Животный мир Скалистых гор (2). На вершине

 Посмотрите видео

Животный мир Скалистых гор (2). На вершине

Дикая природа России: Кавказские горы | Документальный фильм National Geographic

 Просмотрите видео

Дикая природа России: Кавказские горы | Документальный фильм National Geographic

Дискуссия . Горные экосистемы (на примере Кавказа).

 Дискуссия . Горные экосистемы (на примере Кавказа).

Критерии оценки:

- оценка «отлично» выставляется студенту, если  он имеет четкое представление о сути обсуждаемой дискуссионной проблемы, аргументировано обосновывает свою позицию, опираясь на научные источники; демонстрирует четкое владение понятийным аппаратом дисциплины, грамотно и уверенно отвечает на поставленные вопросы, демонстрирует отличные ораторские способности - 86-100 баллов;

- оценка «хорошо» выставляется студенту, если он имеет представление о сути обсуждаемой дискуссионной проблемы, владеет аргументами при обосновании своей позиции, опираясь на научные источники; демонстрирует хорошее владение понятийным аппаратом дисциплины, четко и уверенно отвечает на большинство поставленных вопросов, демонстрирует хорошие ораторские способности - 66-85 баллов;

- оценка «удовлетворительно» выставляется студенту, если он имеет общее представление о сути обсуждаемой дискуссионной проблемы, в целом владеет аргументами при обосновании своей позиции, но испытывает затруднения при  аргументации некоторых опорных точек, не совсем четко и уверенно отвечает на поставленные вопросы, демонстрирует неплохие ораторские способности - 51-65 баллов;

- оценка «неудовлетворительно» выставляется студенту, если он не имеет представления о сути обсуждаемой дискуссионной проблемы, не владеет аргументами при обосновании своей позиции, не отвечает на поставленные вопросы, не владеет понятийным аппаратом дисциплины - 0-50 баллов;

- оценка «зачтено» выставляется студенту, если  он имеет представление о сути обсуждаемой дискуссионной проблемы, владеет аргументами при обосновании своей позиции, опираясь на научные источники, демонстрирует хорошее владение понятийным аппаратом дисциплины, четко и уверенно отвечает на большинство поставленных вопросов, демонстрирует хорошие ораторские способности - 51-100 баллов;

- оценка «не зачтено» выставляется студенту, если он не имеет представления о сути обсуждаемой дискуссионной проблемы, не владеет аргументами при обосновании своей позиции, не отвечает на поставленные вопросы, не владеет понятийным аппаратом дисциплины - 0-50 баллов.

Лекция 4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ. ПЕРВИЧНАЯ И ВТОРИЧНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ.

 

Лекция 4.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ. ПЕРВИЧНАЯ И ВТОРИЧНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ.

 

Жизнь в экосистеме поддерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое вещество энергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому; при этом происходит постоянное превращение энергии из одних форм в другие. Кроме того, при превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла.

Весь запас энергии сосредоточен в массе органического вещества – биомассе, поэтому интенсивность образования и разру­шения органического вещества на каждом из уровней определяется прохождением энергии через экосистему (биомассу всегда можно выразить в единицах энергии).

Скорость образования органического вещества называют продуктивностью. Различают первичную и вторичную продуктивность.

Энергия поступает в живую составляющую экосистемы через продуценты. Скорость накопления энергии продуцентами в форме органического вещества, которое может быть использовано в пищу, называется первичной продуктивностью. Этим показателем опре­деляется общий поток энергии через живую составляющую экосистемы, а значит, и количество (биомасса) живых организмов, которые могут существовать за ее счет в экосистеме.

В первичной продуктивности различают валовую и чистую продуктивность. Валовая первичная продуктивность – это скорость, с которой растения накапливают химическую энергию при фотосинтезе. Часть ее – около 20 % – они тратят на дыхание – поддержание собственной жизнедеятельности, которая затем в виде теплоты выделяется в окружающую среду и теряется для экоси­стемы. Скорость накопления органического вещества продуцентами за вычетом расхода на дыхание называется чистой первичной продуктивностью. Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней.

Скорость накопления органического вещества на уровнях консументов называется вторичной продуктивностью. Это энергия, которую могут использовать консументы следующего трофического уровня.

При этом с повышением трофического уровня его биомасса снижается, так как, во-первых, если фитофаги будут потреблять больше биомассы, чем ее производят продуценты, что например, имеет место при избыточном выпасе, то популяция продуцентов, в конце концов, исчезнет; во-вторых, существенная доля потребляемой консументами биомассы не усваивается и возвращается в эко­систему в виде экскрементов, а из той, что усваивается, лишь несколько процентов идет на создание биомассы. Таким образом, в естественных экосистемах на высших трофических уровнях не может быть большой биомассы. Именно как нарушение этого закона следует рассматривать демографический взрыв популяции человека на планете Земля или фрагменты фантастических филь­мов, когда по безжизненной каменной поверхности космического объекта бродят громадные чудовища.

В результате последовательности превращений энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую структуру. Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанных на единицу площади в единицу времени. Графически трофическую структуру сообщества представляют в виде пирамиды. Основанием пирамиды служит первый трофический уровень – уровень продуцентов, а последующие уровни образуют следующие этажи пирамиды. При этом высота всех блоков-этажей – одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне.

В зависимости от того, количественное соотношение каких величин отражает пирамида, она называется пирамидой чисел, биомасс или энергий. Такие пирамиды-соотношения используются в практических расчетах при обосновании, например, необходи­мых площадей под сельскохозяйственные культуры с тем, чтобы обеспечить кормами выращиваемое поголовье скота и далее реа­лизовать определенный объем мясной продукции, выручив за это материальные средства.

Есть конкретные расчеты, показывающие, что для образования 1 кг говядины необходимо 70-90 кг свежей травы. Ясно, что такие расчеты приближенны и пригодны в основном для ис­кусственно создаваемых трофических систем, например, агросистем, где звеньев трофической цепи мало, связи между ними просты, а процесс регулируется человеком.

В любой экосистеме происходит образование биомассы и ее разрушение, причем эти процессы всецело определяются жизнью низшего трофического уровня – продуцентами. Все остальные организмы только потребляют уже созданное растениями органиче­ское вещество и, следовательно, общая продуктивность экосистемы от них не зависит.

В зеленых тканях растений осуществляется два параллельных, но противоположных процесса - фотосинтез и дыхание. При фотосинтезе вещество создается, энергия накапливается, а при дыхании часть накопленных веществ и энергии расходуется. Поэтому дыхание рассматривается как некоторая мера энергии, выносимой из сообщества, в то время как увеличение биомассы и есть продуктивность.

Теперь понятно, что если в экосистеме процессы накопления вещества преобладают над процессами дыхания, то есть отноше­ние продуцируемой массы П к расходам на дыхание Д больше единицы (П/Д > 1), то суммарная биомасса в ней нарастает. Если же в процессе дыхания или потребления последующими звеньями пищевой цепи расходуется больше вещества, чем создается растениями (П/Д < 1), то запасы биомассы убывают. При равенстве биомассы, продуцируемой растениями в процессе фотосинтеза и убывающей за счет дыхания тех же растений или расходования последующими уровнями (П/Д = 1), объем биомассы в ней остается примерно постоянным.

В водных экосистемах толща воды сильнее препятствует проникновению солнечных лучей, чем атмосферный воздух. Естественно, водные организмы приспособились к тому, чтобы использовать то количество света, которое реально поступает на ту или иную глубину для накопления органического вещества. Однако по мере увеличения глубины процессы фотосинтеза ослабляются и постепенно уравниваются с процессами дыхания. Та зона, в пределах которой растения еще способны увеличивать биомассу, называется эвфотической.

Высокие скорости продуцирования биомассы наблюдаются в естественных и искусственных экосистемах гам, где благоприятны абиотические факторы, и особенно при поступлении дополнительной энергии извне, что уменьшает собственные затраты системы на поддержание жизнедеятельности. Такая дополнительная энергия может поступать в разной форме: например, на возделываемом поле – в форме энергии ископаемого топлива и работы, совершаемой человеком или животным.

Оценивая продуктивность экосистемы, зависящую от соотношения П/Д, необходимо учитывать как утечки энергии, связанные со сбором урожая, загрязнением среды, неблагоприятными климатическими условиями и с другими типами стрессовых воздействий, способствующих отведению энергии от процесса продукции – увеличению Д, так и поступления энергии, которые увеличивают продуктивность П, компенсируя потери тепла при дыхании – при «откачивании неупорядоченности», необходимом для поддержания биологической структуры.

Лекция 3. ЭНЕРГЕТИКА ЭКОСИСТЕМ. ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ.

 

Лекция 3.

ЭНЕРГЕТИКА ЭКОСИСТЕМ. ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ.

 

Энергия - способность производить работу или теплообмен между двумя объектами, обладающими разной температурой. Энергия – основа «работы» любой экосистемы, в которой происходят синтез и многократные преобразования веществ.

Основным источником энергии является Солнце. Энергия Солнца распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее достигает Земли. Любое природное явление, происходящее на Земле, прямо или косвенно имеет своим первоисточником Солнце. Солнечная постоянная – это среднее количество энергии, приходящей от Солнца во всех диапазонах электромагнитных волн за 1 с на территорию площадью 1 м² (сориентированную на Солнце). Электромагнитное излучение Солнца содержит широкий спектр волн разной длины и включает ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное и радиоволновое излучение.

Общий баланс солнечной энергии на Земле таков:

Приход -  100%

Расход: 

прямо превращается в тепло - 46%

отражается 30%

затрачивается на испарение - 23%

затрачивается на фотосинтез - 0,8%

затрачивается на образование волн, течений, ветра и т. п. - 0,2%

Вся жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет - единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге, растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам.

Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую, или трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов к гетеротрофам, консументам и так четыре - шесть раз с одного трофического уровня на другой.

Трофический уровень - это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные - консументы. Второй трофический уровень - это растительноядные консументы; третий - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый - консументы, потребляющие других плотоядных и т. д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т. д. порядков

Трофическая (пищевая) цепь – это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, через живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная ее часть рассеивается в виде низкотемпературной тепловой энергии.

Различают два типа пищевых цепей: пастбищные (автотрофные), в которых в качестве первого звена выступают растения (трава – корова – человек; трава – заяц – лисица; фитопланктон – зоопланктон – окунь – щука и др.), и детритные (гетеротрофные), в которых первое звено представлено мертвым органическим веществом, служащим пищей детритофагам (опавший лист – дождевой червь – скворец – сокол). Количество звеньев в пищевых цепях может быть от одного–двух до пяти–шести. Пищевые цепи в водных экосистемах, как правило, более длинные, чем в наземных.

Поскольку большинство организмов могут использовать в пищу организмы разных видов, то в реальных экосистемах функционируют не пищевые цепи, а пищевые сети. К примеру, тли поедаются личинками и жуками божьих коровок, пауками, личинками мух-сирфид и даже насекомоядными птицами. Дуб является пищей для сотен членистоногих, нематод, паразитических грибов и т.д. Его желудями питаются птицы и мелкие млекопитающие. Хищники могут от преследования особей одной популяции при ее истощении переключаться на поедание организмов из популяций других видов. Так, исследования энтомологов показали, что число специализированных фитофагов (причем не только в умеренной полосе, но и в тропических лесах) сравнительно невелико и преобладают насекомые с широкой диетой. Это не исключает наличия некоторого количества монофагов, специализированных на поедании лишь отдельные органов (завязей, плодов, листьев и др.) растений одного вида. Формирование пищевых сетей – один из важных факторов повышения устойчивости экосистем.

Эффективность передачи энергии по пищевой цепи зависит от двух показателей:

1) полноты выедания (доли организмов предшествующего трофического уровня, которые были съедены живыми);

2) эффективности усвоения энергии (удельной доли энергии, которая перешла на следующий трофический уровень в пересчете на каждую единицу съеденной биомассы).

Полнота выедания и эффективность усвоения энергии воз[1]растают с повышением трофического уровня и меняются в зависимости от типа экосистемы. Так, в лесной экосистеме фитофаги потребляют менее 10% продукции растений (остальное достается детритофагам), а в степи – до 30%. В водных экосистемах выедание фитопланктона растительноядным зоопланктоном еще выше – до 40%. Этим объясняются основные краски Земли на космических снимках: леса зеленые именно потому, что фитофаги съедают мало фитомассы, а океан голубой, оттого что фитофаги выедают достаточно много фитопланктона.

С повышением трофического уровня полнота выедания еще более возрастает, хищники высших порядков выедают до 90% своих жертв, поэтому доля животных, которым удается дожить до естественной смерти, очень невелика. В водных экосистемах, к примеру, в детрит переходит 100% биомассы хищных рыб (их есть некому, и плотность популяции контролируют только пара[1]зиты), но лишь 1/4 часть биомассы планктоноядных рыб, которые умерли «своей смертью». Этот детрит опускается на дно. Часть его поедается детритофагами бенотоса, а остальная – попадает в донные осадки (сапропель). Доля детрита, поступающего в осадки, тем больше, чем выше продуктивность водной экосистемы.

Графическим изображением продуктивности различных трофических уровней являются экологические пирамиды.

Различают следующие виды экологических пирамид:

– пирамиды чисел (численностей) – отображение числа особей на каждом трофическом уровне;

– пирамиды биомасс – отображение величины биомассы живых организмов на каждом трофическом уровне;

– пирамиды энергии – отображение количества энергии, запасенной на каждом трофическом уровне.

 

Литература:

Миркин Б. М., Наумова Л. Г.  Краткий курс общей экологии. Часть II: Экология экосистем и биосферы: Учебник. – Уфа: Изд-во БГПУ, 2011. – 180 с.

Третьякова, Н.А. Основы общей и прикладной экологии : учеб. пособие, Екатеринбург: Изд‑во Урал. ун‑та, 2015. - 112 с