Материал: 1679

Продуктивность экосистем определяется отношением образуемой биомассы (Р) к расходам на дыхание (R) – (P/R). Если это отношение больше единицы, то биомасса увеличивается – наблюдается рост продуктивности; если отношение P/R меньше единицы, то биомасса и продуктивность снижаются. В наиболее стабильных сообществах наблюдается равенство P и R, то есть вся созданная продукция потребляется, ничего не откладывается в почве. Этим объясняется низкая плодородность сельскохозяйственных угодий, разбитых на месте устойчивых экосистем (например, вырубленных тропических лесов). Но в большинстве экосистем Р превышает R, в результате чего большая масса органического вещества откладывается про запас.

Приток в экосистему энергии извне, от различных природных и антропогенных источников, увеличивает продуктивность. Например, высокая продуктивность прибрежных зон объясняется привлечением дополнительной энергии приливов и отливов, продуктивность влажных лесов – энергией дождя и ветра. Высокая продуктивность сельскохозяйственных угодий поддерживается за счет затрат энергии на обработку земель, удобрение, орошение, борьбу с вредителями. Наоборот, утечка энергии в связи с неблагоприятными условиями, загрязнением и т.д. уменьшает продуктивность.

3.7. Энергетические типы экосистем

Все экосистемы, в зависимости от вида используемой энергии, можно разделить на следующие типы.

1-й тип. Экосистемы, для которых основным источником энергии является Солнце. Эти экосистемы имеют низкую продуктивность: не более 10 000 ккал/м2·год. Примерами таких систем являются открытый океан, горные массивы и другие системы, вместе занимающие большую часть поверхности Земли. Данные экосистемы играют важную роль в биосфере Земли, обеспечивая ее устойчивость и в значительной мере формируя климат планеты.

2-й тип. Экосистемы, в которых источниками энергии, кроме Солнца, являются некоторые другие природные объекты. Источником дополнительной энергии в этом случае может быть энергия приливов, отливов, океанских течений и т.д. Избыток органического вещества в таких системах может откладываться, образуя запас питательных веществ. Поэтому такие системы обладают значительной продуктивностью: 10 000 – 40 000ккал/м2·год. Примером являются прибрежные воды морей и океанов, коралловые рифы, заливные луга.

З-й тип. Экосистемы, получающие энергию от Солнца и антропогенных источников (механизмов, топлива, мышечной энергии человека). Обладают значительной продуктивностью: около 50 000ккал/м2·год. Примерами таких экосистем могут служить созданные человеком наземные и водные агроэкосистемы. В отличие от природных экосистем 2- го типа вся энергия в таких системах тратится на некоторые виды живых организмов, нужные человеку, что снижает биологическое разнообразие экосистем и, следовательно, уменьшает их стабильность.

4-й тип. Экосистемы, основным источником энергии для которых является топливо. Это полностью искусственные экосистемы (например, индустриальные города), которые практически не вырабатывают органического вещества под воздействием энергии Солнца, все необходимые продукты и материалы ввозятся в такие системы извне. Но в этих экосистемах потребляется очень большое количество дополнительной энергии – порядка нескольких миллионов ккал на 1 м2 в год (в Нью-Йорке – 4,8·106 ккал/м2·год, Токио – 3·106, Москве – около 106). Эта энергия в основном идет на поддержание городского хозяйства (транспорта, промышленности, обеспечения жилищ). При этом расход топлива на человека в 80 раз превышает количество, необходимое просто для поддержания жизнедеятельности организма. Поэтому сосредоточение большого количества людей в городах во многом обуславливает истощение мировых запасов некоторых видов топлива. С этой точки зрения целесообразно применять в городах источники альтернативной энергетики, например, использовать энергию Солнца для обогрева жилищ, энергию ветра – для производства электроэнергии и т.п. Это позволит повысить устойчивость городских экосистем.

В своей истории человечество прошло все четыре типа экосистем: 1-й тип был характерен для первобытнообщинного общества, 2-й – для древних цивилизаций, постепенно человечество пришло к экосистемам 3- го и 4-го типов. Их основной недостаток – быстрое использование ресурсов биосферы, а также образование большого количества отходов.

4.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

4.1.Классификация экологических факторов

Известно, что экология изучает взаимодействие живых организмов с окружающей средой. С точки зрения экологии среда – это все природные явления, с которыми взаимодействует организм. Действие среды складывается из множества экологических факторов.

Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы.

Существует очень много экологических факторов, влияющих на живые организмы, которые принято классифицировать по их природе, способу воздействия, степени периодичности.

1.В зависимости от их природы экологические факторы делятся на абиотические и биотические.

Абиотическими называют совокупность факторов, характеризующих воздействие неживой природы на живые организмы, биотическими – воздействие живой природы на другие организмы и на окружающую среду.

2.По способу воздействия выделяют прямые и косвенные экологические факторы.

Прямые – связаны с непосредственным воздействием на живые организмы (например, солнечное излучение прямо воздействует на растения, обуславливая процесс фотосинтеза). Косвенные характеризуют опосредованное воздействие. Например, растения изменяют влажность воздуха, тем самым влияя на другие живые организмы). Еще одним примером косвенного воздействия является аллелопатия – взаимодействие организмов путем выделения особых химических веществ в окружающую среду. Чаще всего аллелопатия наблюдается у растений. При этом растения с высокой способностью к аллелопатии могут вытеснять другие виды. Так, многие сорняки выделяют вещества, задерживающие рост культурных растений. Многие цветы выделяют сильнопахнущие вещества

–терпены, отрицательно влияющие на близлежащую растительность.

3.По степени периодичности экологические факторы делятся на две группы: периодические и непериодические. Первые связаны с периодичными процессами в окружающей среде (с вращением Земли, со сменой времен года и суточной освещенности), они действуют на протяжении значительного этапа жизни организма.

Непериодические факторы часто воздействуют катастрофически (примером могут служить шквальные ветры, наводнения, антропогенные воздействия). В этом случае организм часто не успевает выработать защитных реакций.

Выделяют следующие группы абиотических факторов (факторов неживой природы): климатические, эдафогенные (почвенные), орографические и химические.

I. Климатические факторы: к ним относятся солнечное излучение, температура, давление, ветер и некоторые другие воздействия среды.

1) Солнечное излучение является мощным экологическим фактором. Оно распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн, из которых 48 % приходится на видимую часть спектра, 45 % – на инфра-

процессов (скорости размножения и развития, количества потреб-ляемой

требует 100 суток, а при +26 С – всего 10 суток.

Но дальнейшее увеличение температуры ведет к резкому снижению параметров жизнедеятельности и гибели организма.

В воде диапазон колебаний температур меньше, чем на суше. Поэтому водные организмы меньше приспособлены к изменениям температуры, чем наземные.

Температура часто обуславливает зональность в наземных и водных биогеоценозах.

3)Влажность окружающей среды – важный экологический фактор. Большинство живых организмов на 70–80 % состоят из воды – вещества, необходимого для существования протоплазмы. Влажность местности определяется влажностью атмосферного воздуха, количеством осадков, площадью водных запасов.

Влажность воздуха зависит от температуры: чем она выше, тем обычно больше водяных паров содержится в воздухе. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы. Осадки представляют собой результат конденсации водяных паров. В зоне умеренного климата распределение осадков по времени года более-менее равномерное, в тропиках и субтропиках – неравномерное. Доступный запас поверхностных вод зависит от подземных источников и количества осадков.

Взаимодействие температуры и влажности формирует два климата: морской и континентальный.

4)Давление – еще один климатический фактор, важный для всех живых организмов. На Земле есть области с постоянно высоким или низким давлением. Перепады давления связаны с неодинаковым нагревом земной поверхности.

5)Ветер – направленное движение воздушных масс, являющееся следствием перепада давлений. Ветровой поток направлен из зоны с большим давлением в зону с меньшим давлением. Он влияет на температурный режим, влажность и перемещение примесей в воздухе.

6)Лунные ритмы обуславливают приливы и отливы, к которым приспособлены морские животные. Они используют приливы и отливы для многих жизненных процессов: перемещения, размножения и т.д.

II. Эдафогенные факторы определяют различные характеристики почвы. Почва играет важную роль в наземных экосистемах – роль накопителя и резерва ресурсов. На состав и свойства почв сильно влияют климат, растительность и микроорганизмы. Степные почвы более плодородны, чем лесные, так как травы недолговечны и ежегодно в почву поступает большое количество органического вещества, которое быстро разлагается. Экосистемы, не имеющие почв, обычно очень неустойчивы.