Элементы биогеоценологии (учения об экологических системах)
Артур Тенсли 1871 -1955 британский ботаник, один из первых в мире экологов. В работе «Правильное и использование неправильное ботанических терминов» Тенсли ввел термин «экосистема» . Так он обозначил совокупность в обитающих организмов, данном биотопе, которая, по его именно является мнению, системой, с её составными элементами, единой историей и к способностью со согласованному развитию.
Понятие «экологической ситемы» Артур Тэнсли, 1935 O Биотоп и населяющие его организмы (биоценоз) образуют некое фундаментальное единство, называемое экологической системой. O Экосистема – единство всех живых организмов территории и окружающей среды.
Основные определения O Биотоп – относительно однородное по абиотическим факторам среды (вода, воздух, почва, рельеф) пространство, занятое совокупностью организмов (биоценозом). O Биоценоз (сообщество) – совокупность организмов, населяющих территорию (биотоп)
Классификации экосистем O По происхождению (генезису) – o природные (луг, озеро, море, лес, тайга, o O o o биосфера); искусственные (аквариум, космический корабль, поле, бассейн, пруд, водохранилище, сад, город); По характеру окружающей среды – наземные; водные
Биогеоценоз, Сукачев 1942 Совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз – элементарная наземная экосистема (частный случай экосистемы)
Владимир Николаевич Сукачев 1880 -1967 Российский, советский геоботаник, лесовод, географ. Автор термина «биогеоценоз»
Основные компоненты биогеоценоза O Абиотический компонент (экотоп, биотоп) – пространство с одинаковыми ландшафтными, климатическими и почвенными условиями; O Биотический компонент (биоценоз, сообщество) – совокупность организмов, населяющих территорию (биотоп)
Элементы биотопа O Почва, грунт, эдафотоп (edaphos – почва) O Воздух, климатоп O Поверхностные и подземные воды (лишь некоторые авторы считают частью биотопа).
Элементы биоценоза O Животные( зооценоз) O Растения (фитоценоз) O Микроорганизмы (микробиоценоз)
Структура биогеоценоза
Дополнительные определения O Биота – совокупность сообществ определенной географической области(биота Урала, Сибири, Кольского полуострова); O Биом– совокупность экосистем природной климатической зоны(биом тайги, тундры и т. п); O Экотон – пограничная область между экосистемами, где встречаются представители обоих граничащих биоценозов и наблюдается «сгущение жизни» , «краевой эффект» .
Экотон «… Экотон представляет собой переход между двумя и более различными группировками (физиономично заметными), например между лесом и лугом или между мягким и твердым грунтом морских биоценозов. Это пограничная зона, или зона» напряжения ", которая может иметь значительную линейную протяженность, но всегда бывает узкой от территорий самих соседних группировок ". Ю. Одум
Видовая структура экосистем– видовой состав и соотношение численностей видов, образующих экосистему O Доминанты – виды, явно преобладающие по численности особей O Предоминанты – виды, живущие за счет доминантов O Второстепенные виды
Эдификаторы (лат. aedificator — строитель) - Виды (доминантные), деятельность которых создает или серьезно изменяет окружающую среду. доминирующие продуценты – лесообразующие деревья, доминирующие в степях травы (типчаки, ковыли), водоросли, . Среди животных - коралловые рифы, различные группы копытных и хоботных, влияющих на спектр растительности степей и саванн, основные потребители биомассы, такие как муравьи и термиты. В противоположность эдификаторам выделяют ассектаторы — организмы не оказывающие значительного влияния на формирование биоценоза.
Реферат O Экосистемы коралловых рифов
Функциональная структура экосистемы определяется трофическими связями – отношениями питания (trophe (греч) – питание) Функции организмов в экосистеме O Продуценты - производители биомассы O Консументы - потребители биомассы Сапрофаги (детритофаги) - консументы, которые питаются продуктами жизнедеятельности организмов либо умершими организмами O Редуценты - микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения (обеспечивающие минерализацию – возвращение неорганических веществ в круговорот)
Виды организмов по типу питания O Автотрофы (самопитающие) O Фотоавтотрофы (фототрофы) O Хемоавтотрофы (хемотрофы) серобактерия Являются продуцентами. фитопланктон Образуют 1 звено (1 уровень) трофической цепи (цепи питания); o Гетеротрофы o Консументы 1 порядка o (фитофаги) Занимают 2 трофический уровень (2 звено цепи питания) тля
Фототрофы производят биомассу в результате фотосинтеза.
Автотрофы Фототрофы Хемотро фы — организмы, получающие энергию в результате хемосинтеза окислительно – восстановит. процессов, в которых они окисляют химические соединения, богатые энергией (как неорганические — например, молекулярный водород, серу, так и органические — углеводы, жиры, белки и др. органические соединения), Фитопланктон – диатомовые водоросли Микроорганизмы черных курильщиков
Рефераты O Экосистемы океанических O O гидротермальных источников (черных курильщиков); Хемоавтотрофы (виды; механизмы синтеза биомассы); Фитопланктон (многообразие, значение); Фотосинтез – стадии, значение в планетарном масштабе; Влияние домашних растений на состав воздуха в помещении
Виды организмов по типу питания (продолжение) O Консументы II порядка - зоофаги 3 трофический уровень (3 и несколько последующих звеньев) Сапрофаги (детритофаги) – организмы, питающиеся умершими организмами или продуктами жизнедеятельности организмы. Редуценты (восстановители) – организмы (бактерии и грибы), которые перерабатывают органическую материю в неорганическую, возвращая вещества в круговорот
Рефераты O Многообразие редуцентов O Многообразие сапрофагов O Отличие сапрофагов от редуцентов
Вещество и энергия в экологических системах
Правило Линдемана, 1942 правило экологической пирамиды O С каждого предыдущего трофического уровня на следующий переходит максимум 10 % энергии. Является следствием второго закона термодинамики - закона рассеивания (диссипации) энергии. Количество энергии, которое доходит до третичных плотоядных (трофический уровень V), составляет около 10 -4 энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное количество (5 — 6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от рассматриваемого биоценоза.
Цепи питания
Пищевая цепь биоценоза арктического моря - пример длинной цепи Фитопланктон – зоопланктон (мелкие растительноядные ракообразные) – плотоядные планктонофаги (черви, ракообразные, моллюски, иглокожие) – рыбы (2 -3 звена) – тюлень – белый медведь
Пищевые цепи различных климатических зон
Пищевые цепи арктического моря
В рекламной кампании, созданной австралийским филиалом агентства Saatchi & Saatchi, джип Toyota Land Cruiser предстает в виде самого крупного хищника и, таким образом, попадает на вершину пищевой цепочки. Нам, видимо, пытаются сказать, что Land Cruiser от Toyota никто не может победить. Надпись: "Land Cruiser Будь наверху пищевой цепочки. toyota. com. au"
Касатка - конкурент белого медведя
Пищевые цепи наземных экосисистем обычно короче
Виды пищевых цепей Цепи выедания (пастбищные) Цепи разложения (детритовые) 1) Цветок (нектар) – тля – 1)Опавшие листья божья коровка – паук – дрозд – ястреб (листовая подстилка) – червь (жук) – дрозд – ястреб 2) Погибшее животное – личинки мухи – лягушка – змея - ястреб 2)Трава – корова – человек
В каждом биоценозе обычно несколько цепей питания, которые сложно пересекаются, образуя сети питания
Экологическая ниша
Формирование понятия «экологическая ниша» 1) Р. Джонсон (1910) ? , Дж. Гринелл (1914) Экологическая ниша – самая маленькая единица распространения вида (место обитания, пространственная ниша) 2) Чарльз Эстон (1927) Экологическая ниша – сумма факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке
Формирование понятия «экологическая ниша» Юлиан Одум (1971) – экологическая ниша определяется функциями вида ( «профессией вида» ) в биоценозе. Ее не стоит сводить к местообитанию. 3) Джордж Эвелин Хатчинсон (1950 -е) модель гиперобъема. Экологическую нишу можно представитькак nмерный куб на осях которого отложены экологические факторы. По каждому фактору у вида есть диапазон в котором он может существовать (экологическая валентность). Если провести проекции от крайних точек диапазонов каждой оси факторов мы получим n-мерную фигуру, где n — количество значимых для вида экологических факторов.
Экспериментальные исследования Георгий Францевич Гаузе (1910 -1986) — советский микробиолог, эволюционист, академик АМН СССР, один из основоположников экологии. Принцип конкурентного исключения ü Каждый вид имеет свою собственную экологическую нишу; ü Никакие два разных вида не могут занять одну и ту же экологическую нишу; ü Полные конкуренты не могут сосуществовать бесконечно.
Суть эксперимента Гаузе формулировал принцип конкурентного исключения работая с инфузориями Paramecium caudatum, P. aurelia, P. bursaria. Все три вида хорошо росли в монокультуре, достигая в пробирках с жидкой средой стабильных значений предельных плотностей популяции. Пищей инфузориям служили бактериальные или дрожжевые клетки, растущие на регулярно добавляемой овсяной муке. Однако, когда он фактически смоделировал экологическую нишу, совместно выращивая P. caudatum и P. aurelia, было показано что P. aurelia вытеснила P. caudatum. При совместном выращивании Р. caudatum и Р. bursaria сосуществуют, но на более низком уровне плотности чем в монокультуре. Как выяснилось они были пространственно разобщены в пробирке Р. bursaria — на дне пробирке и питалась дрожжами, тогда как Р. caudatum — наверху и питается бактериями. Выводы: ü Если два вида сосуществуют, то между ними должно быть какое-то экологическое различие, а это означает, что каждый из них занимает свою особую нишу. ü Выход из конкуренции достигается расхождением требований к среде, изменению образа жизни или, другими словами, является разграничением экологических ниш видов. В этом случае они приобретают способность сосуществовать в одном биоценозе.
«Планктонный парадокс» противоречить принципу конкурентного исключения Все виды живых организмов, относящихся к планктону, живут на очень ограниченном пространстве и потребляют ресурсы одного рода (главным образом солнечную энергию и морские минеральные соединения). Аргумент Хатчинсона – Для объяснения «планктонного парадокса» принцип Гаузе не применим. Многочисленные виды планктонных организмов часто сосуществуют в простой среде, где, по-видимому, мало возможностей для разделения ниш. Хатчинсон предположил, что среда, хотя она и очень проста, постоянно претерпевает различные изменения, в частности сезонные. В любой отдельный промежуток времени условия среды могут способствовать вытеснению определенного вида, однако эти условия меняются, и ещё до того, как данный вид окажется окончательно вытесненным, они могут сложиться благоприятно для его существования. Другими словами, исход конкурентных взаимодействий в равновесном состоянии может не играть решающей роли, если условия среды обычно изменяются задолго до того, как достигается равновесие. А поскольку любая среда изменчива, равновесие между конкурентами должно постоянно сдвигаться и сосуществование нередко будет наблюдаться при таком разделении ниш, при котором в стабильных условиях происходило бы исключение одного из видов.
Виды экологических ниш Фундаментальная (потенциальная, теоретическая) Совокупность условий, которые вид может освоить в отсутствии конкуренции Реальная (реализованная) Ограничивается конкурентами
Правило обязательного заполнения экологической ниши Экологическая ниша не может быть пустой. Если ниша пустеет в результате вымирания какого-то вида, то она тут же заполняется другим видом.
Экологическая ниша человека как биологического вида Человек как биологический вид занимает свою собственную экологическую нишу. Человек может обитать в тропиках и субтропиках, на высотах до 3— 3, 5 км над уровнем моря
Биологическая продуктивность экосистем
Конкуренция экосистем В соперничестве с другими экосистемами выживает та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное ее количество наиболее эффективным способом – закон максимизации энергии (Ю. Одум) Энергия используется продуцентами для синтеза органических веществ, образующих биомассу и вместе с биомассой передается по цепям питания
Поток энергии через пастбищную пищевую цепь. Все цифры даны в к. Дж/м 2·год
Продуктивность и продукция экосистемы O Скорость создания органического вещества в экосистемах (масса вещества , образованная в единицу времени) называется их биологической продуктивностью O Органическая масса (биомасса), создаваемая продуцентами (растениями) за определенный период называется первичной продукцией, консументами (животными) – вторичной продукцией;
Правило экологической пирамиды O На каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемое за единицу времени больше, чем на последующем; O Вторичная продукция не может быть больше первичной и даже равна ей
Виды экологических пирамид (пирамид продукции, трофических пирамид) O Пирамида чисел (Эптон, 1927) O Пирамида биомассы O Пирамида энергии
Пирамиды чисел Пастбищная экосистема Лесная экосистема
Лесная экосистема
Морская экосистема
Пирамида биомасс
Обращенная пирамида биомассы для морской цепи Причина обращенности - неучет продолжительности жизни организмов разных трофических уровней. За год меняется до 50 поколений фитопланктона. Суммарная его биомасса много больше биомассы организмов следующих уровней
Пирамида энергий (правило Линдемана)
Модель Одума O Поле люцерны. Площадь 4 Га O Телята – основные консументы 1 порядка O Мальчик – консумент 2 порядка
Пирамида энергии Ю. Одума
Динамика экосистемы
Виды изменений Циклические O Суточные Поступательные O Сукцессии: O Сезонные O Первичные O Многолетние O Вторичные O Экологические нарушения
Сукцессия O Сукце ссия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества и т. д. ) другим на определённом участке среды во времени. Исследователи: Ф. Клементс (основные термины), В. Н. Сукачев, С. М. Разумовский
Сукцессия по Клементсу O Сменяющие друга во времени сообщества, образующие сукцессионный ряд (серию), где каждая предыдущая стадия (серийное сообщество) формирует условия для развития последующего. O Если не происходит вызывающих новую сукцессию событий, то ряд завершается относительно устойчивым сообществом, имеющим сбалансированный при данных факторах среды обмен. Такое сообщество Ф. Клементс назвал климакс. O Единственным признаком климакса в смысле Клементса—Разумовского является отсутствие у него внутренних причин для изменения.
Гомеостаз Состояние стабильного равновесия экосистем. Гомеоста з — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.
Первичная сукцессия
Вторичная сукцессия (по Реймерсу)
Абиотические факторы и вид биома
Скачать презентацию Элементы биогеоценологии учения об экологических системах Артур
Экология 3 (элементы биогеоценологии).pptx