Биологическая продуктивность экосистем, уровни продуцирования

Биологическая продуктивность экосистем – это скорость с которой продуценты улавливают и усваивают лучистую энергию, образуя при этом органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи.

Различают уровни продуцирования:

1) Продуценты, остальные консументы.

2) Растительноядные консументы.

3) Плотоядные консументы, поедающие травоядных.

4) Плотоядные, поедающие плотоядных.

41. Первичная (валовая и чистая) и вторичная продукции.

(Биологическая продуктивность) – скорость, с которой продукты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ.

 

Первичная продукция – органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени.

Продукцию выражают количественно в сырой и сухой массе растений либо в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.

 

Первичная продукция делится на валовую и чистую:

 

Валовая первичная продукция – общая масса количества органического вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (трата на дыхание)

Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, представляющую собой величину прироста растений.

 

Чистая первичная продукция – часть валовой продукции, которая не израсходовалась на дыхание.

 

Вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов.

 

Биомасса – суммарная масса организмов данной группы или всего сообщества в целом.

 

Первичная продукция – продукция растений

Вторичная продукция – продукция животных

 

42. Энергетика экосистем, пищевые связи, траты на дыхание, рост и тепло.

Энергенитка экосистема – обеспеченность экосистем энергией и ее использование.

(!)– поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в природе возможен только за счет постоянного притока энергии.

 

В экосистеме различают следующие энергетические процессы:

1) Фотосинтез (получение энергии солнечной радиации) или хемосинтез (получение энергии реакции окисление неорганических веществ)

2) Транспорт энергии по трофическим цепям.

3) Использование энергии организмами для их жизнедеятельности и продуцирования биомассы.

 

Пищевые связи (пищевые цепи) – цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества.

 

Ι трофический уровень - продуценты

ΙΙ трофический уровень – консументы Ι порядка (растительноядные животные)

ΙΙΙ трофический уровень - консументы ΙΙ порядка (первичные хищники)

VΙ трофический уровень - консументы ΙΙΙ порядка (вторичные хищники)

 

43. Виды трофических цепей (пастбищные, детритные).

Существуют два вида пищевых цепей: пастбищные и детритные

 

Пастбищные (цепи выедания) – пищевые цепи, начинающиеся с живых фотосинтезирующих организмов.

Дентритные (цепи разложения) - пищевые цепи, начинающиеся с отмерших останков растений, трупов и экскрементов животных

 

44. Типы экологических пирамид (пирамида чисел, пирамида биомассы, пирамида продукции)

Пирамида чисел (пирамида Элтона) - отражает уменьшение численности организмов от продуцентов к консументам.

 

Пирамида биомасс – показывает изменение биомасс на каждом следующем трофическом уровне: для наземных экосистем пирамида биомасс сужается кверху, для экосистем океана – имеет перевернутый характер, что связано с быстрым потреблением фитопланктона консументами.

 

Пирамида энергии (продукции) – имеет универсальный характер и отражает уменьшение количества энергии, содержащееся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.

 

45. Демэкология, группы качественных характеристик вида.

Демэкология – наука изучающая структуру и динамику популяции.

 

Группы качественных характеристик:

· Статистические (состояние на данный момент времени)

o Численность

Плотность

o Количество

o Показатели структуры

· Динамические (за определенный промежуток времени)

o Рождаемость

o Смертность

o Скорость роста популяции

46. Статистические характеристики вида – численность, методы определения.

Численность – количество животных и растений, приходящихся на единицу пространства.

Методы определения: с самолета, сетями, литровой единицей, перепись населения.

 

47. Статистические показатели вида – плотность, факторы, регулирующие плотность (зависимые, независимые, саморегуляция – фенотипическая, генотипическая, циклические колебания)

Плотность – число особей, приходящихся на единицу площади

Плотность непостоянна

Факторы регулирующие плотность:

1) Зависимые (биотические) – изменяются с изменением плотности

2) Независимые (абиотические) – постоянные даже при изменении плотности

3) Саморегуляция

a. Фенотипическая саморегуляция – совокупность признаков, сформированных в процессе онтогинеза (жизни) (пример: мыши).

b. Генотипическая саморегуляция – саморегуляция плотности на основе двух разных генотипов в результате рекомбинации генов. (то есть появление особей, которые начинают размножение с более раннего возраста)

c. Циклические колебания – колебание численности, повторяющееся за определенный промежуток времени.

 

48. Статистические показатели – показатели структуры популяции (половая, возрастная, пространственная, этологическая, распределение по территории)

Показатели структуры популяции – отношение количества особей популяции по какому-либо признаку

Структура популяции формируется с одной стороны на основе общих биологических свойств, а с другой стороны – под влиянием абиотических факторов

Признаки:

· Половая (соотношение особей по полу)

Устанавливается:

o По генетическим законам

o Под влиянием среды

o Смертность в эмбриональный период

· Возрастная структура.

Возрастные стадии растений:

o Период покоя – семена

o Прегенеративный период – проростки

o Генеративный период – развитие от молодых до взрослых структур

o Постгенеративный – старческий

Ценопопуляция – совокупность особей одного вида в пределах одного фотоциноза:

1. Эмбриональный

2. Младенческий

3. Детство

4. Юность (14-19, 20-25)

5. Молодость (25-40)

6. Зрелый (40-55)

7. Пожилой (до 65-70)

8. Старческий

9. Долгожители

· Пространственная структура

Распределение в пространстве бывает:

o Диффузным (дисперстно распределены) – точечным. Пример: суслики

o Мозаичное (размещение оседлых животных резко неравномерно)

o Пульсирующим (характерно для популяции с резким колебанием численности)

o Циклический (попеременное использование территорий в течение года)

· Этологическая структура – поведенческая

Поведение животных зависит от того одиночный или групповой образ жизни свойственен виду

Виды образа жизни:

o Одиночный – особи популяции не зависимы, обособлены, соединяются лишь во время оплодотворения (рыбы)

o Семейный – семейный образ составляет контакты между охраной потомства (короткий срок, длительный срок)

o Колонии – групповые поселения оседлых животных. Некоторые функции выполняют вместе (муравьи, пчелы)

o Стаи – временные объединения животных, которые проявляют биологическую полезность (рыбы, волки)

2 категории:

§ Эквипотенциальные – в них нет доминирования отдельных членов (рыбы, мелкие птицы, саранча)

§ С лидером (крупные птицы, млекопитающие)

o Стада – основой является доминирование и подчинение. Имеют временных и постоянных лидеров. Единое целое, ориентируется на опытного лидера. Могут быть семьи. Один виде иерархии: деспотия

 

· Распределение по территории

o Редкое заселение (северные олени, некоторые виды птиц)

o Сплошное заселение – заселены обширные границы (суслики)

o Заселение со смазанными границами (птицы, насекомые)

 

49. Динамические характеристики – рождаемость, смертность, продолжительность жизни.

Рождаемость – число особей рождающихся в популяции в единицу времени.

Смертность – обратная величина

Продолжительность жизни:

o Физиологическая – такая продолжительность, которая теоретически возможна при благоприятных условиях.

o Максимальная – до которой могут дожить немногие.

 

50. Динамические показатели – скорость роста популяции, типы динамики популяций, экспоненциальный рост.

Сохранность того или иного вида в сообществе основано на борьбе за жизнь.

Если смертность будет больше рождаемости, то популяция деградирует.

Но при постоянных (неизменяемых) условиях в течение короткого промежутка времени возможен неограниченный рост популяции. Такой рост популяции называется экспоненциальным.

 

Типы динамики популяции

1) “S-образная” Характерна для популяции, в которой высокая численность быстро снижается до уровня, где рождаемость равна смертности, что говорит об устойчивости популяции.

2) “Куполообразная” Характерна для быстрого размножения и быстро погибающей популяции.

3) “Волнообразная” Характерна для популяции, которая быстро восстанавливает свою численность после спада.

4) “Кривая” После спада численности популяций выходит на плато устойчивости.

 

 

51. Биоценоз, структура биоценоза (видовая, пространственная, экологическая)

Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

– система, состоящая из растений, животных и микроорганизмов, приспособленных к определенному совместному проживанию на общей территории.

 

Межвидовые связи, формирующие биоценоз создают определенную структуру биоценоза

Структура подразделяется:

1) Видовую – разнообразие видов в биоценозе и соотношение их численности массы, зависящее от ряда факторов (температура, влажность, пищевые ресурсы и так далее).

Видовой состав зависит от длительности существования биоценоза.

Количественная оценка видового разнообразия – соотношение видов между собой.

Флуктуация численности – колебания численности видов. Они бывают:

· Сезонные (абиотический фактор)

· Годовые (обусловлен абиотическим и биотическим фактором)

В биоценозе учитывается:

1. Количественное соотношение:

a. Наличие доменантных видов

b. Видов-эдификатов. При их удалении разрушается биоценоз

c. Второстепенные виды – малочисленные, но важные

2. Обилие вида – число особей на одну единицу площади.

3. Степень доменирования

4. Размеры организмов

5. Существование консорций – это группы разнообразных организмов, поселяющихся на теле или в теле центрального числа консорций, способного создавать определенную среду. Пример: дерево – центральный член консорций, на котором могут находиться мхи, лишайники, какие-то животные, являющиеся организмами второго, третьего и так далее порядка консорции.

Биоценоз – это система связанных между собой консорций.

Экотон – это переходные зоны между сообществами с большим разнообразием видов.

 

2) Пространственную

Виды в биоценозе в растительном и животном мире образует пространственную структуру, для которой характерны ярусность и мозаичность.

Ярусность – это вертикальное распределение в животном и растительном мире. 5-6 ярусов (в растительном мире пример:

1. Дуб, липа

2. Рябина, яблоня

3. Кустарники

4. Высокие травы

5. Низкие травы)

Благодаря ярусности растения и животные среди них более полно использовать световой поток.

Животный мир в следствие ярусности так же разнообразен, как растительный.

Мозаичность – изменение растительного и животного мира по горизонтали

Естественная мозаичность – разнообразие видов и изменение ландшафтных условий.

Искусственная мозаичность – возникновение новых сообществ результате антропогенного воздействия.

 

Мозаичность и ярусность динамичны.

 

3) Экологическую – определенное соотношение экологических групп организмов характеризующих разные типы биоценозов (пруд, опушка, лес находятся в определенных экологических условиях)

Макроскопическая оценка биоценоза – характеристики экологической, видовой и пространственной структуры.

Микроскопическая оценка биоценоза – расшифровка связей каждого отдельного вида в сообществе.

 

 

52. Межпопуляционные отношения в биоценозе, экологическая ниша.

Типы межвидовых отношений по классификации Беклеменшего прямые и косвенные отношения в определенной экологической нише подразделяются на 4 типа:

1. Трофические

2. Топические

3. Форические

4. Фабрические

 

53. Типы межвидовых отношений (трофические, топические, форические, фабрические)

1. Трофические – связи, в которых один вид поедает другой.

2. Топические – физическое или химическое изменение условий обитания одного вида

3. Форические – распространение одного вида другим.

Зоохория – перенос животными пыльцы семян и спор.

Форезия – перенос животными более мелких животных.

4. Фабрические – использование животными для своих сооружений фабрикаций продуктов выделения, а так же мертвых остатков или выделение живых особей.

Пример: птицы строят гнезда используя пух, перья, шерсть

 

54. Виды взаимодействия (отрицательные, положительные, нейтральные)

Положительное: комменсализм, симбиоз: кооперация и мутуализм

Нейтральное: квартирантство и нахлебничество, нейтрализм

Отрицательное: хищничество и паразитизм, аменсализм, конкуренция

55. Эволюция экосистем, ландшафт, виды ландшафта, ряд природных экосистем.

Ландшафт – природный экологический комплекс, в который входят все основные компоненты, находящиеся в сложной единой системе (климат, воздух, вода)

Бывают по происхождению:

1) Природные

Ряд природных экосистем:

a. Тайга

b. Саванны

c. Тропические леса

d. Пустыни

e. Лесостепи

f. Болота

g. океан

2) Антропогенные

 

56. Цикличность, суточные циклы, сезонная и многолетняя цикличность.

Цикличность – периодические изменения внешних условий и появление внутренних биологических ритмов.

Виды:

1) Суточная – смена факторов в течение суток (температура днем и ночью)

2) Сезонная – явление, при котором на определенный период из биоценоза выпадает группа животный (спячка)

3) Многолетняя – которая проявляется благодаря флуктуации (изменению климата (засуха в течении трех лет способствует появлению саранчи-куколки)

 

57. Сукцессии, первичные и вторичные сукцессии, сукцессионная серия.

Сукцессия – процесс развития экологической экосистемы, то есть последовательная смена биоценозов, возникающая на одной и той же территории под влиянием экологических факторов.

 

Сукцессии:

· Первичная – формирование сообщества на первоначальном субстрате (после оползня или селевых потоков)

· Вторичная – образование биоценоза, как правило, в результате деятельности человека (после вырубки, пожаров)

 

Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. Сукцессии в природе чрезвычайно разномасштабны.

 

58. Круговорот веществ в природе – большой и малый круговорот.

Основных круговорота два

· БОЛЬШОЙ (геологический) – это взаимодействие солнечной энергии и глубинной энергией земли или воды

o Взаимодействие с глубинной энергией земли – в подвижных зонах земной коры (осадочной породы то опускаются, то поднимаются), где переплавляются в магматические породы. Символ – спираль (новый цикл не повторяет старый, а вносит что-то новое).

o Взаимодействие с энергией воды – круговорот между сушей и океаном.

Схема: испарение влаги → конденсация водяного пара → выпадение осадков. Круговорот воды играет основную роль в формировании природных условий на планете.

 

· МАЛЫЙ (биогеохимический) – в отличие от большего совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании неорганических веществ в процессе фотосинтезе и превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Этот круговорот главный, так как является продолжением жизни.

Элементы, которые покидают абиотическую среду и возвращаются через какое-то время обратно, называются биофильные (S, CO₂, N₂)

 

 

59. “Живое вещество”, его функции

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности.

Функции:

1) Газовая – основные газы N₂ (продукт разложения отмершей органинки) и O₂

2) Концентрационная – накопление в теле химических элементов (I, Fe, Ca)

3) Окислительно-восстановительная – организмы обитающие в водоемах создают условие для растворения или осаждения металлов (Mn, Fe, V), а так же неметаллов (S)

4) Биохимическое (рост, развитие, размножение)

5) Биогеохимическое (использование человеком угля, нефти, газа)

 

60. Части биогеохимического круговорота (резервный и обменный фонд)

В круговороте выделяют 2 части:

1) Резервный фонд – масса веществ не связанных с организмом (фосфор – в залежах, в донных растениях)

2) Обменный фонд – прямой обмен биогенным веществом между организмом и средой.