Совместное действие температуры и влажности. Экологические системы, биоценоз, биоциклы - Экология - Скачать бесплатно
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
РЕФЕРАТ
Автор: студент гр. ВД-99 ______________ /Лещинский А.И./
(подпись)
(Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: ___________________
ПРОВЕРИЛ(а) ____________ ______________ /
/
(должность) (подпись)
(Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2003год
Оглавление.
1. Совместное действие температуры и влажности 3
2. Экологические системы, биоценоз, биоциклы. 5
2.1. СИНЭКОЛОГИЯ 5
2.2. БИОЦЕНОЗ 5
2.3. БИОГЕОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЕДИНИЦЫ БИОСФЕРЫ 7
2.3.1. Биогеоценоз 7
2.3.2. Экосистема 7
2.4. БИОЦИКЛЫ 9
4. Большие биохимические циклы. Круговорот кислорода. 10
4.1. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ 10
4.1.1. Круговорот воды 11
4.1.2. Круговорот кальция 12
4.1.3. Углерод. 13
4.1.4. Круговорот азота 14
4.1.5. Круговорот кислорода. 15
5. Природные ресурсы и их классификации. Факторы определяющие масштабы их
потребления. 18
Список использованной литературы. 23
1. Совместное действие температуры и влажности
Рассмотрение отдельных факторов среды — это не конечная цель
экологического исследования, а способ подойти к сложным экологическим
проблемам, дать сравнительную оценку важности различных факторов,
действующих совместно в реальных экосистемах.
Температура и влажность являются ведущими климатическими факторами и
тесно взаимосвязаны между собой (рис. 1.1).
[pic]
Рис. 1.1. Влияние температуры на относительную влажность воздуха (по
Б.Небелу, 1993)
При неизменном количестве воды в воздухе относительная влажность
увеличивается, когда температура падает. Если воздух охлаждается до
температуры ниже точки водонасыщения (100%), происходит конденсация и
выпадают осадки. При нагревании его относительная влажность падает.
Сочетание температуры и влажности часто играет решающую роль в
распределении растительности и животных. Взаимодействие температуры и
влажности зависит не только от относительной, но и от абсолютной их
величины. Например, температура оказывает более выраженное влияние на
организмы в условиях влажности, близкой к критической, т.е. если влажность
очень велика или очень мала. Влажность также играет более критическую роль
при температуре, близкой к предельным значениям. Отсюда одни и те же виды
организмов в различных географических зонах предпочитают разные
местообитания. Так, по правилу предварения, установленному В. В. Алехиным
(1951) для растительности, широко распространенные виды на юге произрастают
на северных склонах, а на севере встречаются только на южных (рис. 1.2).
[pic]
Рис. 1.2. Схема правила предварения (по В. В. Алехину, 1951):
1 — северный вид, обитающий на плакоре, на юге переходящий на склоны
северной экспозиции и в балки;
2 — южный вид, на севере встречающийся на наиболее прогреваемых склонах
южной экспозиции
Для животных выявлены принципы смены местообитание (Г. Я. Бей-Биенко,
1961) и принцип смены ярусов (М. С. Гиляров, 1970), согласно которым
мезофильные виды в центре ареала, на севере его выбирают более сухие, а на
юге — более влажные места или переходят от наземного образа жизни к
подземному, как многие насекомые-фитофаги. Чем слабее проявляется влияние
климата в тех конкретных местообитаниях, которые выбирает вид, тем больше
их способность обитать в разных климатических условиях. Вид выбирает
сочетание факторов, наиболее соотгветсгвующих его экологической
валентности, путем смены местообитания, и таким образом преодолевает
климатические рубежи. t Взаимосвязь температуры и влажности хорошо отражают
кли-мадиаграммы, составленные по способу Вальтера-Госсена, на вторых в
определенных масштабах сопоставлен годовой ход температуры воздуха с ходом
выпадения осадков (рис. 1.3 ). . Климадиаграммы можно построить для
отдельных лет, а расположив последовательно и непрерывно одна за другой,
получить климатограмму. На климатограммах легко прослеживается экстремально
сухие или экстремально холодные годы.
[pic]
Рис. 1.3. Климадиаграмма по Вальтеру-Госсену для Одессы (по Г. Вальтеру,
1968)
I— высота над уровнем моря, б — число лет наблюдений за температурой
(первая цифра) и осадками (вторая цифра), в — средняя годовая температура,
г — средняя годовая сумма осадков в мм, д—средний суточный минимум самого
холодного месяца, е -•- абсолютный минимум, ж — средний суточный максимум
самого теплого ыесяца, з — абсолютный максимум, и — кривая средних месячных
температур, к — кривая средних месячных сумм осадков (соотношение Ю°=20
мм), л — то же (соотношение 10°=30 мм), м — засушливый период, н —
полузасушливый период, о — влажное время года, п — месяцы со средним
суточным минимумом температуры ниже 0°С, р — месяцы it абсолютным минимумом
температуры ниже 0°С, с — безморозный [период. По оси абсцисс — месяцы.
2. Экологические системы, биоценоз, биоциклы.
2.1. СИНЭКОЛОГИЯ
Синэкология — часть экологии, изучающая экологические системы.
Общепринятого понятия системы до сих пор не существует. Под системой обычно
понимают целостное образование, состоящее из взаимосвязанных компонентов
(элементов). Любая система состоит из частей (подсистем) и является
составным компонентом системного образования более высокого иерархического
уровня (надсистемы). Например, биогеоценоз как система состоит из подсистем
— биоценоза, популяций растений и животных — и входит в состав биосферы —
глобальной системы высокого иерархического уровня. Системы обладают
эмерджентными (новыми) свойствами. Каждая система качественно отличается от
слагающих ее подсистем и от надсистемы, в которую она входит. Для
иллюстрации принципа эмерджентности Ю. Одум приводит два примера. Молекула
воды как система состоит из непохожих на нее подсистем — атомов водорода и
кислорода. Коралловый риф как система резко отличается от составляющих его
подсистем: водорослей и кишечнополостных животных.
2.2. БИОЦЕНОЗ
БИОЦЕНОЗ (от био... и греч. koinos — общий), совокупность растений,
животных, микроорганизмов, населяющих участок суши пли водоёма и
характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с
абиотическими факторами среды.
Термин «Биоценоз» был предложен нем. биологом К. Мёбиусом (1877).
Биоценоз.— комплекс организмов биогеоценоза, формирующийся в результате
борьбы за существование, естественного отбора и других факторов эволюции.
По участию в биогенном круговороте веществ в биоценозе. различают три
группы организмов.
1. Продуценты (производители) — автотрофные организмы, создающие
оргапнч. вещества из неорганических; осн. продуценты во всех Б.—
зелёные растения (см. Фотосинтез). Деятельность продуцентов
определяет исходное накопление оргаиич. веществ в Б. (см.
Биомасса, Биологическая продуктивность).
2. Коисументы (потребители)— гетеротрофные организмы, питающиеся за
счёт автотрофных.
. Консументы 1-го порядка — растительноядные животные, а
также паразитич. бактерии, грибы и др. бесхлорофнльные
растения, развивающиеся за счёт живых растеши"!.
. Консументы 2-го порядка — хищники и паразиты
растительноядных организмов.
. Бывают консументы 3-го и 4-го порядков (сверхпаразнты,
суперпаразиты и т. п.), но всего в цепях питания по более
5 звеньев.
На каждом последующем трофпч. уровне кол-во биомассы резко
снижается. Деятельность консумептов способствует превращениям и
перемещениям органич. веществ в Б., частичной их минерализации,
а также рассеянию энергии, накопленной продуцентами,
3. Редуценты (восстановители) — животные, питающиеся
разлагающимися остатками организмов {сапрофаги), и особенно
непаразитирующие гетеротрофные микроорганизмы — способствуют
минерализации органич. веществ, их переходу в усвояемое
продуцентами состояние.
Взаимосвязи организмов в Б. многообразны. Кроме трофнч. связей,
определяю-
щих цепи питания (иногда очень своеобразные —- см. Паразитизм,
Симбиоз), существуют связи, основанные на том, что одни организмы
становятся субстратом для других (топические связи), создают необходимый
микроклимат и т. п. Часто можно проследить в Б. группы видов, связанные с
определённым видом и целиком зависящие от последнего (кон-сорции).
Для биоценоза характерно разделение на более мелкие подчинённые
единицы — мероценозы, т. е. закономерно слагающиеся комплексы, зависящие от
биоценоза в целом (напр., комплекс обитателей гниющих дубовых пней в
дубраве). Если энергетическим источником биоценоза служат не автотрофы, а
животные (напр., летучие мыши в биоценозе пещер), то такие биоценозы
зависят от притока энергии извне и являются неполноценными, представляя в
сущности мероценозы. В биоценозе можно выделить и др. подчинённые
группировки организмов, например, синузии. Для биоценоза также характерно
разделение на группировки организмов по вертикали (ярусы биоценоза). В
годовом цикле в биоценозе изменяются численность, стадии развития и
активность отдельных видов, создаются закономерные сезонны е аспекты
биоценоза.
Биоценоз — диалектически развивающееся единство, меняющееся в
результате деятельности входящих в него компонентов, вследствие чего
происходят закономерные изменение и смена биоценоза (сукцессии), которые
могут приводить к восстановлению резко нарушенных биоценоза (напр., леса
после пожара и т. п.). Различают насыщенные и ненасыщенные биоценозы В
насыщенном биоценозе все экологические ниши заняты и вселение нового вида
невозможно без уничтожения или последующего вытеснения к.-л. компонента
биоценоза. Ненасыщенные биоценоза характеризуются возможностью вселения в
них новых видов без уничтожения других компонентов. Можно различать
первичные биоценозы, сложившиеся без воздействия человека (целинная степь,
девственный лес), и вторичные, изменённые деятельностью человека (леса,
выросшие на месте сведённых, население водохранилищ). Особую категорию
представляют агробиоценозы, где комплексы основных компонентов биоценоза
сознательно регулируются человеком. Между первичными биоценозом и
агробиоценозамн имеется вся гамма переходов. Изучение биоценоза важно для
рационального освоения земель и водных пространств, т. к. только правильное
понимание регулятивных процессов в биоценозе позволяет человеку изымать
часть продукции биоценоза без его нарушения и уничтожения.
2.3. БИОГЕОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЕДИНИЦЫ БИОСФЕРЫ
2.3.1. Биогеоценоз
Термин «биогеоценоз» (био — жизнь, гео — земля, ценоз — сообщество)
был предложен В. Н. Сукачевым в 1940 г. Им обозначают наземные и водные
природные комплексы — леса и степи, озера и реки и т. д. Наряду с термином
«биогеоценоз» существует термин «экологическая система» (экосистема),
предложенный А. Тенсли в 1935 г. Термины «биогеоценоз» и «экосистема»
отражают близкие понятия. Некоторые авторы их отождествляют, что, однако,
неправильно.
2.3.2. Экосистема
Термин «экосистема» (от греч. oikos — жилище, местопребывание и
система) истолковывают неоднозначно. Так, Л. О. Карпачевский (1983) этим
термином обозначал разнообразные природные объекты, представляющие собой те
или иные формы взаимосвязи живого организма со средой своего обитания.
Экологическими он называет такие биологические системы, как, например,
дерево с растущими на нем лишайниками, клещ, впившийся в кожу животного, и
другие подобные сожительства организмов. Микроб или паразит (микроорганизм)
во взаимосвязи с растением или животным (макроорганизмом) — это экосистема
биогенная, т. е. порожденная живыми организмами. Наряду с этим существуют
биокосные системы, в которых средой обитания для организмов служит неживой
субстрат органического или неорганического происхождения. Примеры таких
экологических систем: личинки жука-могильщика на теле умершего животного,
микроорганизмы в капле воды и т. д.
Простые экологические системы объединяются в более сложные. Так,
система бактерии — личинки овода — может входить в систему более высокого
уровня — надсистему личинки овода —-корова, а корова, в свою очередь, —
составной компонент системного образования еще более высокого ранга —луга
(пастбища). Биокосные системы могут быть самыми разнообразными. Они
отличаются по составу биоты, величине (объему) и т.д. Биокосные системы —
лесной колок, озеро, тайга (таежный ландшафт), море. Биосфера,
представляющая собой совокупность всех организмов, населяющих нашу планету,
со средой своего обитания, — это тоже биокосная система.
Большинство современных авторов под экологической системой понимают
сообщество взаимосвязанных организмов разных видов (биоценоз) со средой
своего обитания (неживой, косной природой). Организмы и окружающая их среда
объединены в одно функциональное целое из-за взаимозависимости и причинно-
следственных связей между живой и неживой природой. Размер экологической
системы трудно определить в физических мерах изменения (длины, площади,
объема). Экосистему можно оценить лишь мерой, учитывающей процессы
саморегуляции и самовосстановления составляющих ее средообразующих
компонентов.
В современном понимании биогеоценоз (Б ГЦ) — эволюционно сложившаяся,
относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная
система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их
косной среды (рис. 2.1.). БГЦ характеризуется определенным энергетическим
состоянием, типом и скоростью обмена веществом и информацией (Реймерс).
Биогеоценоз — это элементарная биохорологическая единица биосферы —
глобальной экологической системы. Совокупности однотипных БГЦ образуют
ландшафты (регионы биосферы). Так, таежные БГЦ формируют таежный ландшафт,
степные БГЦ — степной ландшафт и т. д.
[pic]
Рис.2.1. Функциональная структура биогеоценоза
Биогеоценоз состоит из четырех категорий взаимодействующих слагаемых:
продуцентов, консументов, редуцентов и неживых тел.
Компоненты неживой (косной) природы — атмосфера, вода, материнская
порода.
В идеальном случае экосистема со сбалансированной жизнедеятельностью
автотрофных организмов и гетеротрофных организмов могут приближаться к
замкнутой системе, обменивающейся с окружающей средой только энергией.
Однако в естественных условиях длительное существование экосистем возможно
только при притоке из окружающей среды не только энергии, но и большего или
меньшего кол-ва вещества. Все реальные экосистемы, в совокупности слагающие
биосферу Земли, принадлежат к открытым системам, обменивающимся с
окружающей их средой веществом и энергией.
Термин «экосистема» приложим как к природным, так и к искусственным
экосистемам, таким, например. как сельскохозяйственные. угодья, сады,
парки.
В процессе всестороннего изучения природных комплексов
взаимодействующих между собой растений, животных и микроорганизмов учёные
давали этим надорганпзменным единицам разные названия. Б. ч. из
предложенных терминов не получили распространения, некоторые используются
лишь в определённых случаях (напр., термином «биом» в США обозначают такие
макроэкосистемы, как зона хвойных лесов, степная зона и др.). Термин
«экосистема», вытеснивший многие другие термины сходного содержания,
предложил в 1935 англ, ботаник А. Тенсли. В 1944 В. Н. Сукачёв стал
пользоваться применительно к наземным живым системам термином биогеоценоз,
не считая, однако, его тождественным экосистеме. Действительно, даже
аквариум или пчелиный улей несомненно представляют собой Э., но не могут
быть названы биогеоценозами. Кроме того, общая особенность биогеоценоза —
меньшая суммарная биомасса животных по сравнению с биомассой растений, в то
время как в водной Э. господствует обратное их соотношение.
Экосистемы характеризуются видовым составом, численностью особей
отдельных видов, их биомассой, распределением и сезонной динамикой. Начиная
с 40—50-х гг. 20 в. развернулись исследования, позволяющие количественно
характеризовать функциональные особенности экосистем, прежде всего цепи
питания, через которые осуществляется биологическая трансформация вещества
и энергии. Количеств, выражение интенсивности и эффективности этих
процессов с помощью современных методов, в частности математического
моделирования экологических систем,— необходимая основа решения актуальных
вопросов рационального использования биологических ресурсов природы и
сохранения среды обитания человека.
2.4. БИОЦИКЛЫ
БИОЦИКЛЫ, или жизненные области, три самых крупных подразделения
биосферы: суша, море и внутр. водоёмы. Каждый биоцикл подразделяется на
биохоры, включающие значит, число биотопов. Напр., биотопы песчаных,
глинистых и каменистых пустынь объединяются в биохор пустынь, который
имеете с биохорами лесов, степей и др. составляет биоциклы суши.
4. Большие биохимические циклы. Круговорот кислорода.
4.1. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ на земле, повторяющиеся процессы превращения
и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный
циклический характер. Эти процессы имеют определённое поступательное
движение, т. к. при т. н. циклических превращениях в природе не происходит
полного повторения циклов, всегда имеются те или иные изменения в
количестве и составе образующихся веществ. Понятие К. в. нередко
трактовалось метафизически, как движение по замкнутому кругу, что в корне
ошибочно.
Ок. 5 млрд. лет назад произошла дифференциация вещества Земли,
разделение его на ряд концентрич. оболочек, или геосфер: атмосферу,
гидросферу, земную кору, гранитную, базальтовую и др. оболочки,
отличающиеся друг от друга характерным химическим составом, физическими и
термодинамическими свойствами. Эти оболочки в последующее геологическое
время развивались в направлении дальнейшего наиболее устойчивого состояния.
Между всеми геосферами в внутри каждой отдельной геосферы продолжался обмен
веществом. Вначале наиболее существенную роль играл вынос вещества из недр
Земли на поверхность в результате процессов выплавления легкоплавкого
вещества Земли и дегазации.
Поскольку можно судить на основании сохранившихся геологических
свидетельств, эта стадия обмена была ещё очень обширной в архейскую эру
(см. Докембрий). В то время имели место интенсивные колебательные движения
в земной коре, обширные горообразовательные процессы, создавшие повсеместно
складчатость, а также энергичная вулканическая деятельность, результатом
которой явились мощные слои базальтов. Широко развиты были интрузии и
процессы гранитизации. Все эти процессы осуществлялись в более грандиозных
масштабах, чем и последующие геологии, периоды. В архейскую эру на
поверхность Земли выносились вещества в значительно больших количествах и,
возможно, из более глубоких областей планеты. В дальнейшем обмен веществом
между глубокими областями и поверхностью Земли сократился. В конце
докембрия обособились более спокойные области земной коры — платформы и
области интенсивной тектонической и магматической деятельности —
геосинклинали. С течением времени платформы росли, а геосинклинальные
области сужались.
В современный период обмен веществом между геосферами по
вертикальному направлению достаточно определённо может наблюдаться в
пределах 10—20 км от поверхности Земли и местами — в .50— (if) к.м. Не
исключено движение вещества и из более глубоких зон Земли, однако этот
процесс в наст, время уже не играет существенной роли в общем К. в. на
Земле. Непосредственно непрерывный К. в. наблюдается в атмосфере,
гидросфере, верхней части твёрдой литосферы и в биосфере. Со времени
появления биосферы (ок. 3,5 млрд. лет назад) круговорот веществ на Земле
изменился. К физико-химич. превращениям прибавились биогенные процессы.
Наконец, огромной геологической силой стала ныне деятельность человека. См.
Земля (раздел Человек и Земля).
Т. о., круговорот веществ на Земле в процессе развития нашей планеты
изменялся и в современный период с геологической точки зрения наиболее
интенсивен па поверхности Земли. В интенсивный обмен захватывается в
литосфере, атмосфере, гидросфере и биосфере единовременно лишь небольшая
часть вещества этих оболочек. Наблюдаемый круговорот веществ на Земле
слагается из множества разнообразных повторяющихся в основных чертах
процессов превращения и перемещения вещества. Отд. циклические процессы
представляют собой последовательный ряд изменений вещества, чередующихся с
временными состояниями равновесия. Как только вещество вышло из данной
термодинамической системы, с которой оно находилось в равновесии,
происходит его дальнейшее изменение, пока оно не возвратится частично к
первоначальному состоянию. Полного возвращения к первоначальному состоянию
никогда не происходит. Вместе с тем благодаря этим повторяющимся процессам
на поверхности Земли обеспечивается известная стабильность её рельефа.
Яркой иллюстрацией этого может служить круговорот воды в природе (рис.
4.1).
[pic]
Рис. 4.1. Схема круговорота воды. Содержание воды дано в кг 1см1 в
год на поверхности Земли. Испарение и выпадение осадков дано в г/см* в год
на поверхность океана или континента соответственно.
4.1.1. Круговорот воды
С поверхности океана испаряется ежегодно огромное кол-во воды, но при
этом нарушается её изотопный состав: она становится беднее тяжёлым
водородом по сравнению с океаиической водой (в результате фракционирования
изотопов водорода при испарении). Между поверхностным слоем воды океана и
массой воды более глубоких его зон существует свой регулярный,
установившийся обмен. Между парами воды и водой атмосферы и водоёмов
устанавливаются локальные временные равновесия. Пары воды в атмосфере
конденсируются, захватывая газы атмосферы и вулканические газы, а затем
вода обрушивается на сушу. Часть воды при этом входит в химические
соединения, другая в виде кристаллогидратной, сорбированной и мн. др. форм
связывается рыхлыми осадками земной коры, погребается вместе с ними и
надолго оставляет основной цикл. Осадки в процессе метаморфизации и
погружения в
|
