Наземные фотоавтотрофные экосистемы

Основы общей экологии

Наземные фотоавтотрофные экосистемы
sh: 1: –format=html: not found

На рубеже тысячелетий слово «экология» превратилось в одно из самых расхожих клише, которым стали пользоваться не только ученые, но и экономисты, политики и даже домохозяйки.

Если с самого начала признать неправомочность использования этого клише для обозначения состояния окружающей среды («плохая экология», «хорошая экология»), то все равно им будут обозначаться многие науки, в той или иной мере связанные с изучением отношений организмов и окружающей среды.

В момент своего официального рождения в середине XIX столетия экология была биологической наукой. «Придумавший» экологию Э.

Геккель определил ее объем следующим образом: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Они частично органической, частично неорганической природы; но как те, так и другие …

имеют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают их приспосабливаться к среде… Каждый организм имеет среди остальных своих друзей и врагов, таких, которые способствуют его существованию, и тех, что ему вредят.

Организмы, которые служат пищей остальным или паразитируют в них, во всяком случае относятся к данной категории органических условий существования» (Haeckel, 1866; цит. по: Шилов, 1998, с. 6).

К концу XX века экология утеряла первоначальный «биологический» объем и разрослась в широкий междисциплинарный комплекс из многих наук. Большая часть наук этого комплекса изучает последствия влияния на окружающую среду всего одного биологического вида – Homo sapiens (Человек разумный).

Разнообразие форм и масштабы его влияния на природу не имеют прецедентов и создали реальные предпосылки для самоуничтожения Человека в результате истощения ресурсов и загрязнения среды обитания. Осознание этой ужасной перспективы отодвинуло на второй, и даже третий, план изучение взаимоотношений всех других видов и условий среды их обитания.

Экологи стали лихорадочно искать пути предотвращения надвигающегося экологического кризиса.

Как итог на книжных прилавках появилось море учебной литературы по различным аспектам прикладной (о рациональном природопользовании и охране природы) и социальной (об отношениях общества и природы) экологии, а интерес к центральной науке комплекса – общей (биологической) экологии – резко спал.

И это несмотря на то, что общая экология служит теоретическим фундаментом для разработки системы урегулирования отношений человека и окружающей среды и этот предмет входит в состав учебных планов подготовки студентов-биологов и географов университетов и педагогических институтов, преподается студентам многих специальностей сельскохозяйственных и медицинских вузов.

Учебной литературы по общей экологии для высших учебных заведений, опубликованной за последние десять лет, мало. Это учебник Н.М. Черновой и А.М.

Быловой «Экология» (1991) для студентов педагогических институтов, учебное пособие А.М. Гилярова «Популяционная экология» (1990) для студентов университетов и учебник И.А.

Шилова «Экология» (1998) «для студентов биологических и медицинских факультетов и специальностей высших учебных заведений».

Из числа зарубежных учебников, переведенных на русский язык, нельзя не отметить современный и очень полный (но очевидно избыточный для студента-биолога, если он не специализируется по общей экологии) двухтомник М. Бигона с соавторами «Экология: особи, популяции, сообщества» (1989). В оригинале этот учебник выдержал 5 изданий.

Авторы поставили задачу заполнить возникший вакуум учебной литературы по общей экологии и написать учебник достаточно полный по кругу обсуждаемых вопросов, лаконичный и популярный по стилю изложения. Учебник задуман как составная часть учебно-методического обеспечения общебиологического образования и ориентирован на студентов-биологов, географов, «аграрников» и медиков.

Вопросы социальной и прикладной экологии в учебнике не рассматриваются.

Тем не менее, в соответствии с широким пониманием экосистемы (как совокупности организмов и условий среды их обитания, вне зависимости от того, естественна ли она или создана человеком, обладает она способностью к саморегуляции состава и структуры или нет), в учебнике в самом общем плане рассматриваются и экосистемы, созданные человеком (городские, сельскохозяйственные).

В соответствии с традиционной структурой экологии главы книги объединены в три части: аутэкологию (экологию видов, включая характеристику факторов среды их обитания, главы 2–6), экологию популяций (главы 7–8) и экологию экосистем (включая биосферу как самую большую экосистему, главы 9–12). Основному содержанию предпослана глава 1, в которой дан краткий исторический очерк экологии.

По остроумной классификации в.Н. Тутубалина (Тутубалин и др., 2000) экологи разделяются на «пророков», «апостолов» и «приходских священников».

В соответствии с этим «табелем о рангах» авторы относят себя к «приходским священникам»: они «читают проповеди прихожанам», то есть преподают экологию студентам.

В основу учебника положены не оригинальные концепции, а целенаправленно выполненные компиляции трудов экологических «апостолов» и «пророков».

Авторы благодарят редактора учебника члена-корреспондента РАН Г.С. Розенберга и рецензента профессора А.Д. Булохова. Особую благодарность они выражают профессору А.М. Гилярову, который неоднократно консультировал авторов при написании учебника и очень помог им своей рецензией со скрупулезным анализом рукописи.

Глава 1. Краткий очерк истории экологии

Обычная житейская ситуация – сначала ребенок рождается, потом ему дают имя – многократно повторялась и в истории развития знания: большинство наук обретало свое лицо до того, как получало имя. Это относится и к экологии. Если ее «имя» появилось около полутора веков назад благодаря Э.Геккелю (1866), то рождение экологических идей датируется значительно более ранним временем.

Круг вопросов, очерченных Геккелем, интересовал любого пользователя природой, так как жизнь консумента-человека была невозможна без растений и животных. И потому даже до начала цивилизации человек не мог не интересоваться тем, в каких условиях обитают интересующие его ресурсные виды живых организмов.

Первые сведения об экологических представлениях человека датируются теми же годами, что и появление письменности (Розенберг и др., 1999).

Зачатки будущей науки содержались в самых ранних письменных памятниках культуры древности – в египетских «текстах пирамид» (XXV–XX вв. до н.э.), в Аккадской мифологии Вавилона (XXII–XVIII вв. до н.э.), в индийских эпических поэмах «Махабхарата» и «Рамаяна» (VI–IV вв.

до н.э.). Первыми экологами Г.С. Розенберг считает древнегреческих поэтов и философов – Гомера, Фалеса, Эмпедокла, Гиппократа, Демокрита, Платона, Аристотеля, Теофраста и римских прагматиков – Варрона, Сенеку, Плиния Старшего и многих других.

В особенности велик вклад «отца ботаники» Теофраста, который стоял у истоков учения об адаптивных типах растений (жизненных формах) и о географической зональности.

К первым экологам периода Возрождения, который наступил после длительной «средневековой научной пустыни», Г.С. Розенберг отнес всех значительных естествоиспытателей и философов – Леонардо да Винчи, Ф. Бэкона, Р. Бойля, Х. Менцеля, Ф. Реди, Дж. Рея.

Однако все перечисленные философы и естествоиспытатели представляют младенческий период науки, о более или менее серьезном вкладе в ее развитие можно говорить, лишь анализируя научное наследие XVIII–XIX вв.

С этого времени начинается развитие экологии, которое можно разделить на три периода.

XVIII–XIX вв. были временем появления тех ростков экологии, которые пышно расцвели в следующем столетии.

В эти годы формируются представления об адаптациях (приспособлениях) организмов к условиям среды, зарождаются идеи популяционной экологии и представления о биогенном круговороте веществ (экосистемный подход).

Зарождение экологии связано с рядом крупных исторических фигур, которые создали предпосылки для ее расцвета в ХХ в.

К. Линней (1707–1778). Великий натуралист, посвятивший свою жизнь идее создания системы знаний о разнообразии живых организмов.

При описании видов Линней указывал их связь с условиями среды и сведения о распространении, то есть был одним из первых аутэкологов.

В работах Линнея упоминаются растительные сообщества, которые позднее будут использоваться как маркеры границ экосистем.

Линней развивал представления об «экономии природы». Он считал, что в природе существует

Источник: http://booksonline.com.ua/view.php?book=134756&page=39

Наземные фотоавтотрофные экосистемы: Естественные экосистемы занимают около 60% площади суши и почти все

Наземные фотоавтотрофные экосистемы

Естественные экосистемы занимают около 60% площади суши и почти все морские и пресноводные акватории. Остальная часть суши – антропогенные экосистемы, рассматриваемые ниже. Незначительную площадь акваторий занимают антропогенные экосистемы аквакультуры (разведение рыб, моллюсков, морских водорослей).

Эти экосистемы формируются сразу в двух средах жизни – наземно-воздушной и почвенной. В наземно-воздушной среде осуществляется фотосинтез, а в почвенной – расположен пул питательных элементов и воды, которые поступают в надземную часть экосистемы через корни растений.

В почве расположен также и запас детрита – гумуса и осуществляется рециклинг минеральных веществ: детрит разрушается редуцентами до простых соединений, которые многократно используются растениями, в атмосферу возвращаются диоксид углерода и азот.

Рециклинг воды и кислорода происходит в основном в надземной части экосистемы в процессе фотосинтеза и испарения воды растениями. Часть воды испаряется непосредственно с поверхности почвы и покидает экосистему с надземным и подземным стоками. Наземно-воздушная среда несравненно более разнообразна, чем другие среды жизни (см. 3.

2), и потому именно с сушей связано наибольшее разнообразие типов экосистем. В зависимости от особенностей климата (определяется географической широтой и удаленностью от океана) и рельефа (высота над уровнем моря, экспозиция склона) формируются экосистемы разных биомов (см. 13.1.6).

У всех наземных экосистем есть общие черты: – биота имеет очень высокое таксономическое разнообразие как в отдельных экосистемах, так и во всей их совокупности; блок продуцентов представлен в первую очередь сосудистыми растениями – цветковыми, голосеменными, реже папоротниками, хвощами и плаунами.

В некоторых экосистемах (тундра, тайга) большую роль играют мхи и лишайники. Вклад водорослей незначителен. В некоторых экосистемах экстремальных условий (первые стадии развития экосистем после таяния ледников) большую роль играют цианобактерии.

Консументы представлены широким спектром таксонов – от млекопитающих и птиц до простейших, населяющих почву. В составе редуцентов – бактерии и грибы; пищевые цепи укорочены и имеют не более четырех звеньев. Преобладают детритные пищевые цепи, по пастбищным цепям протекает не более 30% вещества и энергии.

Запас биомассы убывает с повышением трофического уровня; круговорот веществ замедленный и происходит в масштабе от нескольких лет до десятилетий, в большинстве экосистем накапливается детрит. Тем не менее, количественные характеристики этих параметров значительно различаются у разных экосистем. Проиллюстрируем это на примере экосистем широколиственных лесов, степей и тундр (табл. 19). Таблица 19

Сравнение некоторых функциональных параметров экосистем широколиственных лесов, степей и тундр (по Мордковичу, 2005, с дополнениями)

ПараметрТип экосистемы
широколиственный лесстепьтундра
Условия среды
Среднегодовое количество осадков, мм600400200
Среднегодовая температура0оС+5оС-10оС
Продолжительность вегетационного периода, дни15020090
Функциональные параметры
ПБП, г/м2/год10001200150
Живая фитомасса, г/м250 00035001500
Мертвая фитомасса (детрит)10005002000
Отношение ПБП/запас живой фитомассы1:501:41:10
Отношение надземной фитомассы к подземной3:11:101:1
Отношение живой фитомассы к мертвой50:17:11:1,5
Вклад пастбищных пищевых цепейМенее 10%30%5-15%
Время круговорота веществ, годыБолее 100250

Величина первичной биологической продукции (ПБП) у лесной и степной экосистем сходная, но в тундре она на порядок ниже вследствие холодного климата. Еще более существенно различается запас живой фитомассы. Он особенно велик в лесной экосистеме за счет древесины стволов, умеренно высок в степи за счет многолетних корней. В тундре он меньше и формируется за счет многолетних одревесневших побегов кустарничков. Запас детрита в лесу умеренный (учитывается только «быстрый» детрит – опад листьев и небольших веточек, фитомасса стволов не учитывается), а в тундре, где процесс его разрушения замедленный, максимальный. Меньше всего детрита в степи, где его не только активно разрушают сапротрофы, но и поедают фитофаги в зимний период и во время летней засухи. Наглядны аллометрические показатели функционирования экосистем, которые показывают отношение одного параметра к другому. Отношение ПБП к запасу биомассы максимально в лесу и минимально в степи. Тундра занимает промежуточное положение, так как значительную часть фитомассы составляют одревесневшие побеги и многолетние листья. В составе фитомассы степи преобладают корни (говорят, что степь «закопана в почву» и является «лесом вверх ногами»), в лесу – надземная фитомасса, в тундре эти показатели равны. Отношение живой фитомассы к мертвой максимальное значение имеет в лесу, хотя и в степи за счет многолетних корней живой фитомассы больше, чем мертвой. В тундре в силу уже отмеченной замедленности процесса разложения детрита его накапливается больше, чем имеется живой фитомассы. Вклад пастбищных пищевых цепей минимален в лесу и максимален в степи, где выедается почти вся надземная фитомасса. В разных тундровых экосистемах доля биомассы, выедаемой фитофагами (леммингами, оленями и др.) в живом состоянии, меняется в пределах 5-15%. Скорость круговорота веществ наибольшая в экосистеме степи и наименьшая в экосистеме леса, хотя «быстрый» детрит разрушается за 5-10 лет. В таблицу 19 не включены характеристики других наземных экосистем, таких, как тропическое леса и пустынми. В тропических лесах при самой высокой ПБП (2000 г/м2/год) запас детрита ничтожно мал, так как мертвое вещество вовлекается в быстрый круговорот продолжительностью менее одного года. В пустынях с крайне низкой ПБП (50-100 г/м /год) величина подземной биомассы в 100 раз больше надземной, круговрот замедленный и достигает 100 лет.

Контрольные вопросы Перечислите основные типы наземных фототрофных экосистем. Какие общие черты характерны для этих экосистем? Чем различаются экосистемы леса и степи? Чем различаются экосистемы степи и тундры? 

Источник: https://bookucheba.com/uchebniki-ekologii_1295/nazemnyie-fotoavtotrofnyie-ekosistemyi-64389.html

Book for ucheba
Добавить комментарий