 0,4 мкм называют биологически активным ультрафиолетом (БАУ); при этом интервалы длины волны 0,2 – 0,3 мкм называют жесткое БАУ; 0,32 – 0,4 мкм – мягкое БАУ. Жесткое БАУ губительно для всего живого и оно задерживается озоновым слоем на высоте около 25 км. Мягкое БАУ доходит до земной поверхности, к нему живые организмы адаптировались, оно участвует в процессе фотосинтеза растительности, оказывает бактерицидное действие.
В целом в процессе фотосинтеза используется только около 1% солнечной энергии, остальная энергия – поглощается Землей, преобразуется в тепло, которое расходуется на поддержание температуры, испарение, осадки, ветер и постепенно рассеивается в мировое пространство.
Земля находится в состоянии энергетического равновесия. Любой экологический фактор, замедляющий выход этой энергии в космос, приводит к повышению температуры на Земле.
С другой стороны увеличение загрязнителей в атмосфере (газов, пыли) увеличивает количество отраженной энергии.
Если человек нарушит это энергетическое равновесие, ему дорого за это придется платить.
Другие климатические факторы тесно связаны с солнечной энергией. Основными из них являются температура, осадки, газовый состав атмосферы, движение воздушных масс, освещенность.
Температура является важнейшим лимитирующим фактором, влияет на распространение живых организмов. Одни организмы могут жить и существовать при очень низких температурах, находясь в состоянии покоя, другие – могут жить и размножаться при температуре близкой к точке кипения (отдельные виды водорослей, бактерий). Температура влияет на интенсивность фотосинтеза, ход корневого питания растительности.
Осадки. Важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. Даже при достаточном количестве годовых осадков их неравномерное распределение может привести к гибели растений от засухи или пере увлажнения.
Состав воздуха обеспечивает живым организмам дыхание и фотосинтез.
Движение воздушных масс обеспечивает перемешивание воздуха, расселение спор, пыльцы, семян, микроорганизмов.
Экологические факторы почвенного покрова. Почва это продукт физического, химического, биологического преобразования горных пород в результате сложного взаимодействия климата растительности, животных и микроорганизмов. Почва состоит из твердых, жидких, газообразных и живых компонентов.
Твердая компонента представлена минеральной и органической частями. Минеральная часть – составляющая горных пород, на которых сформировалась почва. Органическая часть представлена детритом и гумусом.
Детрит – мертвые растительные и животные остатки (опавшие листья, отмершие корни, трупы и фекалии животных).
Гумус – сложное органическое вещество, образованное в результате разложения детрита микроорганизмами – это главный фактор плодородия. Основные минеральные питательные компоненты почв называют биогенными веществами, это азот в форме нитратов, фосфор в форме фосфатов и калий. Источниками их являются породы, на которых формируются почвы, они усваиваются растительностью и возвращаются в почву с детритом.
Газообразная компонента почв – почвенный воздух, значительно отличается от атмосферного, в нем меньше кислорода, больше углекислого газа. Состав почвенного газа зависит от типа почв, климатических условий, влажности, выращиваемых культур.
Жидкая компонента почв – почвенный раствор содержит в своем составе биогенные вещества, органические кислоты, соли, сахара. Важным показателем почвенного раствора является кислотность, которая выражается водородным показателем – рН. Наиболее благоприятная для растений и почвенных животных нейтральная среда при рН=7 (рН <7 кислая среда; рН >7 щелочная среда).
Почвенная биота представлена фауной и флорой. Фауна – дождевые черви, мокрицы, земляные клещи, нематоды и др., перераспределяют гумус, биогенные вещества, повышая плодородие почв. Флора – грибы, бактерии, водоросли, перерабатывают органику до исходных неорганических составляющих (деструкторы). Почва с одной стороны является средой обитания для них, с другой стороны, живые организмы выступают как ее неотъемлемый компонент. Живые организмы почв составляют около 95 % всего животного мира Земли.
Абиотические факторы водной среды.
Водная оболочка Земли называется гидросферой – включает океан, моря, реки, озера, болота, подземные воды.
Благодаря подвижности воды происходит постоянное перемешивание воды в пространстве. Гидросфера тесно связана с атмосферой при испарении воды и с литосферой с помощью осадков, поверхностного стока и подземных вод.
Вода обладает целым рядом особенностей, которые оказывают влияние на строение и жизнедеятельность населяющих ее организмов:
Температурная стратификация – изменение температуры по глубине водного объекта, характеризуется понижением температуры с глубиной в теплое время года и повышением – в холодное время года.
Периодическое изменение температуры – суточное, сезонное, годовое.
Прозрачность воды – определяет световой режим под ее поверхностью. От нее зависит фотосинтез водной растительности, а следовательно накопление органического вещества, обогащение глубинных вод кислородом.
Соленость воды – содержание в ней растворимых солей. Главными естественными источниками солей в водных объектах являются подземные и поверхностные воды, которые выносят растворенные минералы из горных пород и почв.
Соленость является одним из основных факторов в распределении живых организмов, продуктивности водоемов, многие организмы очень чувствительны к незначительным ее изменениям. Соленость вод может изменяться в больших пределах.
Единицей измерения солености является промилля – о/оо (1 грамм солей в 1 дм3 воды).
Пресные воды содержат солей до 1о/оо; средняя океаническая соленость составляет около 35о/оо; Азовского моря – 9 – 10о/оо; Балтийского моря –
6 – 8о/оо.
Содержание растворенного кислорода. Основными источниками поступления кислорода в водную среду являются атмосфера при ветровом волнообразовани и перемешивании водных масс, дождевые и снеговые осадки, продуцирование кислорода при фотосинтезе водной растительности.
Кислород расходуется на окисление органических и минеральных веществ, дыхание живых организмов.
При сбросе большого количества загрязняющих веществ в водные объекты, может произойти истощение кислорода и массовая гибель живых организмов.
Водородный показатель (рН) имеет большое значение для химических и биологических процессов, протекающих в природных водах. От рН зависит жизнедеятельность живых организмов, которые очень чувствительны к этому показателю и при изменении его, они погибают или заменяются другими видами.
Биотические экологические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.
Основными формами взаимоотношений живых организмов являются хищничество, паразитизм, конкуренция.
Животных поедающих растения, хищников и паразитов рассматривают как естественных врагов тех организмов, за счет которых они существуют.
Паразиты и хищники являются факторами среды по отношению к своим хозяевам, они взаимно необходимы друг другу. В процессе их сложных взаимоотношений осуществляется естественный отбор и приспособительная изменчивость.
Исчезновение естественного врага из экологической системы может привести к вымиранию того вида, за счет которого развивается этот враг.
Все эти обстоятельства необходимо учитывать при проведении мероприятий по управлению экологическими системами, учитывать последствия уничтожения хищников или переселения животных или растений.
Антропогенные экологические факторы – хозяйственная деятельность человека: вырубка лесов, распашка степей, добыча полезных ископаемых, создание водохранилищ и др.
2.2. Понятие экосистемы
Термин “экосистема” впервые был предложен английским экологом
А. Тенсли в 1935 году. Но само представление об экосистеме возникло значительно раньше. Упоминание, о единстве организмов и среды, есть в самых ранних работах. Прежде, чем дать определение экосистемы, приведем понятие самого слова “система”.
Система – это реальный или мыслимый объект, целостные свойства которого, могут быть представлены как результат взаимодействия слагающих его частей. Основные свойства системы – это единство, целостность и взаимосвязи между ее компонентами.
Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи. Экосистема – это широкое понятие: луг, лес, река, океан, ствол гниющего дерева, биологические пруды очистки сточных вод.
Одним из видов экосистемы является биогеоценоз – это сугубо наземная экосистема, т.е. природная экосистема на поверхности Земли (река, луг, лес и т.д.). Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема может являться биогеоценозом.
Биогеоценоз (в дальнейшем будем называть экосистема) состоит из экотопа и биоценоза. Экотоп – это совокупность абиотических факторов (почва, вода, атмосфера, климат и др.). Биоценоз – совокупность живых организмов (растительность, животные, микроорганизмы). Схема лесной экосистемы приведена на рис. 2.1.
Растительность
Климат
(атмосфера)
Почва
Животные
Микроорганизмы
Рис. 2.1 – Схема лесной экосистемы
Главное свойство экосистемы – взаимосвязь и взаимозависимость всех ее компонентов. Стрелки на схеме показывают эту взаимосвязь.
Рассмотрим на примере лесной экосистемы взаимосвязь составляющих ее компонентов.
От климата зависит водный, воздушный, температурный режимы почв, тип растительности, темпы создания органического вещества, активность микроорганизмов.
Почва оказывает влияние на климат; в атмосферу из почвы выделяется углекислый газ, азот, соединения серы, метан, сероводород и другие газы.
Растительность из почвы берет воду, биогенные вещества, гумус; из атмосферы – углекислый газ, солнечную энергию, выделяет в атмосферу кислород, а после ее отмирания в почву поступает детрит.
Растительность является питанием для животных; почва – местообитанием; продукты жизнедеятельности животных поступают в почву, почвенные микроорганизмы перерабатывают их до исходных углекислого газа, воды, гумуса и других минеральных соединений.
Экосистема – это целостная, функционирующая, саморегулирующаяся система.
Для специалиста существует не природа, а экосистема, человек вырубает не лес, а экосистему, выбрасывает отходы не в окружающую среду, а в экосистемы.
На первый взгляд может показаться, что между разными экосистемами нет связи, например между лугом, лесом и прудом. Но если внимательно посмотреть, можно отметить следующее: поверхностным стоком осадков с соседнего луга в пруд вымываются частички почв, гумус, отмершая растительность; осенью часть опавших листьев из леса ветром переносится в пруд; где она разлагается и является пищей для некоторых водных организмов. В пруду живут личинки насекомых, но взрослые особи покидают водную среду и поселяются на лугу или в лесу.
Крупные наземные экосистемы называют биомами (тундра, тайга, дождевые тропические леса, саванны и др.). Каждый биом состоит из множества экосистем, связанных между собой.
Глобальная экосистема Земли – биосфера.
2.3. Трофические (пищевые) цепи
Живые организмы в экосистемах неодинаковы с точки зрения создания собственного тела.
Животные в отличие от растительности не способны к фотосинтезу
(т. е. не могут строить собственное тело из минеральных веществ и напрямую использовать солнечную энергию), а используют органическое вещество, созданное растительностью. Травоядные питаются растительностью, хищники – травоядными, эти животные могут быть съедены другими животными и т. д.
Цепь передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим называется трофической или пищевой.
Растения строят свой организм без посредников, их называют автотрофами. Они продуцируют его из неорганических веществ и солнечной энергии и называются продуцентами – первый трофический уровень.
Второй трофический уровень образуют травоядные, третий, четвертый, пятый – плотоядные животные, их называют гетеротрофами или консументами.
Обычно в экосистеме 4 – 5 трофических уровней:
Дерево – гусеница – синица – ястреб;
Фитопланктон – зоопланктон – мелкая рыба – крупная рыба – водоплавающая птица.
Трофические цепи, начинающиеся с фотосинтезирующих организмов, называются пастбищными.
На всех трофических уровнях образуются отходы (опавшие листья, трупы, фекалии животных).
Животные, питающиеся мертвой органикой, называются детритофагами (земляные черви, многоножки, жуки, муравьи, некоторые птицы). Окончательное разложение детрита до простых минеральных соединений осуществляют микроорганизмы, их называют редуцентами.
Трофические цепи, которые начинаются с детрита, называются детритными. Детритная цепь, также как и пастбищная, имеет несколько трофических уровней.
Такая последовательность и соподчиненность трофических уровней в экосистемах представляет основу их функционирования.
Трофическая цепь является также энергетической цепью, т. к. по цепи передается солнечная энергия, запасенная в молекулах живых организмов.
Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии. Например, 1г сухой травы соответствует 18,7 кДж, 1г сухого мяса – 23,5 кДж.
Консументы, питаясь продуцентами, получают энергию, которая расходуется на построение собственного тела, дыхание, теплоотдачу, выполнение движений, поиск пищи, спасение от врагов и т. д.
Таким образом, в экосистеме существует непрерывный поток энергии, которая рассеивается на каждом уровне и пополняется поступлением энергии Солнца.
2.4. Продуктивность экосистем
Каждая экосистема обладает определенной продуктивностью.
Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество.
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.
Все живые компоненты экосистемы – продуценты, консументы, редуценты составляют общую биомассу (живой вес). Биомассу обычно выражают через сухой или живой вес, но можно выражать и в энергетических единицах – калориях, джоулях.
Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.
Известны три основных типа экологических пирамид:
1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;
2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;
3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.
На рис 2.2 показана пирамида биомассы наземной экосистемы.
Рис. 2.2 – Пирамида биомассы наземной экосистемыП – продуценты; РК – растительноядные консументы; ПК – плотоядные консументы
В наземных экосистемах суммарная масса растений превышает массу всех растительноядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Для экосистемы океана пирамида биомассы имеет перевернутый вид, т. е характерна тенденция накапливания биомассы на более высоких уровнях.
Пирамиду чисел рекомендуют приводить в табличной форме. Более совершенной является пирамида энергии, она отражает расходование энергии в трофических цепях.
Знание энергетики экосистемы и количественных ее показателей позволяют точно учесть возможность изъятия из природной экосистемы того или иного количества растительной и животной биомассы без подрыва ее эффективности.