Примеры быстрой смены экосистем

Приведите примеры быстрой смены экосистем.

Примером быстрой смены экосистем является зарастание озера. Сначала у берегов образуется сплавина — поверхностный слой влаголюбивых и водных растений. Затем происходит накопление торфа, постепенно заполняющего чашу водоема. В итоге озеро исчезает, сменяясь болотистым мелким лесом.

В случае смены сосняка ельником семена ели, попадающие в сосновый лес, сначала развиваются под сосновыми кронами. Затем, когда ели вырастают достаточно высокими, они начинают угнетать рост светолюбивых сосен. Ель же является растением теневыносливым и продолжает прекрасно развиваться. Со временем сосны в лесу замещаются елями; происходит смена и нижних ярусов: на место кустарничков и трав приходят мхи, устойчивые к недостатку света и повышенной влажности.

Другой пример — зарастание места, где прошел лесной пожар. В этом случае в средней полосе России в течение относительно короткого времени происходит последовательная смена основных продуцентов: травы — кустарники — лиственные деревья — хвойные деревья.

Конечный этап развития экосистемы

От чего зависит конечный этап развития экосистемы?

Конечный этап развития экосистемы зависит от климатических (прежде всего, годовые колебания температуры и количество осадков), почвенных и топографических условий. Например, в полярных широтах типичной экосистемой является тундра, в умеренном поясе — смешанные леса, в горах на высоте 2–3 км — альпийские луга. В случае водных экосистем важнейшее значение имеют температура и соленость воды, глубина и тип водоема. С течением времени условия на Земле (особенно для наземных экосистем) изменяются, что приводит к смене биоценозов.

Экологические нарушения

Сформулируйте, что такое экологическое нарушение. Приведите примеры подобных явлений.

Экологические нарушения — это внезапные изменения в естественных экосистемах, которые вызывают резкое увеличение численности популяций одних видов и гибель других. Чаще всего эти изменения вызываются действиями человека. Примером экологических нарушений является уничтожение воробьев в Китае. Птицы наносили вред посевам, и потому было принято решение их уничтожить. В результате в огромном количестве размножились насекомые-вредители, численность которых ранее контролировалась воробьями. Другой пример — ввоз кроликов в Австралию. В отсутствие ограничивающего действия хищников они распространились по всему континенту, нанося вред пастбищам, и стали бедствием для овцеводов. Впрочем, овцы также являются причиной экологических нарушений, серьезно обедняя видовое разнообразие трав на пастбищах.

Агроценозы

Чем отличаются агроценозы от естественных экосистем? Назовите известные вам агроценозы.

Агроценозы имеют ряд характерных отличий от естественных экосистем:

• в природных экосистемах существует богатое видовое разнообразие; продуценты агроценоза обычно представлены одним сортом сельскохозяйственной культуры, посаженной человеком;
• структура природных сообществ формируется в результате действия естественного отбора; в агроценозах отбор и формирование пищевых цепей осуществляет человек;
• в естественных экосистемах круговорот веществ и энергии сбалансирован, обеспечивая биоценозу устойчивость; из агроценоза человек изымает часть продукции в виде урожая, и ему приходится восполнять возникший дефицит веществ и энергии (удобрения, вспашка, полив).

Примерами агроценозов являются разнообразные искусственно созданные экосистемы: поля, сады, огороды, рыборазводные пруды и т. д.

Потери энергии в цепях питания в агроценозе

Как, по вашему мнению, можно сократить потери энергии в цепях питания в искусственном сообществе организмов — агроценозе?

Для минимизации потерь энергии необходимо создать систему, в которой все параметры по возможности учтены, а пищевые цепи — максимально укорочены. В случае растениеводства важно ослабить межвидовую конкуренцию (использование гербицидов против сорняков) и исключить возможных консументов — потребителей растительной биомассы (сельскохозяйственных вредителей). Вместе с тем нельзя забывать, например, о насекомых-опылителях. В случае животноводства важно как можно большее количество пищи предлагать в виде растительного (а не животного) корма, замещая, в частности, животные белки протеинами бобовых.

Еще раз подчеркнем, что, в отличие от биогеоценоза, агроценоз должен быть несбалансированной системой и создавать избыток первичной продукции. Тогда при изъятии части биомассы в качестве урожая система будет приводиться в равновесие, что служит важным условием ее стабильного существования.

Естественная и искусственная экосистемы

Какая экосистема — естественная или искусственная — характеризуется большим видовым разнообразием?

Значительно большим видовым разнообразием характеризуются естественные экосистемы; в их состав входит множество популяций растений, животных, бактерий, грибов. В искусственной экосистеме основой пищевых цепей часто является единственный растительный вид, внесенный человеком. Кроме того, в состав искусственных экосистем может входить несколько видов консументов и редуценты. Сказанное относится не только к агроценозам (сельскохозяйственные угодья, теплицы), но и, например, к микроэкосистемам (аквариум, комнатные растения).

Структура биосферы

Расскажите о структуре биосферы.

Биосфера — это та часть Земли, в пределах которой существует жизнь (причем в активной форме, а не в виде спор, пыльцы и т. п.). Также биосферу можно определить как особую оболочку Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью всех живых организмов нашей планеты. Структурно биосфера охватывает часть воздушной оболочки (атмосферы), водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть литосферы. Она состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества:

• живое вещество — совокупность всех живых организмов (животные, растения, грибы, микроорганизмы);
• биогенное вещество — органоминеральные продукты, созданные в результате жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, газ, торф, известняки и др.);
• косное вещество, образованное без участия живых организмов (горные вулканические породы);
• биокосное вещество, созданное совместно живыми организмами и неорганическими процессами (почва, ил).

Атмосфера, гидросфера и литосфера

Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, — атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера является воздушной оболочкой Земли. Она содержит кислород, необходимый для дыхания организмов, и углекислый газ, используемый автотрофами в ходе фотосинтеза. Будучи частично прозрачной для излучения Солнца, атмосфера позволяет видимой части спектра, а также тепловому (инфракрасному) излучению достигать поверхности Земли. Атмосфера также обладает теплоизолирующими свойствами, замедляя остывание ночной стороны нашей планеты. Осадки, ветра и другие атмосферные явления играют важнейшую роль в существовании экосистем.

Гидросфера — водная оболочка. Для населяющих ее организмов огромное значение имеют освещенность, температура, соленость конкретного водоема. Для биосферы в целом очень важна большая теплоемкость воды и то, что она, замерзая, формирует ледяной покров, под которым сохраняется жизнь. Условия обитания в гидросфере гораздо стабильнее, чем на суше. Это и сделало океан колыбелью жизни (хорошо адаптировавшийся вид может сотни миллионов лет процветать в океане без видимых изменений).

Литосфера — твердая оболочка Земли. Она поставляет для создания почвы косное вещество (горные породы). Это же косное вещество является для живых организмов источником минеральных солей, а бактерии-хемосинтетики (серобактерии, железобактерии) используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений.

Границы распространения живых организмов в биосфере

Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?

Границы распространения живых организмов в биосфере определяются абиотическими факторами: количеством осадков, температурой, давлением, содержанием кислорода, уровнем ультрафиолетового излучения и др. Там, где эти факторы сильно отклоняются от оптимальных значений, жизнь становится невозможной (высокогорье, полярные зоны, пустыни, вулканы, пещеры).

Признаки жизни в атмосфере обнаруживаются вплоть до высоты 20 км (уровень озонового слоя), где можно встретить споры, бактерий, мельчайших членистоногих. Однако полноценные экосистемы располагаются вблизи поверхности планеты (в горах — до высоты 3–5 км). Водная оболочка Земли заселена практически полностью; живые организмы встречаются даже на дне Марианской впадины (глубина более 11 км). Вместе с тем основная часть биомассы сосредоточена в верхних слоях гидросферы, где возможно существование фотосинтетиков. Жизнь в литосфере почти полностью сосредоточена в почве, толщина которой может достигать нескольких метров. Однако бактерии в месторождениях полезных ископаемых (например, нефти) обнаружены на глубине до 3–4 км.