Презентація на тему:
Екосистема

РОЗПОЧИНАЄМО ЛЕКЦІЮ! Я СКАЗАВ!!! - “СЛУХАТИ!!!

Основна мета модуля - формування поняття про матеріально-енергетичну єдність та цілісність природного середовища (організмів та неорганічних компонентів середовища їх існування), механізми підтримання енергетичної стабільності, екологічної стійкості та розвиток екосистем як елементарних функціональних одиниць біосфери. МОДУЛЬ 5. I. Екосистема.

При вивченні теми необхідно набуття таких компетентностей: 1. Екосистема як елементарна функціональна екологічна одиниця структури природного середовища. Матерально-енергетичні зв’язки як основа життя. Функціональна єдність продуцентів, консументів, редуцентів. 2.Потік речовин та енергії в екосистемі. 4. Динаміка екосистем. Циклічність та поступальність розвитку екосистем. Теорія сукцесії. Термодинамічне трактування потоку енергії. Трофічні ланцюги та їх матеріальний і енергетичний баланс. 3. Продуктивність екосистем. Первинна, вторинна та валова продукція екосистем. Визначення продуктивності екосистем. Розподіл біологічної продукції.

ЛІТЕРАТУРА 1. Чернова Н.М. Билова А.М. Екологія: Посібник для студентів біол. спец. пед. ін-тів. – К.: Освіта, 1988. -272 с. 2. Кучерявий В.П. Екологія. – Львів:Світ, 2000. – 499 с. 3. Одум Ю. Экология: в 2 т.-М.: Мир, 1986. – Т.1, 2.- 326с., 378 с. 4. Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека. (Экологические системы и биосфера), пер. с франц., [2 изд.].- М., 1973.

Екосистема (від грец. оikos — житло, місцеперебування і система) - природний комплекс, утворений сукупністю організмів і неорганічними компонентами середовища їх існування (атмосфера, грунт, вода і  т.п.), в якому здійснюється колообіг речовин, підтримується постійність функціонування і продукування речовини та енергії.

- гниючий пень в лісі, з тими, що живуть на ньому і в ньому організмами і умовами заселеного простору. - ставок з рослинами, що мешкають в ньому, рибами, безхребетними тваринами, мікроорганізмами, донними відкладеннями, з характерними для нього змінами температури, кількості розчиненого у воді кисню, складу води і  т.п.; - ліс з лісовою підстилкою, грунтом, мікроорганізмами, з населяючими його птахами, травоїдними і хижими ссавцями, з характерним для нього розподілом температури і вологості повітря, світла, грунтових вод і ін. чинників середовища, з властивим йому обміном речовин і енергії; Приклади Екосистем: Великі макороекосистеми, як зона хвойних лісів, степова зона, тундра, пустеля, мангрові зарості, кораловий риф і ін., позначають терміном «біом». Всі реальні екосистеми, в сукупності складають біосферу Землі.

Термін «Екосистема» запропонував в 1935 англійський ботанік А. Тенслі (A. Tansley). У 1944 В. М. Сукачев став користуватися стосовно наземних живих систем терміном “біогеоценоз”, не вважаючи його тотожним терміну “екосистема”. “Екосистема” – система колообігу речовин будь-якого рангу (функціональний підхід). “Біогеоценоз” – територіальне поняття, віднесене до певної ділянки суші (географічний підхід). Біогеоценологія зародилася в надрах ботаніки і спрямована на вивчення природніх угруповань організмів у фітоценозі в конкретних умовах ландшафту.

Екосистема характеризується видовим складом, чисельністю особин окремих видів, їх біомасою, розподілом і сезонною динамікою. До складу екосистеми входять дві функціональні групи організмів із збалансованою життєдіяльністю - автотрофи і гетеротрофи, які потребують притоку із навколишнього середовища речовини і енергії та обмінюються енергією з навколишнім середовищем.

Потік енергії та мінеральних речовин Функціонально-екологічне різноманіття живих істот і організація потоку вилучуваних ними із середовища існування речовин та енергії в цикли – одна із основних властивостей живого. Автотрофи (біосинтез) Продуценти Гетеротрофи (метаболізм) Консументи Оліготрофи (мінералізація) Редуценти K+, Na+, Ca2+, SO42-, PO43-, NO3- , СО2,, NH4+ і ін.

ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ КОЛООБІГ РЕЧОВИН продуценти, консументи, редуценти.

Потік енергії Рівноважна термодинаміка розглядає початковий і кінцевий стан системи, а спрямування процесу визначає за різницею параметрів системи у цих станах – ΔT, Δ G, ΔS. Потік кількісно оцінюють за зміною величини показника енергії (Q) в одиниці об’єму (V) за певний час (t). Швидкість зростання показника – різниця між швидкістю надходження і швидкістю відтоку: Нерівноважна термодинаміка розглядає швидкість переходу енергії з плином часу, властивості та характеристики потоку енергії. Тому вона оперує поняттям “потік” – потік речовин, енергії, ентропії. σ - ентропія формоутворення (фіксована внутрішня енергія)

Потік в екосистемі – це трофічний потік Сонячне світло Автотрофи Гетеротрофи Оліготрофи Хімічна енергія 1, 2, 3 порядку Шлях використання початкової енергії називається ланцюгом живлення. Місце виду в ланцюзі живлення називається трофічним рівнем. Кожний вид є ланкою ланцюга живленя.

Матеріально-енергетичний баланс трофічного ланцюга hν Redn-/n+(n℮) Q σ Незасвоєна енергія Витрати на метаболізм Витрати на ріст і розвиток (продукція) Механічна робота Розсіяне тепло Матеріальний баланс Р = П + Д + Н Р – раціон консумента; П – продукція; Д – дихання (метаболізм); Н – незасвоєна речовина.

ПРОДУКТИВНІСТЬ ПРОДУКТИВНІСТЬ угруповання – швидкість, з якою продуценти екосистеми фіксують різні форми енергії з утворенням органічних речовин. Первинна продукція – органічна маса, яка утворюється рослинами за одиницю часу (вир. в г; кг; т; або кДж) Вторинна продукція – приріст на одиницю маси консументів (вир. в г; кг; т; або кДж) Визначеня продуктивності: 1. Метод світлих і темних склянок Г.Г. Вінберга(30-ті рр. ХХ ст.): приріст органічної речовини рослин (вир. в г; кг; т; або кДж) за визначений час фотосинтезу у освітлюваній посудині (1) порівняно із затемненою (2). 2. Оцінка синтезної активності за інтенсивністю теплового потоку з поверхні екосистеми. 1 2

Розподіл продукції Продуцентами максимально засвоюється 10-12% ФАР. В середньому в рослинних біоценозах засвоюється 5% ФАР. Всієї поверхнею Землі засвоюється в середньому 0,1% ФАР. Максимальний приріст біомаси становить 25 г сух. речовини за добу. Середня продуктивність становить 0,1 г. на м2 за добу. Загальна річна продуктивність Землі становить 150-200 млрд. т. (1/3 утворюється в світовому океані, 2/3 – на суші). Продуктивність залежить від: - інтенсивності сонячного опромінення; - вологості; - температури; - органічного та мінерального складу грунтів.

Добова продуктивність материків (ц/га): Європа : 85 Азія: 98 Африка: 103 Північна Америка: 82 Австралія: 86 Південна Америка: 209

Динаміка екосистем Циклічність – добова, сезонна, багаторічна. Природні цикли часу .  - сонячна доба (день + ніч) - проміжок часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями центру дійсного Сонця при добовому обертанні Землі навколо її власної осі;   - дійсний тропічний рік = 365,242192 дійсних сонячних діб - проміжок часу між двома послідовними проходженнями центру дійсного Сонця через точку Східного (Весняного) рівнодення при річному русі Землі по орбіті;   - сонячний Метон-цикл = 19 сонячних років = 6939,6017 діб – період часу, практично рівний місячному Метон циклу, тобто 235 місячним синодичним місяцям (6939,6883 добам); - сонячний Великий Метон-цикл = 341 сонячний Метон-цикл = 6479 сонячних років = = 2 366 404,2 діб – період часу, після якого Земля і Місяць (в день Південного сонцестояння  – 21 грудня)  повертаються в початкове положення щодо Сонця;   середня лунація (середній місячний синодичний місяць) = 29,5305888531 діб – середнє значення інтервалу часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця; - місячний рік = 12 (13) середніх лунацій – інтервали часу, відповідні календарям; - місячний Метон-цикл = 235 середніх лунацій = 6939,6883 діб – період часу, практично рівний сонячному Метон циклу, тобто 19 сонячним рокам (6939,6017 добам); - місячний Великий Метон-цикл = (341 х 235 – 1) середніх лунацій = 2 366 404,2 діб – інтервал часу, після якого Земля і Місяць (в день Південного сонцестояння – 21 грудня ) повертаються в початкове положення щодо Сонця;   - 1 цикл прецесії = 25 796,178 сонячних років (тропічних) – період  переміщення Земної осі по круговому конусу щодо зірок (прецесія); - d  - дрейф природних місячних циклів щодо природних сонячних циклів:        (6939,6883 – 6939,6017) діб      діб     діб  швидкість дрейфу d = ----------------------------------------------  = 0,00456 ------  (or  0, 0866 -------------- )     19 сонячних років        рік      Метон-цикл  

Динаміка популяцій в екосистемах стабільний вибуховий N N N флуктуаційний t t t 1 100 1 1 1000 >1000 1 2 3 1 2 3 4 5 1 -наростання 2 - максимум 3 - розрідження 1 2 1 – max. 2 – min. 1 -наростання 2 - максимум 3 - розрідження 4 - депресія 5 - відновлення N

Поступальність – поступова заміна в угрупованнях одних видів на інші в результаті з повною заміною угруповання. Екзогенетична – зміна біоценозів у відповідь на дію зовнішніх природних чи антропічних факторів. Спрощення структури екосистеми – дегресійна зміна. Помірний випас Посилений випас Глибокий випас Перехід в пісок. дерноподібні злаки: стрижнекореневі дводольні злаки пісчаників типчак, ковила; з переважанням молочаю; (пісчаний пирій, осока);

Екосистему можна вивести із стану рівноваги багатьма способами, наприклад: пожежа, повінь або засуха. Після такого порушення рівноваги нова екосистема сама себе відновлює, і цей процес носить регулярний характер і повторюється в самих різних ситуаціях. На місці порушення певні види і вся екосистема розвиваються таким чином, що порядок появи цих видів однаковий для схожих порушень і схожих ареалах. У цій послідовній зміні одних видів іншими і полягає суть екологічної сукцесії. СУКЦЕСІЯ (від лат. successio – спадкоємність, наступність) - послідовна зміна одних угруповань організмів (біоценозів) іншими у певній частині екологічного простору. При природній течії подій сукцесія закінчується формуванням стійкої стадії угруповання (клімаксом). Зазвичай сукцесія відбувається під впливом процесів внутрішнього розвитку угруповань, їх взаємодії з навколишнім середовищем. Тривалість сукцесій складає від десятків до мільйонів років. КЛІМАКС - кінцевий, стійкий стан угруповання , якие знаходиться в рівновазі з навколишнім середовищем; його склад більш чи менш постійний протягом тривалого часу. Ендогенетична – історична заміна біоценозів одного іншим.

Приклад сукцесії - перехід озера в болото. Рослинність поросувається від берегів до центру водойми (1) з поступовим заповненням озера торфом (2,3) та кінцевим заростанням кущами та деревами (4).

Первинна сукцесія - починається на субстратах, не зачеплених грунтоутворенням (скельні породи, відкладені алювії водоймища), в процесі якої формуються не тільки фітоценози, але і грунт. Вторинна сукцесія - відбувається на місці біоценозів після їх порушення (в результаті ерозії, вулканічних вивержень, засухи, пожеж, вирубки лісу і т.п.). Екологічна сукцесія (розвиток екосистеми) - зміна в часі видової структури і біоценотичних процесів. Аутогенна сукцесія (самопороджуюча) - сукцесійні зміни, які визначаються переважно внутрішніми взаємодіями. Алогенна сукцесія (породжена ззовні) - на зміни регулярно впливають або контролюють їх зовнішні чинники середовища ( шторми і пожежі). Циклічна сукцесія - порушення, які відбуваються через більш менш регулярні проміжки часу, періодичні збурення зовнішнього середовища або унаслідок характеру розвитку самого угруповання. Автотрофная сукцесія - починається із стану, коли валова продукція (Р) більше дихання (R), і процес спрямований убік збалансованішого стану, коли Р=R. Гетеротрофна сукцесія - починається із стану Р менше R, і процес спрямований убік збалансованішого стану, коли Р=R.

Приклад первинної сукцесії Значні порушення природного середовища Пуста земля Мохи Папороті Трави Кущі Дерева Піонерське угруповання (ранні сукцесійні види) Лукова рослинність Кущова зарость Ліс (пізні сукцесійні види) Клімаксне угруповання Лишайники Водорості

Як правило, сукцесія приводить до поступового збільшення біомаси угруповання, зростання видової різноманітності. Продуктивність і біомаса при переході до клімаксного угруповання. Енергія Біомаса Час Клімакс П р о д у к ц і я

Механізми дії сукцесії в екосистемах: Співіснування. Піонерські види можуть взагалі на подальші рослини не виявляти ніякої дії - ні корисної, ні шкідливої. Зокрема, це відбувається, якщо різні види використовують різні ресурси. Сприяння. Піонерські види, що з'явилися в новій екосистемі, полегшують іншим видам подальше заселення. Наприклад, після відступу льодовика першими з'являються лишайники і деякі рослини з поверхневим корінням  тобто види, здатні вижити на безплідному, бідному живильними речовинами грунті. У міру відмирання цих рослин відбувається наростання шару грунту, що дає можливість вкорінятися пізнім сукцесійним видам. Аналогічно ранні дерева дають тінь і притулок для паростків пізніх сукцесійних дерев. Заборона. Іноді піонерські види створюють умови, що ускладнюють або взагалі роблять неможливою появу пізніх сукцесійних рослин. Коли біля океану з'являються нові поверхні (наприклад, в результаті будівництва бетонних пірсів або хвилерізів), вони швидко обростають піонерськими видами водоростей, і інші види рослин просто витісняються. Це витіснення відбувається дуже легко, оскільки піонерський вигляд відтворюється украй швидко і незабаром покриває всі доступні поверхні, не залишаючи місця для подальших видів. Приклад активної заборони - поява гірчака, азіатської рослини, що розповсюдилася по американському Заходу. Гірчак значною мірою залужнює грунт, в якому росте, що робить її непридатною для багатьох диких трав.

Модельні екосистеми Екосистеми з спрямованою господарською діяльністют та максимально вираженою однією властивістю: біопродуктивністю, метаболізмом (диханням); деструкцією. Особливості модельних екосистем: 1. Регуляція (моделювання типів та інтенсивності) зовнішніх факторів. 2. Абсолютне домінування виду(видів). 2. Знижене біорізноманіття. 3. Зовнішня регуляція чисельності популяцій та біотичних взаємозв’язків людиною. 4. Відсутність конкуренції. 5. Регуляція продукції (біомаси, енергії).

Йти на наступну лекцію, чи не йти?

І НА ЛЕКЦІЮ НЕ ПІШЛИ!