Потоки энергии как основа существования экосистемы.

Потоки энергии как основа существования экосистемы.

Процессы жизнедеятельности (движение, питание, рост и развитие и т.д.) неразрывно связанны превращением энергии. Шрёдингер определял жизнь как уменьшение собственной энтропии за счёт увеличения энтропии окружающей среды. Экосистемы (как и любые системы) подчиняются законам термодинамики. Первый закон гласит: энергия не может быть создана или уничтожена, она только переходит из одной формы в другую (так энергия солнечного света в процессе фотосинтеза переходит в энергию химических соединений). Второй закон термодинамики говорит об одностороннем пути превращения энергии: энергия может перейти из более упорядоченной формы в неупорядоченную, но не наоборот (благодаря этому закону около 90 % энергии теряется в виде тепла при переходе от одного трофического уровня на другой).

Структура экосистемы:

 Компоненты (блоки) – характеризуются определённой массой и специфическим назначением. Связаны между собой потоками вещества и энергии

· абиотические: воздух, вода;

· биотические: продуценты, консументы, редуценты;

· биокосные – почвы, илы (иногда к ним относят и нижние слои атмосферы, и воды); образуются в результате воздействия биотических и абиотических компонентов;

· биогенные – нефть, уголь, известковые отложения; образовались в результате жизнедеятельности организмов, но временно выведены из круговорота

 Биотические блоки иногда объединяют в биоценоз, а абиотические и биокосные – в биотоп.

Функциональное устройство экосистем.

Функционирование экосистемы – это совокупность процессов, обеспечивающих его самоорганизацию и саморегуляцию, включая перенос и преобразование веществ, энергии и информации.

Функциональные блоки:

· аэромассы – сухой воздух

· гидромассы – вся вода

· литомассы – часть горных пород, затронутая выветриванием

· мортомассы – мёртвое органическое вещество

· педомассы – органо-минеральная часть почв и илов

· биомассы

Биомассы разделяют на:

· Продуценты – преобразователи солнечной энергии или энергии химических связей неорганических веществ в энергию связей органических соединений. В основном растения.

· Консументы –перераспределяют вещество и эергию во времени и пространстве. В основном животные. Делятся на консументов первого порядка (фитофагов) и второго порядка (паразиты и хищники).

· Редуценты – переводят органическое вещество в неорганическое. Прокариоты, простейшие, грибы.

Функциональную цепочку в экосистеме, состоящую из данных блоков, называют пищевой (трофической) цепью. Она может быть пастбищной ( продуцент – консумент 1 – консумент 2 - … - редуцент) или детритной ( редуцент – консумент - …). Организмов, находящихся на равном удалении от начала трофической цепи, относят к одному трофическому уровню. Пищевые цепи объединяют в пищевые сети, которые позволяют добавить пресечения и разветвления в схему трофических взаимоотношений между организмами.

Почвы  как важнейший компонент наземных экосистем

Почвы относят к биокосным телам, то есть они образуются благодаря взаимодействию живого вещества и абиотических блоков. Будучи тесно связаны по происхождению с биогеоценозом, они отражают историю его развития. Почвы являются средой обитания многих живых существ; в них сохраняются покоящиеся стадии живых существ (семена, яйца, споры); через почвы растения получают необходимые им неорганические вещества.

Генетические горизонты почв

Почвенные процессы

В поверхностные слои почвы поступает мёртвое органическое вещество. Здесь обитает множество организмов –разрушителей (грибы, черви, бактерии, членистоногие), которые способствуют образованию почвы сверху. Химическое и физическое разрушение коренной породы способствует образованию почвы снизу. 

Мортмасса – масса мёртвого органического вещества в экосистеме. Выделяют отпад (сухостой), опад или подстилку (упавшие на поверхность почвы части растений, трупы животных), торф, детрит (в водных экосистемах). Подстилка формирует верхний слой почвы. Организмы-разрушители используют подстилку в качестве источника питания. В процессе разрушения подстилки почва формируется сверху.

Гумус – основное органическое вещество в почве чёрного цвета, образованное в результате разрушения мортмассы. Разрушаясь в процессе минерализации, гумус высвобождает углерод, фосфор, азот, серу в доступной для растений форме. Кроме того гумус способствует удержанию почвенной влаги и аэрации почв, сглаживает перепады температур.

Динамика экосистем

Динамика экосистем определяется годовыми (сезонными) и суточными ритмами, а также 9-14 летними циклами солнечной активности.

Характерное время   (для равновесных систем) – время возвращения к равновесному состоянию после отклонения от него

(для колебательных систем) – период колебания

Флуктуации – изменения, носящие колебательный характер. Пример: суточные и сезонные флуктуации.

Сукцессии – закономерные и направленные изменения, не меняющие экосистему в целом

o Первичные сукцессии: когда все компоненты существовавших ранее экосистем разрушены либо экосистем вообще не было. Пример: лавовые поля

o Вторичная сукцессия: после изъятия из экосистемы какого-то блока либо его значительного нарушения. Пример: пожар, после вмешательства человека

o Деградационные вторичные: направлены в сторону упрощения состава экосистемы

o Демутационные вторичные: происходят в направлении восстановления прежнего состава

Вертикальная структура.

Ярусы – отдельные высотные слои, часто различающиеся функционально. В каждой наземной экосистеме можно выделить четыре яруса: растительный покров, подстилку, почву и материнскую горную породу. Каждый из них также может быть расчленён на отдельные высотные слои. Особенно типично разделение на такие слои растительного покрова лесных экосистем. Например, в широколиственных лесах выделяют следующие ярусы:

1. Деревья первой величины (дуб, липа, берёза)

2. Деревья второй величины (рябина, яблоня)

3. Подлесок (шиповник, лещина)

4. Высокие травы и кустарники (багульник)

5. Низкие травы (сныть) и приземистые растения (мхи)

Эдификаторы – виды, создающие своей жизнедеятельностью среду, предопределяющую развитие других организмов.

Вид – эдификатор является функциональным центром, объединяющим вокруг себя по трофическим сетям и по месту обитания разные виды, т. е. консорцию. Ценекулой называют индивидуум доминирующего в биогеоценозе растения вместе с его консорцией и с пространством, на которое он влияет. (Например, ель является функциональным центром; белки, живущие на ели и букашки, ползающие под елью, образуют его консорцию; а в еловом лесу ель вместе с белками, букашками и землёй, на которой она растёт, образует ценекулу). Таким образом, если посмотреть на экосистему сверху, можно проследить некоторую мозаичность.

Границы между соседними биогеоценозами могут проходить по хорошо выраженным перепадам рельефа; могут соответствовать резкой смене типа растительности; границы нередко связаны с серьёзными физическими воздействиями (пожарами, бурями, вырубкой и т.д.).

Экотоны – границы междубиогеоценозами, заселённые набором видов, часть которых связана с одним сообществом, часть – с другим, а часть принадлежит именно этой области (заросли кустарников и высокотравья на границе между лесными и луговыми сообществами)

Стоковые серии и ландшафты

Биогеоценозы являются открытыми системами, то есть они связаны с другими биогеоценозами переносом веществ и энергии.

 Биогеоценозы, формирующиеся в сходных условиях и единые по своему происхождению, образуют ландшафт.

Очень часто связь между биогеоценозами происходит за счёт стока воды и растворённых в неё веществ. Подобные взаимодействия приводят к появлению стоковых серий или катен.

Автономная часть характеризуется поступлением веществ с осадками или из глубинных недр, но не с других частей катены.

I. Элювиальная – самая высокая часть катены; в ней задерживаются лишь малоподвижные вещества, а остальные вымываются в более низкие части катены. Водный режим непостоянный

1. Эль – представлен голыми склонами скал. Почва тут практически отсутствует. Жизнь представлена в основном лишайниками, которые расположены достаточно редко. Биомасса и продукция небольшие.

2. Ортоэль – более или менее выровненная часть. Жизнь тяготеет к скоплению воды. Слой почвы невелик. Продукция и биомасса небольшие.

Подчинённая часть – в эту часть приход веществ осуществляется за счёт более высоких уровней катены.

II. Транзитная часть – часть катены со склоном

3. Трансэль – наиболее крутая часть склона, Ощущается большой недостаток воды. Растительность представлена ксарофитами. Частые катастрофы в виде оползней. Слой почвы не особо мощный. Продукция и биомасса средние.

4. Трансэляк – сглаженная часть склона. Характерны благприятные для жизни условия. В идеале характеризуется большим биологическим разнообразием, продукцией и биомассой, мощным почвенным слоем. Но часто бывает разрушен человеком.

III. Аккумуляционная часть – самая низкая часть катены. Наиболее распространены подвижные элементы (соли калия и натрия)

5. Неоэль – характерен недостаток воды и/или непостоянный водный режим, так как большая часть воды уходит в подземный сток. Растения имеют развитую корневую систему. Мощность почвы, продукция и биомасса средние.

В конце неоэля происходит выход грунтовых вод (второй барьер), тут появляются болота или отмечается большая засоленность почв.

6. Субакваль – зона, в которую вещества поступают как из высших частей катены, так и из водоёма.

7. Суперакваль – собственно водоём, которым заканчивается катена (в редких случаях просто впадина, водоём отсутствует).

 

Потоки энергии как основа существования экосистемы.

Процессы жизнедеятельности (движение, питание, рост и развитие и т.д.) неразрывно связанны превращением энергии. Шрёдингер определял жизнь как уменьшение собственной энтропии за счёт увеличения энтропии окружающей среды. Экосистемы (как и любые системы) подчиняются законам термодинамики. Первый закон гласит: энергия не может быть создана или уничтожена, она только переходит из одной формы в другую (так энергия солнечного света в процессе фотосинтеза переходит в энергию химических соединений). Второй закон термодинамики говорит об одностороннем пути превращения энергии: энергия может перейти из более упорядоченной формы в неупорядоченную, но не наоборот (благодаря этому закону около 90 % энергии теряется в виде тепла при переходе от одного трофического уровня на другой).

Структура экосистемы:

 Компоненты (блоки) – характеризуются определённой массой и специфическим назначением. Связаны между собой потоками вещества и энергии

· абиотические: воздух, вода;

· биотические: продуценты, консументы, редуценты;

· биокосные – почвы, илы (иногда к ним относят и нижние слои атмосферы, и воды); образуются в результате воздействия биотических и абиотических компонентов;

· биогенные – нефть, уголь, известковые отложения; образовались в результате жизнедеятельности организмов, но временно выведены из круговорота

 Биотические блоки иногда объединяют в биоценоз, а абиотические и биокосные – в биотоп.