Bioloģija licejā. Ekosistēmu organizācijas likumi Vai augi var darboties kā patērētāji

Jebkuru organismu un neorganisko komponentu kopumu, kurā var uzturēt vielas ciklu, sauc par ekoloģisko sistēmu vai ekosistēmu.
Dabiskās ekosistēmas var būt dažāda apjoma un garuma: neliela peļķe ar tās iemītniekiem, dīķis, okeāns, pļava, birzs, taiga, stepe – tie visi ir dažāda mēroga ekosistēmu piemēri. Jebkura ekosistēma ietver dzīvu daļu – biocenozi un tās fizisko vidi. Mazākas ekosistēmas ir daļa no arvien lielākām, līdz pat vispārējai Zemes ekosistēmai. Vispārējais vielas bioloģiskais cikls uz mūsu planētas sastāv arī no daudzu specifiskāku ciklu mijiedarbības.
Ekosistēma var nodrošināt vielas apriti tikai tad, ja tā ietver četras tam nepieciešamās sastāvdaļas: biogēno elementu rezerves, ražotājus, patērētājus un sadalītājus.
Ražotāji ir zaļie augi, kas, izmantojot saules enerģijas plūsmas, rada organiskās vielas no biogēniem elementiem, tas ir, bioloģiskiem produktiem.
Patērētāji - šī patērētāji organiskās vielas pārveidojot to jaunās formās. Dzīvnieki parasti darbojas kā patērētāji. Izšķir pirmās kārtas patērētājus - zālēdāju sugas un otrās kārtas - plēsējus.
Sadalītāji - organismi, kas organiskos savienojumus beidzot iznīcina minerālos. Sadalītāju lomu biocenozēs veic galvenokārt sēnītes un baktērijas, kā arī citi mazie organismi, kas apstrādā augu un dzīvnieku mirušās atliekas.
Dzīve uz Zemes norisinās jau aptuveni 4 miljardus gadu, bez pārtraukuma tieši tāpēc, ka tā notiek matērijas bioloģisko ciklu sistēmā. Tā pamatā ir augu fotosintēze un organismu barības attiecības biocenozēs.
Tomēr vielas bioloģiskais cikls prasa pastāvīgu enerģijas patēriņu.

Atšķirībā no ķīmiskie elementi, atkārtoti iesaistīti dzīvos ķermeņos, saules staru enerģiju, ko aizkavē zaļie augi, organismi nevar izmantot bezgalīgi.
Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu enerģija nepazūd bez pēdām, tā tiek uzkrāta apkārtējā pasaulē, bet tā pāriet no vienas formas uz otru. Saskaņā ar otro termodinamikas likumu jebkuru enerģijas pārveidošanu pavada tās daļas pāreja uz stāvokli, kurā to vairs nevar izmantot darbam. Dzīvu būtņu šūnās enerģija, kas nodrošina ķīmiskās reakcijas, ar katru reakciju tas daļēji pārvēršas siltumā, un ķermenis siltumu izkliedē apkārtējā telpā. Tādējādi šūnu un orgānu sarežģīto darbu pavada enerģijas zudumi no ķermeņa. Katrs vielu aprites cikls atkarībā no biocenozes dalībnieku aktivitātes prasa arvien vairāk enerģijas.
Tādējādi dzīvība uz mūsu planētas notiek kā pastāvīga vielu cirkulācija, ko atbalsta saules enerģijas plūsma. Dzīve tiek organizēta ne tikai biocenozēs, bet arī ekosistēmās, kurās ciešs savienojums starp dzīvām un nedzīvām dabas sastāvdaļām.
Ekosistēmu daudzveidība uz Zemes ir saistīta gan ar dzīvo organismu daudzveidību, gan ar fiziskās, ģeogrāfiskās vides apstākļiem. Tundras, meža, stepes, tuksneša vai tropu kopienām ir savas bioloģisko ciklu īpašības un saiknes ar vidi. Arī ūdens ekosistēmas ir ļoti dažādas. Ekosistēmas atšķiras pēc bioloģisko ciklu ātruma un kopējā šajos ciklos iesaistītās vielas daudzuma.
Ekosistēmu stabilitātes pamatprincips – enerģijas plūsmas atbalstīta matērijas cirkulācija – pēc būtības nodrošina nebeidzamu dzīvības pastāvēšanu uz Zemes.
Saskaņā ar šo principu ilgtspējīga mākslīgās ekosistēmas, un ražošanas tehnoloģijas, kas taupa ūdeni vai citus resursus. Organismu koordinētas darbības pārkāpums biocenozēs parasti rada nopietnas izmaiņas vielu ciklos ekosistēmās. Tas ir galvenais iemesls tam vides katastrofas, kā augsnes auglības samazināšanās, augu ražas samazināšanās, dzīvnieku augšana un produktivitāte, pakāpeniska dabiskās vides iznīcināšana.

Beigas. Skatīt Nr.16, 17/2002

"Purvs kā ekosistēma"

purva mirte(Chamaedaphna calycalata) augstums parasti ir aptuveni 25 cm, dažreiz līdz 1 m. Tāpat kā savvaļas rozmarīnam, arī mirtei jauni dzinumi katru gadu parādās tikai no atjaunojošiem pumpuriem pagājušā gada zaru galotnēs. Tas zied maijā ar maziem baltiem ziediem, kas savākti apikālās vienpusējās birstēs. Mirtai ir cits vārds - kasandra. Kasandra mitoloģijā Senā Grieķija Trojas karaļa Priama meita. No Apollona, ​​kurš viņā bija iemīlējies, viņa saņēma zīlēšanas dāvanu, bet, noraidījusi viņa mīlestību, viņa tika sodīta ar to, ka neviens neticēja viņas prognozēm, lai gan tās vienmēr piepildījās.

Podbel-baltlapa (Andromeda polifolia) - mazs (līdz 30 cm) mūžzaļš krūms ar šaurām garām lapām, aug vairāk laistītās purvu vietās. Sfagnu sūnām augot, veidojas bagātīgi zarojošas nejaušas saknes, kas koncentrējas augšējā sūnu slānī. Podbelas latīņu nosaukums – Andromeda – ir saistīts ar grieķu mitoloģiju. Etiopijas karaļa Cefeja valdīšanas laikā parādījās jūras briesmonis, kas izpostīja valsti, ēdot cilvēkus. Kefijs, lai atbrīvotos no dievu soda, nolēma upurēt savu skaisto meitu Andromedu. Tomēr Persejs, viņā iemīlējies, uzvarēja briesmoni, izglāba meiteni un apprecēja viņu. Kopš tā laika Andromeda ir uzplaukusi no laimes. Podbel zied ar maigi rozā zvaniņiem no aprīļa līdz jūnijam, iekrāsojot joprojām izbalējušo purvu sārtā krāsā.

Virši(Calluna vulgaris) - stipri zarojošs mūžzaļš krūms no 30 cm līdz 1 m augsts Daudzu mazu purpursarkanu ziedu blīvas otas, kas atrodas dzinumu galotnēs, parasti parādās vēlu, jūlijā-augustā, bet paliek uz krūmiem ilgu laiku. Šī dekoratīvā krūma biezokņus labprāt apmeklē bites un citi kukaiņi. Viršu medus ir skābens un rūgts.

Purvos sastopamas vairākas sugas. kokvilnas zāle(Eriophorum), kas pieder grīšļu dzimtai ( Cyperaceae). Tie ir 30-50 cm augsti lakstaugi.Nosaukums cēlies no baltajiem pūšļiem, kas parādās pēc ziedēšanas stublāju galos. Kokvilnas zāle zied aprīlī-maijā ar neuzkrītošiem ziediem. Ziedlapu vietā ir taisni, gludi, neuzkrītoši sariņi, kas ziedēšanas beigās ievērojami pagarinās. Tie veido baltu pūkainu otu, kuras pamatnē atrodas melni trīsstūrveida augļi. Kopā ar pūkām sēklas vējš aiznes lielos attālumos.

Minerālbarības trūkuma problēmu daži ziedoši augi atrisināja, pārejot uz kukaiņēdāju, t.i. lietot kopā ar autotrofiskiem un heterotrofiskiem uztura veidiem. Pie šādiem augiem pieder saulessargas, pemfigus un tauriņi. Purvā izplatītas divas sugas sundews– Angļu(Drosera anglica) Un apaļlapu(D. rotundifolia) - atšķiras ar lapu formu, kas tām kalpo kā slazdošanas ierīces. Angļu sundew tie ir garlapi, lancetiski, apaļlapā tie ir noapaļoti. Ir dažādi saulessargu veidi un biotopu apstākļi. Saulainā apaļlapa dod priekšroku sausākām vietām un priežu apkaimē. Angļu sundew ir vairāk mitruma mīlošs un aug uz appludinātām ieplakām, kuru ūdens līmenis ir vismaz 2 cm no virsmas.

Sundew ir daudzgadīgs augs. Agrā pavasarī uz virsmas parādās sūnu biezumā ziemojošs pumpurs, no kura veidojas lapas, kā arī garš kāts ar mazu baltu ziedu ziedkopu. Lai izņemtu nieri, saulīte katru pavasari izaug līdz palielinātā sūnu seguma biezumam. No konservētajām saulrasas rozetēm var precīzi izmērīt sfagnu augšanu vairāku gadu garumā.

Abu sugu saulgriežu lapas ir pārklātas ar daudziem (līdz 200 katrā lapā) sarkaniem dziedzeru matiņiem ar rasai līdzīga viegla šķidruma pilieniem. Līdz ar to auga nosaukums (no grieķu valodas drosos- rasa). Dziedzeri uz matiņiem, saskaroties ar cietušo, sāk izdalīt gremošanas šķidrumu, kas satur vielas, kas pēc sastāva ir līdzīgas pepsīnam cilvēka kuņģī. Sundew asimilē tikai olbaltumvielas, tai nav nepieciešami tauki un ogļhidrāti. Gremošanas process ir ļoti lēns, vairākas dienas. Eksperimenti ar saulgriežu ir parādījuši, ka saulrasas dziedzeru jutīgums ir daudz augstāks nekā nervu galiem cilvēka mēles galā.

Tuvojoties augsto purvu nomalēm, kur plūst ar minerālvielām bagātināti ūdeņi, redzami mezotrofiskajam uzturam pielāgoti augi: purva kalla, trīslapu pulkstenis, purva ķīnīte un citi.

8. uzdevums. Noteikt atklāto augu sugu piederību ģimenēm. Aizpildiet tabulu.

Visizplatītākais koku kārtas pārstāvis augstajā purvā ir Scotch priede(Pinus sylvestris). Tomēr tās augšanu nomāc ūdens pārpilnība, neliels minerālvielu daudzums un kūdras skābekļa samazināšanās. Purvos augošās priedes atšķiras no augstienes ar savu uzbūvi, par ko tika runāts 20. gadsimta sākumā. rakstīja V.N. Sukačovs. Viņiem ir īsākas adatas, kurās ir vairāk sveķu eju, mazāki čiekuri un sēklas, cita stumbra forma. Viņu koksne ir blīva, tāpēc tā ilgstoši nesabrūk, gada gredzeni ir plāni, un stumbra augšana augstumā ir ļoti lēna.

9. uzdevums. Vizuāli nosakiet priedes augstumu un aprēķiniet vecumu pēc stiebriem uz kātiem. Salīdziniet augu vecumu un augstumu sausākās un mitrākās dobes vietās.

No citiem augiem purvos var atrast pūkains bērzs(Betula pubescens), kas kopā ar priedi veido retas mežaudzes. Bērza augstums un stumbra diametrs ir atkarīgs no augšanas vietas.

10. uzdevums. Nosakiet augstā purva augu slāņojumu. Augu sugu nosaukumus ierakstiet tabulas atbilstošajās ailēs.

Atbildiet uz jautājumu: kā jūs izskaidrotu purva ekosistēmas veģetācijas ierobežoto sugu sastāvu?

5. Patērētāji

Ekskursijas ceturtais posms ir veltīts patērētāju sugu daudzveidībai un pielāgošanās videi. Bezmugurkaulnieku fauna ir daudzveidīga un atkarīga no biotopa: ezera (ūdens virsma, ūdens stabs, dibena un grunts nogulumi), koksnes veģetācija un āra telpa.

Pirms stāsta par purvu entomofaunu sākšanas skolotājs skolēniem izdala tabulas. 1 un 2 un lūdz aizpildīt tukšās ailes ekskursijas laikā - ievadīt aplūkojamo un ģints definēto dzīvnieku nosaukumus vai norādīt konkrētas dzīvnieku grupas klātbūtni ar “+” zīmi (11. un 12. uzdevums).

Bezmugurkaulnieku faunas novērošanu vēlams sākt no ezera.

Uz ūdens virsmas skolēni var redzēt plēsīgos kukaiņus, kas barojas ar maziem dzīvniekiem, kuri nejauši nolaižas uz ūdens virsmas. Šie kukaiņi ietver lielais ūdens sodītājs(Gerris rufoscutellatus) Un bruņotais ūdens sodītājs(G. thoracicus), un vērpēji(Gurinus). Šiem kukaiņiem ir ūdens kāpuri, kuru attīstība ne vienmēr ir saistīta ar šo konkrēto rezervuāru. To apliecina fakts, ka purvu ezeros nav piemērotu apstākļu minēto kukaiņu attīstībai. Tā, piemēram, virpuļvannas kāpuram ir trahejas žaunas, un tā dzīvo grunts substrātā, kas purva apstākļos ir ļoti noplicināts ar skābekli; Ūdens strideris parasti dēj olas uz ūdensaugu lapām, un nav nevienas augstāko ūdensaugu lapas, kas piemērotas dēšanai ezeros.

Īpaša salīdzinoši lielu un ļoti aktīvu plēsēju grupa ir smūtijus(Notonecta glauca) un dažādi veidi airētāji(Corixa). Gladišs dzīvo tuvos virsmas slāņos, jo. gaisa padeve, ko tas nes sev līdzi, ievērojami palielina peldspēju. Airētāji ir mazāk mobili. Viņi pārvadā gaisa padevi zem savas elytras un var ilgāk palikt zem ūdens. Šīm sugām nepieciešama iegremdēta vai peldoša ūdens veģetācija, kurai tās var pievienoties. Šie kukaiņi var būt arī migranti, kā viņi aktīvi lidot vakarā.

Ūdens kolonnā ūdens ērces dažādi veidi veido lielu ūdens plēsēju grupu, kas galvenokārt medī mazos zemākos vēžveidīgos (dafnijas, ciklopus utt.), kā arī mazus kukaiņu kāpurus. Šīs patērētāja sugas to absolūtās neēdamības dēļ noslēdz īsās barības ķēdes.

Dziļu (vairāk nekā 1 m) tuvu grunts ūdens slāņu un grunts nogulumu izpēte liecina par faunas nabadzību. Tas ir saistīts ar zemo ūdens temperatūru un augstu skābumu, kas neveicina grunts augu nogulumu baktēriju sadalīšanos un vides piesātinājumu ar skābekli. Šādu nogulumu mikroskopiskie pētījumi atklāj amēbas ar silikāta čaumalām ( Arcella). Purva ekosistēmā šīs sugas ir detritivores. Maz ticams, ka jūs varēsit satikt ūdens mīkstmiešus, jo to kaļķainās čaulas ātri sadalās skāba vide. Līdz ar to arī anelīdu pārstāvjus - dēles, galvenos ūdens gliemju patērētājus - būs grūti atklāt.

Pēc tam skolēni turpina ceļu pa grēdu, un skolotājs stāsta par bezmugurkaulniekiem, kas dzīvo ārpus ūdens.

Sfagnu virsmas slānī dzīvo mikroskopiskās ērces, zirnekļveidīgo klases pārstāvji. Apakšējos sūnu slāņos apdzīvo vēžveidīgie, mazie vēžveidīgie un tardigradi, kuriem augsnes veidošanā nav būtiskas nozīmes. Tā kā augstā purva purva veģetāciju galvenokārt pārstāv bryofīti un vēja apputeksnētie ziedaugi, apputeksnējošie kukaiņi sastopami sporādiski. Ieslēgts purva cinquefoil(Comarum palustre) var atrast dažas kameņu sugas, kā arī bišu un kameņu mušas. Uz robežas starp purvu un mežu būs robežefekts, un var sagaidīt lielāku ar noteiktiem lopbarības augiem saistītu apputeksnētāju kukaiņu daudzveidību.

Augstie purvi ir dažādu "nemalārijas" odu sugu vairošanās vieta. Skolēniem būs interesanti uzzināt, ka iezīmēto īpatņu novērošanas metode ir izveidojusi odu apmetšanos no ūdenskrātuves attālumos līdz 18 km. Sugām nepiemēroti purva apstākļi Anofelis kamēr moskītu kāpuri Culex ir galvenais posms pārtikas ķēdē. Skolotājs var nosaukt odu ģinšu atšķirīgās pazīmes Culex Un Anofelis. Svarīgi skolēniem atgādināt, ka pieaugušiem odiem notiek pārtikas diferenciācija pēc dzimuma, kā rezultātā tēviņi un mātītes pieder pie dažādiem trofiskiem līmeņiem. Tēviņi ir 1. kārtas patērētāji, kas barojas ar augu sulām; mātītes kā asinssūcēji kukaiņi ir turpmāku pasūtījumu patērētājas citās pārtikas ķēdēs.

Atklātā vieta virs purva ir lieliska medību vieta spārēm, kas ir aktīvi plēsēji, kas meklē barību lidojuma laikā. Biežāk nekā citi purvā var sastapt skaidri redzamu lielu spāres dzīvoklis(Libellula depressa), kā arī līdzīgas spāre četrplankumains(L.quadrimaculatum), kuram ir iegarenāks vēders un nemelninātas pirmā spārnu pāra pamatnes.

Ir zināms, ka visas spāres ūdenī iziet nepilnīgas transformācijas kāpuru stadiju. Kāpuri elpo ar ūdenī izšķīdinātu skābekli ar iekšējo (taisnās zarnas) žaunu (spāres) vai ar trīs ārējo trahejas vēdera žaunu (spārēm) palīdzību. Visu spāru sugu kāpuri ir aktīvi plēsēji, un dažreiz par viņu upuriem kļūst diezgan lieli ūdens dzīvnieki - kurkuļi, zivju mazuļi. Tomēr ūdens izsīkuma skābekļa un nepietiekamas pārtikas piegādes dēļ spāru kāpuri purva ekosistēmā ir reti sastopami.

Virzoties pa grēdu purva malas virzienā, skolotāja stāsta par koku kaitēkļiem un demonstrē to radītos postījumus. Augstajā purvā aug daži koki nomāktā stāvoklī: parastā priede, pūkains bērzs, kārkli. Tieši ar viņiem ir saistīti daži augu produktu patērētāji.

Lielo raibo un melno dzeņu pēdas liecina, ka priedes ir invadētas ar spieķu kāpuriem. Zem atmirušās mizas var atrast to kāpuru ejas un "šūpuļus". Zem mirušo priežu mizas ir skaidri redzami brūngani milti. tipogrāfs mizgrauzis(Ips typographus), kas atrodas paralēli koka asij, dzemdes ejām, kā arī daudzām lidojuma atverēm. Zem beigtu priežu mizas redzami arī divkājainie plēsīgie simtkāji.

Dažiem bērziem miza ir perforēta bērzu aplievas(Scolytus ratzeburgi) ir lielākais mizgraužu dzimtas pārstāvis ( Ipidae). Uz bērzu lapām vienmēr ir sastopamas bērzu laputis un kožu kāpuri.

Uz bērza un priedes redzami arī citi aktīvi augu valsts produktu patērētāji - bērza un priedes zāģlapsenes kāpuri, kurus no Lepidoptera kāpurķēdēm viegli atšķirt pēc vizuālajām pazīmēm: skaidri izteiktas vienkāršas acis, 11 kāju pāri (8 vēdera + 3 krūšu kāpuri).

Un, visbeidzot, aplūkojot bērzu un vītolu lapas, var atrast sīko kukaiņu, to kāpuru, kā arī ērču aktivitātes pēdas. Tās ir kodumu, grauzumu, mezofila apēšanas pēdas (mining), t.i. viss, kas virspusējas pārbaudes laikā parasti izkļūst acīs.

Virzoties pa grēdu uz purva malu, skolotājs var demonstrēt skolēniem melnā koka skudras darba rezultātu uz dažu egļu koksnes. Tajā pašā laikā stumbra centrālā daļa pie to pamatnes bieži pārvēršas par pergamenta putekļiem.

Skolotājs var ieteikt skolēniem ekskursijas laikā savākt nelielu bojāto lapu herbāriju un pēc tam laboratorijā noteikt savu patērētāju sugu. Līdzīgi laboratorijas apstākļos ir lietderīgi ņemt vērā sfagnu sūnu populāciju - mikroskopiskās zālēdājas un plēsīgās ērces.

Vēlreiz jāatzīmē, ka augstais purvs ir unikāla kopiena, kurā augi var darboties kā 2. un pat 3. kārtas patērētāji: gar grēdām aug saulīte, ezeros – pemfigus.

Stāsts par purva ekosistēmas patērētājiem būtu nepilnīgs, neminot mugurkaulniekus. To sugu daudzveidība ir salīdzinoši zema. Pie virsmas peldošo ezeru un lidojošo kukaiņu patērētāji ir dīķa vardes (Rana esculenta), kuru daudzums vasarā ir tieši atkarīgs no iepriekš minēto kukaiņu biomasas. Zināmā attālumā no ūdens malas - uz grēdām - ir divas cieši saistītas sugas: zāles varde(R. temporaria) Un purva varde(R.arvalis). Reptiļu klase ir pārstāvēta dzīvdzemdību ķirzaka(Lacerta viviparia) Un parastā odze(Vipera berus), kuru ziemošanas vietas ir tikai augstajos purvos.

No putniem Maskavas apgabala augstajā purvā jūs varat satikt meža pīle(Anas platyrhynchos), kas ir 1. pasūtījuma patērētājs. Pārstāvēti 2. pasūtījuma patērētāji parastā dzeguze(Cuculus canorus), ķerot gaisā kukaiņus, dažas dzeņu sugas, pļavas pipit(Anthus pratensis), cielavas(Motacilla sp.), savācot no virsmas mazus bezmugurkaulniekus. Uz purva un meža robežas iespējams satikties ar siskin(spinus spinus) Un auzu pārslu-remez(Emberiza rustica). Jāpiebilst, ka vairumam uzskaitīto putnu sugu barības bāze neaprobežojas tikai ar bezmugurkaulniekiem un tie labprāt lieto arī augu pumpurus, to sēklas un ogas, kas ir attaisnojams purva ekosistēmas piedāvātajos sliktā uztura apstākļos. Maskavas reģionā plēsīgie putni ir reti sastopami, un to ekoloģisko nišu (3. kārtas patērētāji) acīmredzot aizņem kaijas(Larusa minūtes). No zīdītājiem purvu var apmeklēt alnis(Alces alces).

6. Reduktori

Sadalītāju loma purva ekosistēmā nav tik liela kā citās ekosistēmās, kas ir saistīts ar abiotisko faktoru īpatnībām. Joprojām dažu saknēs segsēkļi jūs varat redzēt mikorizu. Vasarā un rudenī purvā aug dažādu sēņu augļķermeņi (rudenī - baravikas un baravikas). Baktēriju aktivitāte purvos ir samazināta, jo. sūnu izdalītie fenoli kavē mikrobioloģiskos procesus. Zemais organisko vielu sadalīšanās ātrums savukārt veicina kūdras uzkrāšanos purva ekosistēmā.

Sakarā ar to, ka ekskursija ir diezgan gara un informatīva, teorētiskā bāze purva ekosistēmas organizēšanu viņai var pastāstīt klases stundā.
Priekš zināšanu pārbaude kas iegūti ekskursijas laikā, skolotājs dod skolēniem uzdevumus. Uzdevumus var izpildīt grupās un pēc tam apspriest klasē. Ar radošu pieeju uzdevuma izpildei skolēni var veidot zīmējumus, kolāžas, diagrammas.

Uzdevumi, lai pārbaudītu ekskursijā iegūtās zināšanas

1. Pierādiet, ka purvs ir ekosistēma.
2. Pierādiet, ka purvs ir ekosistēma, kas ir stabila laika gaitā.
3. Izveidot purva kā ekosistēmas aprakstu pēc plāna: augsnes īpatnības, ūdens režīms, floras un faunas īpatnības.
4. Iedomājieties, ka, ejot pa mežu, pa ceļam satikāt purvu. Ko jūs darīsit, lai noteiktu tā veidu? Pēc kāda pamata var atšķirt augstienes purvu no zemienes?
5. Izmantojot divus vai trīs piemērus, parādīt augu pielāgošanās spēju purva abiotiskajiem faktoriem.
6. Uzzīmējiet augstā purva iemītnieku barības tīkla diagrammu.
7. Seminārs par tēmu "Mitrāju ekosistēmas vērtība, izmantošana un aizsardzība"

Gatavošanās semināram sākas divas nedēļas pirms tā norises. Pie stenda Pētījumi studenti” tiek ievietots semināra tēmas nosaukums, jautājumu saraksts un ieteicamās literatūras saraksts. Studentiem tiek piedāvātas šādas tēmas ziņojumu sagatavošanai.

1. Purvu nozīme ainavas hidroloģiskā režīma regulēšanā.
2. Purvu nozīme ģeoķīmisko procesu regulēšanā biosfērā.
3. Purvu nozīme biosfēras bioloģiskās un ainaviskās daudzveidības saglabāšanā.
4. Cilvēka purva izmantošana.

Lai kontrolētu gatavošanās semināram gaitu, skolotājs vada konsultācijas, kuru laikā analizē un labo paveikto, sniedz ieteikumus un pārskata izpildītos uzdevumus.

Seminārs sākas ar skolotāja ievadrunu, kas formulē galvenos stundas mērķus, sniedz īss apraksts tēmu, uzsver tās praktisko nozīmi. Izmantojot herbārija materiālu, tabulas, slaidus, skolotājs aktivizē skolēnu ekskursijā iegūtās zināšanas par purvu kā ekosistēmu. Studenti atceras augu un dzīvnieku pamatattiecības ekosistēmā. Ar skolotāja palīdzību skolēni formulē secinājumu, ka biogeocenozes barības ķēdēs organiskās vielas sintezējas un atkārtoti transformējas, kā rezultātā biosfērā notiek nepārtraukta vielu cirkulācija.

Pēc tam skolotājs iepazīstina skolēnus ar purvu bioloģisko produktivitāti, atklāj galvenās atšķirības starp mežu un purvu patieso augšanu. Ja mežā īstā izaugsme koncentrējas kokos (tie aug), tad purvā par aptuveni 10–20% pārvēršas kūdrā. Pateicoties tam, izaug purvi. Pārējā pieauguma daļa (80–90%) sadalās, sadalās ķīmiskajos elementos un nonāk nākamajā ciklā. Vielas, kas nonākušas kūdrā, tiek izslēgtas no vielu aprites dabā.

Skolēnu referātos par purva ekosistēmas biosfēras funkcijām aplūkotas šādas purvu nozīmes.

1. Gruntsūdeņu un pazemes ūdens resursu veidošanās.
2. Palu ūdens noteces regulēšana.
3. Aizsardzība pret sālsūdens iekļūšanu pazemes un virszemes saldūdeņos.
4. Suspendēto daļiņu aizturēšana.
5. Dzīvnieku barības vielu uzkrāšanās.
6. Toksisko vielu izvadīšana.
7. Globālā oglekļa uzglabāšana.
8. Mikroklimata uzturēšana.
9. Augu un dzīvnieku biotopu, tostarp reto sugu, saglabāšana.

Skolēnu stāstos par purvu praktisko nozīmi jāuzsāk cilvēku lietošanas jautājumi:

- ārstniecības augi;
– dažu augu un dzīvnieku sugu genofonds selekcijai;
- ogas un sēnes.

Studenti var runāt arī par kūdras dažādajiem izmantošanas veidiem (celtniecībā, papīra ražošanā, lauksaimniecībā, medicīnā, kurināmā).

Skolotāja papildina skolēnu vēstījumus ar stāstījumu par kūdras ieguves metodēm (frēzēšana, rakšana, hidrauliskā), vērš bērnu uzmanību uz meliorācijas negatīvajām sekām. Pabeidzot kūdras īpašību apskatu, skolotāja stāsta par kūdras spēju saglabāt cilvēka dzīves objektus, materiālās kultūras pēdas.

Lai nostiprinātu apgūto materiālu, skolotājs pirms nodarbības sākuma piedāvā skolēniem sekojošus jautājumus, uz kuriem jāatbild stundas beigās (vai mājās).

1. Kāpēc, nosusinot purvus, pazeminās gruntsūdeņu līmenis?
2. Kā purvi regulē palu ūdens noteci?
3. Pastāv uzskats, ka meži ir planētas plaušas, straumi un upes ir tās asinsrites sistēma, bet purvi uz Zemes darbojas kā aknas un plaušas. Vai piekrītat šim apgalvojumam? Pamato savu atbildi.
4. Kā var uzkrāties barības vielas un izvadīt toksiskas vielas grunts nogulumi purvi?
5. Kuras no purvā dzīvojošajām augu un dzīvnieku sugām ir iekļautas Sarkanajā grāmatā?
6. Kā jūs saprotat apgalvojumu, ka purvs ir globāla oglekļa krātuve?
7. Kā purvu izzušana var veicināt siltumnīcas efektu?

Fitofāgi un plēsēji

Ekosistēmas dzīvās vielas struktūra. Biotiskā struktūra. Autotrofi un heterotrofi

Ekosistēma. Ekosistēmas iezīmes

Ekosistēmas homeostāze. ekoloģiskās pēctecības. Dabiskās un antropogēnās sukcesijas veidi. Ekosistēmu kulminācijas, stabilitātes un mainīguma jēdzieni.

populācijas ekosistēmā.

Ražotāji. Patērētāji I, II pasūtījums. Detritofāgi. Reduktori.

Fitofāgi un plēsēji.

Ekosistēmas dzīvās vielas struktūra. Biotiskā struktūra. Autotrofi un heterotrofi.

Ekosistēma. Ekosistēmas iezīmes.

3. tēma. Ekosistēma. Ekosistēmu struktūra

Biopatēriņš. Populācijas lielums un biosfēras ilgtspējība

Noosfēras un tehnosfēras jēdzieni

Terminu "ekosistēma" ierosināja angļu ekologs A. Tenslijs 1935. gadā.

Ekosistēma ir jebkurš dzīvu organismu un vides apstākļu kopums, kas mijiedarbojas.

“Jebkura vienība (biosistēma), kas ietver visus līdzfunkcionējos organismus (biotisko kopienu) noteiktā apgabalā un mijiedarbojas ar fizisko vidi tādā veidā, ka enerģijas plūsma rada precīzi noteiktas biotiskās struktūras un vielu cirkulāciju starp dzīvām un nedzīvām daļām, ir ekoloģiskā sistēma, vai ekosistēma"(Yu. Odum, 1986).

Ekosistēmas ir, piemēram, skudru pūžņi, meža platība, fermas teritorija, māja kosmosa kuģis, ģeogrāfiska ainava vai pat visa zemeslode.

Ekologi lieto arī terminu "biogeocenoze", ko ierosinājis krievu zinātnieks V.N. Sukačovs. Šis termins attiecas uz augu, dzīvnieku, mikroorganismu, augsnes un atmosfēras kopumu viendabīgā zemes platībā. Biogeocenoze ir viena no ekosistēmas iespējām.

Starp ekosistēmām, kā arī starp biogeocenozēm parasti nav skaidru robežu, un viena ekosistēma pakāpeniski pāriet citā. Lielas ekosistēmas sastāv no mazākām ekosistēmām.

Rīsi. Ekosistēmu "matrjoška".

Uz att. parādīta ekosistēmu "matrjoška". Jo mazāks ir ekosistēmas izmērs, jo ciešāk to veidojošie organismi mijiedarbojas. Skudru pūznī dzīvo organizēta skudru komanda, kurā ir sadalīti visi pienākumi. Ir mednieku skudras, sargi, celtnieki.

Skudru pūžņa ekosistēma ir daļa no meža biogeocenozes, un meža biogeocenoze ir daļa no ģeogrāfiskās ainavas. Meža ekosistēmas sastāvs ir sarežģītāks, mežā vienkopus dzīvo daudzu dzīvnieku, augu, sēņu un baktēriju sugu pārstāvji. Savienojumi starp tiem nav tik cieši kā skudrām skudru pūznī. Daudzi dzīvnieki meža ekosistēmā pavada tikai daļu sava laika.

Ainavas ietvaros dažādas biogeocenozes savieno virszemes un pazemes ūdens kustība, kurā izšķīst minerāli. Ūdens ar minerālvielām visintensīvāk pārvietojas sateces baseinā - ūdenskrātuvē (ezerā, upē) un tai piegulošajās nogāzēs, no kurām šajā rezervuārā ieplūst virszemes un pazemes ūdeņi. Sateces baseina ekosistēma ietver vairākas dažādas ekosistēmas - mežu, pļavu, aramzemi. Visu šo ekosistēmu organismiem var nebūt tiešas attiecības, un tie ir saistīti ar pazemes un virszemes ūdens plūsmām, kas virzās uz rezervuāru.

Ainavas ietvaros tiek pārnestas augu sēklas, pārvietojas dzīvnieki. Lapsas bedre vai vilku midzenis atrodas vienā biogeocenozē, un šie plēsēji medī plašā teritorijā, kas sastāv no vairākām biogeocenozēm.

Ainavas tiek apvienotas fiziskos un ģeogrāfiskos reģionos (piemēram, Krievijas līdzenums, Rietumsibīrijas zemiene), kur dažādas biogeocenozes savieno kopīgs klimats, ģeoloģiskā struktūra teritorija un dzīvnieku un augu pārvietošanas iespēja. Attiecības starp organismiem, tostarp cilvēkiem, fiziski ģeogrāfiskā reģiona ekosistēmās un biosfērā tiek veiktas, mainoties atmosfēras gāzu sastāvam un ķīmiskais sastāvs rezervuāri.

Visbeidzot, visas zemeslodes ekosistēmas ir savienotas caur atmosfēru un Pasaules okeānu, kurā nonāk organismu dzīvībai svarīgās darbības produkti, un veido vienotu veselumu - biosfēra.

Ekosistēma ietver:

1) dzīvie organismi (to kopumu var saukt par biocenozi vai ekosistēmas biotu);

2) nedzīvi (abiotiskie) faktori - atmosfēra, ūdens, barības vielas, gaisma;

3) atmirušās organiskās vielas - detrīts.

Īpaši svarīgi ekosistēmu piešķiršanai ir trofisks , t.i. organismu uztura attiecības, kas regulē visu biotisko kopienu enerģiju un visu ekosistēmu kopumā.

Pirmkārt, visi organismi ir sadalīti divās lielās grupās - autotrofos un heterotrofos.

autotrofisks organismi savai eksistencei izmanto neorganiskus avotus, tādējādi veidojot organisko vielu no neorganiskām vielām. Pie šādiem organismiem pieder zemes un ūdens vides fotosintēzes zaļie augi, zilaļģes, dažas ķīmijas sintēzes rezultātā radušās baktērijas utt.

Tā kā organismi ir diezgan dažādi pēc uztura veidiem un formām, tie savā starpā nonāk sarežģītā trofiskā mijiedarbībā, tādējādi pildot svarīgākās ekoloģiskās funkcijas biotiskajās kopienās. Daži no tiem ražo produktus, citi patērē, bet citi to pārveido neorganiskā formā. Tos sauc attiecīgi: ražotāji, patērētāji un sadalītāji.

Ražotāji- tādu produktu ražotāji, ar kuriem pēc tam barojas visi pārējie organismi - tie ir sauszemes zaļie augi, mikroskopiskas jūras un saldūdens aļģes, kas ražo organiskās vielas no neorganiskie savienojumi.

Patērētāji ir organisko vielu patērētāji. Starp tiem ir dzīvnieki, kas patērē tikai augu pārtiku - zālēdāji(govs) vai ēst tikai citu dzīvnieku gaļu - gaļēdāji(plēsēji), kā arī tie, kas izmanto abus - " visēdāji"(cilvēks, lācis).

Reduktori (iznīcinātāji)- restauratori. Tie atgriež vielas no mirušiem organismiem atpakaļ uz nedzīvu dabu, sadalot organiskās vielas vienkāršos neorganiskos savienojumos un elementos (piemēram, par CO 2, NO 2 un H 2 O). Atgriežoties pie augsnes vai ūdens vide biogēnos elementus, tādējādi tie pabeidz bioķīmisko ciklu. To veic galvenokārt baktērijas, vairums citu mikroorganismu un sēnīšu. Funkcionāli sadalītāji ir vieni un tie paši patērētāji, tāpēc tos bieži sauc mikropatērētāji.

A.G. Baņņikovs (1977) uzskata, ka arī kukaiņiem ir liela nozīme mirušo organisko vielu sadalīšanā un augsnes veidošanās procesos.

Mikroorganismus, baktērijas un citas sarežģītākas formas atkarībā no dzīvotnes iedala aerobikas, t.i. dzīvojot skābekļa klātbūtnē, un anaerobs dzīvo vidē, kurā nav skābekļa.

Visi dzīvie organismi ir sadalīti divās grupās pēc uztura metodes:

autotrofi(no grieķu val. automašīnas- sevi un trofo- uzturs);

heterotrofi(no grieķu val. heteros- cits).

Autotrofi izmantot neorganisko oglekli ( neorganiskie enerģijas avoti) un sintezē organiskās vielas no neorganiskajām, tie ir ekosistēmas ražotāji. Pēc enerģijas avota (izmantotās) tos savukārt iedala divās grupās:

Fotoautotrofi- saules enerģiju izmanto organisko vielu sintēzei. Tie ir zaļie augi, kuriem ir hlorofils (un citi pigmenti) un tie absorbē saules gaismu. Procesu, kurā tas tiek absorbēts, sauc par fotosintēzi.

(Hlorofils ir zaļš pigments, kura dēļ augu hloroplastu krāsa kļūst zaļa. Ar tā līdzdalību tiek veikts fotosintēzes process.

Choroplasti ir zaļie plastidi, kas atrodami augu šūnās un dažās baktērijās. Tos izmanto fotosintēzei.)

Ķīmijautotrofi izmanto organisko vielu sintēzei ķīmiskā enerģija. Tās ir sēra baktērijas un dzelzs baktērijas, kas iegūst enerģiju no sēra un dzelzs savienojumu oksidēšanas (ķīmosintēzes). Ķīmoautotrofiem ir nozīmīga loma tikai gruntsūdeņu ekosistēmās. To loma sauszemes ekosistēmās ir salīdzinoši neliela.

Heterotrofi tie izmanto organisko vielu oglekli, ko sintezē ražotāji, un kopā ar šīm vielām saņem enerģiju. Heterotrofi ir patērētājiem(no lat. consumo- Es patērēju), patērējot organiskās vielas, un sadalītāji, sadalot to vienkāršos savienojumos.

Fitofāgi(zālēdāji). Tajos ietilpst dzīvnieki, kas barojas ar dzīviem augiem. Fitofāgos ietilpst gan mazi dzīvnieki, piemēram, laputis vai sienāži, gan milži, piemēram, ziloņi. Fitofāgos ietilpst gandrīz visi lauksaimniecības dzīvnieki: govis, zirgi, aitas, truši. Starp ūdens organismiem ir fitofāgi, piemēram, amūri, kas ēd augus, kas aizaug apūdeņošanas kanāliem. Svarīgs fitofāgs – bebrs. Pārtiek no koku zariem, un no stumbriem būvē teritorijas ūdens režīmu regulējošus dambjus.

Zoofāgi(plēsēji, plēsēji). Zoofāgi ir dažādi. Tie ir mazi dzīvnieki, kas barojas ar amēbām, tārpiem vai vēžveidīgajiem. Un lielie, kā vilks. Plēsējus, kas barojas ar mazākiem plēsējiem, sauc par otrās kārtas plēsējiem. Ir plēsīgi augi (rasa, pemfigus), kas izmanto kukaiņus kā pārtiku.

Simbiotrofi. Tās ir baktērijas un sēnītes, kas barojas ar augu sakņu sekrētiem. Simbiotrofi ir ļoti svarīgi ekosistēmas dzīvībai. Sēņu pavedieni, kas sapinās augu saknēs, veicina ūdens un minerālvielu uzsūkšanos. Simbiotrofās baktērijas no atmosfēras absorbē gāzveida slāpekli un saista to augiem pieejamos savienojumos (amonjaks, nitrāti). Šo slāpekli sauc par bioloģisko (atšķirībā no minerālmēslu slāpekļa).

Pie simbiotrofiem pieder arī mikroorganismi (baktērijas, vienšūnu dzīvnieki), kas dzīvo fitofāgu dzīvnieku gremošanas traktā un palīdz tiem sagremot barību. Dzīvnieki, piemēram, govis, bez simbiotrofu palīdzības nespēj sagremot apēsto zāli.

Detritofāgi ir organismi, kas barojas ar mirušām organiskām vielām. Tie ir simtkāji, sliekas, mēslu vaboles, vēži, krabji, šakāļi un daudzi citi.

Daži organismi pārtikā izmanto gan augus, gan dzīvniekus un pat detrītu, un tie ir eirifāgi (visēdāji) – lācis, lapsa, cūka, žurka, vista, vārna, tarakāni. Euryphage arī ir vīrietis.

sadalītāji- organismi, kas pēc savas atrašanās vietas ekosistēmā ir tuvu detritofāgiem, jo ​​tie barojas arī ar mirušām organiskām vielām. Taču sadalītāji – baktērijas un sēnītes – sadala organiskās vielas līdz minerālsavienojumiem, kas atgriežas augsnes šķīdumā un atkal tiek izmantoti augiem.

Reducētājiem vajadzīgs laiks, lai apstrādātu līķus. Tāpēc ekosistēmā vienmēr ir detrīts - mirušo organisko vielu piegāde. Detrīts ir lapu atkritumi uz meža augsnes virsmas (saglabājas 2-3 gadus), krituša koka stumbrs (saglabājas 5-10 gadus), augsnes trūdviela (saglabājas simtiem gadu), organisko vielu nogulsnes ezera dibenā - sapropelis - un kūdra purvā (saglabājas tūkstošiem gadu). Visilgāk noturīgākie detrīti ir ogles un nafta.

Uz att. ir parādīta ekosistēmas struktūra, kuras pamatā ir augi - fotoautotrofi, un tabulā parādīti dažādu trofisko grupu pārstāvju piemēri dažām ekosistēmām.

Rīsi. Ekosistēmas struktūra

Autotrofu radītās organiskās vielas kalpo kā barība un enerģijas avots heterotrofiem: fitofāgu patērētāji ēd augus, pirmās kārtas plēsēji ēd fitofāgus, otrās kārtas plēsēji ēd pirmās kārtas plēsējus utt. Šo organismu secību sauc barības ķēde, tās saites atrodas dažādos trofiskajos līmeņos (attēlo dažādas trofiskās grupas).

Trofiskais līmenis ir katras pārtikas ķēdes saites atrašanās vieta. Pirmais trofiskais līmenis ir ražotāji, visi pārējie ir patērētāji. Otrais trofiskais līmenis ir zālēdāji patērētāji; trešais ir gaļēdāji, kas barojas ar zālēdāju formām; ceturtais - patērētāji, kas patērē citus plēsējus u.c. tāpēc ir iespējams sadalīt patērētājus pa līmeņiem: pirmā, otrā, trešā utt patērētāji. pasūtījumi (att.).

Rīsi. Organismu uztura attiecības biogeocenozē

Tikai patērētāji, kas specializējas noteikta veida pārtikas produktos, ir skaidri sadalīti pa līmeņiem. Tomēr ir sugas, kas ēd gaļu un augu pārtiku (cilvēki, lāči utt.), kuras var iekļaut barības ķēdēs jebkurā līmenī.

Uz att. ir doti pieci pārtikas ķēžu piemēri.

Rīsi. Dažas barības ķēdes ekosistēmās

Pirmās divas barības ķēdes pārstāv dabiskās ekosistēmas – sauszemes un ūdens. Sauszemes ekosistēmā plēsēji, piemēram, lapsa, vilks, ērgļi, kas barojas ar pelēm vai zemes vāverēm, noslēdz ķēdi. Ūdens ekosistēmā saules enerģija, ko asimilē galvenokārt aļģes, pāriet pie mazajiem patērētājiem - dafnijām, pēc tam pie mazajām zivtiņām (raudām) un, visbeidzot, pie lielajiem plēsējiem - līdakām, samiem, zandartiem. Lauksaimniecības ekosistēmās barības ķēde var būt pilnīga, kad tiek audzēti lauksaimniecības dzīvnieki (trešais piemērs), vai saīsināta, kad tiek audzēti augi, kurus cilvēki tieši izmanto kā pārtiku (ceturtais piemērs).

Iepriekš minētie piemēri vienkāršo reālo ainu, jo vienu un to pašu augu var ēst dažādi zālēdāji, un tie, savukārt, kļūst par dažādu plēsēju upuriem. Auga lapu var apēst kāpurs vai gliemezis, kāpurs var kļūt par upuri vabolei vai kukaiņēdājam putnam, kas vienlaikus var knābāt arī pašu vaboli. Vabole var kļūt arī par zirnekļa upuri. Tāpēc reālajā dabā veidojas nevis barības ķēdes, bet gan pārtikas tīkli.

Kad enerģija pārvietojas no viena trofiskā līmeņa uz citu (no augiem uz fitofāgiem, no fitofāgiem uz pirmās kārtas plēsējiem, no pirmās kārtas plēsējiem uz otrās kārtas plēsējiem), aptuveni 90% enerģijas tiek zaudēti kopā ar ekskrementiem un elpošanas izmaksām. Turklāt fitofāgi apēd tikai aptuveni 10% no augu biomasas, pārējais papildina detrīta krājumus un pēc tam to iznīcina sadalītāji. Tāpēc sekundārā bioloģiskā ražošana ir 20-50 reizes mazāka nekā primārā.

Rīsi. Galvenie ekosistēmu veidi

Tiek saukta jebkura organismu un neorganisko komponentu kopa, kurā var notikt vielu cirkulācija ekosistēma. Lai uzturētu vielu apriti sistēmā, ir nepieciešams neorganisko molekulu krājums asimilētā veidā un trīs funkcionāli atšķirīgas ekoloģiskās organismu grupas: ražotāji, patērētāji un sadalītāji.

Patērētāji (No lat. Patērēt - lietot) ir heterotrofiski organismi (visa dzīvā radība, kam nepieciešama organiskas izcelsmes pārtika), kas patērē ražotāju vai citu patērētāju organiskās vielas un pārveido to jaunās formās.

Atkarībā no enerģijas avotiem patērētāji tiek iedalīti trīs galvenajās klasēs:

- fitofāgi(zālēdāji) ir 1. kārtas patērētāji barojas tikai ar dzīviem augiem. Piemēram, putni ēd sēklas, pumpurus un lapas.

• - plēsoņa(gaļēdāji) - 2. kārtas patērētāji kas barojas tikai ar zālēdājiem (fitofāgiem), kā arī 3. kārtas patērētāji kas barojas tikai ar plēsējiem.
• - eirifāgi(visēdājs), kas var ēst gan augu, gan dzīvnieku pārtiku. Piemēri ir cūkas, žurkas, lapsas, tarakāni un cilvēki.

Termins "patērētājs (pirmā, otrā un tā tālāk) pasūtījums" ļauj precīzāk norādīt organisma vietu pārtikas ķēdē. Reducētāji (piemēram, sēnītes, pūšanas baktērijas) ir arī heterotrofi, tie atšķiras no patērētājiem ar spēju pilnībā sadalīt organiskās vielas (olbaltumvielas, ogļhidrātus, lipīdus un citas) līdz neorganiskām vielām (oglekļa dioksīds, amonjaks, urīnviela, sērūdeņradis), pabeidzot vielu ciklu dabā, veidojot substrātu darbību.

Viens organisms var būt dažādu kārtu patērētājs dažādās trofiskajās ķēdēs, piemēram, pūce, kas ēd peli, ir gan otrās, gan trešās kārtas patērētājs, bet pele ir pirmās un otrās kārtas patērētājs, jo pele ēd gan augus, gan zālēdājus kukaiņus.

Vienmēr tiek izsekota četru savstarpēji saistītu bloku klātbūtne: ražotājs - pirmās kārtas patērētājs - otrās kārtas patērētājs - sadalītājs. Tieši šī funkcionālā ķēde ir domāta, runājot par trofiskām vai barības ķēdēm ekosistēmā.

Patērētāju ekoloģiskā loma sastāv no ražotāju uzkrātās biomasas pārstrādes un jaunas, papildu biomasas radīšanas. Uz ražotāju rēķina viņi palielina savu biomasu, daļu enerģijas, protams, tērējot savas vitālās darbības nodrošināšanai, jo īpaši, izlaižot to vienā vai otrā veidā vidē (36. - 3. att.). Patiesībā tie pārdala matēriju un enerģiju laikā un telpā.

Patērētāji ne tikai izmanto priekšgājēju biomasu, lai palielinātu savu, bet bieži vien to vienkārši iznīcina, atvieglojot sadalītāju dzīvi.

Patērētāju vispārējā nozīme vielu ciklā savdabīgs un neviennozīmīgs. Tiešā cikla procesā tie nav nepieciešami: mākslīgās slēgtās modeļu sistēmas, kas sastāv no zaļajiem augiem un augsnes mikroorganismiem, mitruma un minerālsāļu klātbūtnē var pastāvēt neierobežoti, pateicoties fotosintēzei, augu atlieku iznīcināšanai un izdalīto elementu iesaistīšanai jaunā ciklā. Bet tas ir iespējams tikai stabilos laboratorijas apstākļos. Dabiskā vidē šādu vienkāršu sistēmu nāves iespējamība daudzu iemeslu dēļ palielinās. Cikla stabilitātes “garanti”, pirmkārt, ir patērētāji.

Pašu vielmaiņas procesā heterotrofi sadala pārtikas sastāvā iegūtās organiskās vielas un, pamatojoties uz to, veido sava ķermeņa vielas. To vielu transformācija, ko galvenokārt ražo autotrofi patērētāju organismos, izraisa pieaugumu dzīvās vielas daudzveidība. Daudzveidība ir nepieciešams nosacījums jebkuras kibernētiskās sistēmas stabilitātei uz ārējo un iekšējo traucējumu fona (Ešbija princips) Dzīvās sistēmas - no organisma līdz biosfērai kopumā - funkcionē pēc atgriezeniskās saites kibernētiskā principa. Turpmāk tekstā vairākkārt tiksimies ar dažādu bioloģiskās daudzveidības formu (bioloģiskās neviendabības) nozīmi ekosistēmu ilgtspējīgā funkcionēšanā.

Dzīvniekiem, kas veido lielāko daļu patērētāju organismu, ir raksturīga mobilitāte, spēja aktīvi pārvietoties telpā. Šādi viņi efektīvi piedalīties dzīvo vielu migrācijā, tā izkliede pa planētas virsmu, kas, no vienas puses, stimulē dzīvības telpisko nogulsnēšanos, no otras puses, kalpo kā sava veida “garantijas mehānisms” dzīvības iznīcināšanas gadījumā jebkurā vietā dažādu iemeslu dēļ.

Šādas "telpiskās garantijas" piemērs ir labi zināmā katastrofa par. Krakatau: 1883. gada vulkāna izvirduma rezultātā dzīvība salā tika pilnībā iznīcināta, taču tikai 50 gadu laikā tā atjaunojās - tika reģistrētas aptuveni 1200 sugas. Apmetne notika galvenokārt uz Javas, Sumatras un blakus esošo salu rēķina, kuras izvirdums neskāra, no kurienes dažādos veidos augi un dzīvnieki atkal apdzīvoja pelnu un sasalušu lavas plūsmu klāto salu. Tajā pašā laikā zilaļģu plēves vispirms (pēc 3 gadiem) parādījās uz vulkāniskā tufa un pelniem. Uz salas turpinās ilgtspējīgu kopienu izveides process; meža cenozes joprojām ir agrīnā sukcesijas stadijā, un to struktūra ir ievērojami vienkāršota.

Ņemiet vērā, ka dzīvo organismu sadalīšana ražotājos, patērētājos un sadalītājos ir pirmais bioloģiskās neviendabības līmenis.

Visbeidzot, patērētāju, galvenokārt dzīvnieku, loma ir ārkārtīgi svarīga, jo vielu un enerģijas plūsmu intensitātes regulatori pa trofiskajām ķēdēm. Spēja aktīvi regulēt biomasu un tās izmaiņu ātrumu ekosistēmu un atsevišķu sugu populāciju līmenī galu galā tiek realizēta, saglabājot atbilstību starp organisko vielu radīšanas un iznīcināšanas tempiem globālā cikla sistēmās. Šādā regulēšanas sistēmā piedalās ne tikai patērētāji, bet pēdējie (īpaši dzīvnieki) izceļas ar visaktīvāko un ātrāko reakciju uz jebkādiem blakus esošo trofisko līmeņu biomasas līdzsvara traucējumiem.

IN biocenozes dzīvie organismi ir cieši saistīti ne tikai viens ar otru, bet arī ar nedzīvā daba. Šī saikne izpaužas caur matēriju un enerģiju.

Metabolisms, kā zināms, ir viena no galvenajām dzīves izpausmēm. runājot mūsdienu valoda, organismi ir atvērti bioloģiskās sistēmas, jo tos ar vidi savieno pastāvīga vielas un enerģijas plūsma, kas iet cauri viņu ķermenim. Dzīvo būtņu materiālā atkarība no vides tika realizēta senajā Grieķijā. Filozofs Heraklīts tēlaini izteica šo parādību ar šādiem vārdiem: "Mūsu ķermeņi plūst kā straumes, un matērija tajās pastāvīgi atjaunojas kā ūdens straumē." Var izmērīt organisma materiālo-enerģētisko saikni ar vidi.

Pārtikas, ūdens, skābekļa piegāde dzīviem organismiem ir vielas plūsma no vidi. Pārtika satur enerģiju, kas nepieciešama šūnu un orgānu darbībai. Augi tieši absorbē enerģiju saules gaisma, uzglabājiet to ķīmiskās saites organiskos savienojumus, un pēc tam tas tiek pārdalīts caur pārtikas attiecībām biocenozēs.

V. N. Sukačovs
(1880 – 1967)

Lielākais krievu botāniķis, akadēmiķis
Bioģeocenoloģijas – zinātnes par dabas ekosistēmām pamatlicējs

Vielmaiņas procesos vielu un enerģijas plūsmas caur dzīviem organismiem ir ārkārtīgi lielas. Cilvēks, piemēram, savas dzīves laikā patērē desmitiem tonnu pārtikas un dzērienu, bet caur plaušām – daudzus miljonus litru gaisa. Daudzi organismi mijiedarbojas ar vidi vēl intensīvāk. Augi tērē no 200 līdz 800 vai vairāk gramiem ūdens, lai izveidotu katru savas masas gramu, ko tie iegūst no augsnes un iztvaiko atmosfērā. Vielas, kas nepieciešamas, lai fotosintēze, augus iegūst no augsnes, ūdens un gaisa.

Ar tādu vielu intensitāti, kas no neorganiskās dabas plūst uz dzīviem ķermeņiem, dzīvībai nepieciešamo savienojumu rezerves ir barības vielas– jau sen būtu izsmelts uz Zemes. Tomēr dzīvība neapstājas, jo biogēnie elementi pastāvīgi tiek atgriezti organismu apkārtējā vidē. Tas notiek biocenozēs, kur augu sintezēto sugu uztura attiecību rezultātā. organiskās vielas galu galā atkal sadalās līdz tādiem savienojumiem, kurus augi var izmantot atkārtoti. Lūk, kā vielu bioloģiskais cikls.

Tādējādi biocenoze ir daļa no vēl vairāk sarežģīta sistēma, kurā bez dzīviem organismiem ietilpst arī to nedzīvā vide, kas satur dzīvībai nepieciešamo vielu un enerģiju. Biocenoze nevar pastāvēt bez materiāla un enerģijas sakariem ar vidi. Tā rezultātā biocenoze ir zināma vienotība ar to.

A. Tanslijs
(1871 – 1955)

Angļu botāniķis ieviesa zinātnē jēdzienu "ekosistēma".

Tiek saukta jebkura organismu un neorganisko komponentu kombinācija, kurā var uzturēt vielu cirkulāciju ekoloģiskā sistēma, vai ekosistēma.

Dabiskās ekosistēmas var būt dažāda apjoma un garuma: neliela peļķe ar tās iemītniekiem, dīķis, okeāns, pļava, birzs, taiga, stepe – tie visi ir dažāda mēroga ekosistēmu piemēri. Jebkura ekosistēma ietver dzīvu daļu – biocenozi un tās fizisko vidi. Mazākas ekosistēmas ir daļa no arvien lielākām, līdz pat vispārējai Zemes ekosistēmai. Vispārējais vielas bioloģiskais cikls uz mūsu planētas sastāv arī no daudzu specifiskāku ciklu mijiedarbības. Ekosistēma var nodrošināt matērijas ciklu tikai tad, ja tā ietver četras tam nepieciešamās sastāvdaļas: biogēno elementu rezerves, ražotājiem, patērētājiem Un sadalītāji(1. att.).

Rīsi. 1. Nepieciešamās ekosistēmas sastāvdaļas

Ražotāji- tie ir zaļie augi, kas, izmantojot saules enerģijas plūsmas, rada organiskās vielas no biogēniem elementiem, tas ir, bioloģiskiem produktiem.

Patērētāji- šīs organiskās vielas patērētāji, pārstrādājot to jaunās formās. Dzīvnieki parasti darbojas kā patērētāji. Izšķir pirmās kārtas patērētājus - zālēdāju sugas un otrās kārtas - gaļēdājus.

sadalītāji- organismi, kas beidzot iznīcina organiskos savienojumus par minerāliem. Sadalītāju lomu biocenozēs galvenokārt veic sēnītes un baktērijas, kā arī citi mazie organismi, kas apstrādā augu un dzīvnieku mirušās atliekas (2. att.).

Rīsi. 2. Atmirušās koksnes iznīcinātāji (bronzovkas vabole un tās kāpurs; brieža vabole un tās kāpurs; lielā ozola bārbele un tā kāpurs; smirdošais sliekšņa tauriņš un tā kāpurs; sarkanā plakanvabole; tūkstoškājis kisjaks; melnā skudra; meža utis; slieka)

Dzīve uz Zemes norisinās jau aptuveni 4 miljardus gadu, bez pārtraukuma tieši tāpēc, ka tā notiek matērijas bioloģisko ciklu sistēmā. Tā pamatā ir augu fotosintēze un organismu barības attiecības biocenozēs. Tomēr vielas bioloģiskais cikls prasa pastāvīgu enerģijas patēriņu. Atšķirībā no ķīmiskajiem elementiem, kas atkārtoti tiek iesaistīti dzīvos ķermeņos, saules staru enerģiju, ko saglabā zaļie augi, organismi nevar izmantot bezgalīgi.

Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu enerģija nepazūd bez pēdām, tā tiek uzkrāta apkārtējā pasaulē, bet tā pāriet no vienas formas uz otru. Saskaņā ar otro termodinamikas likumu jebkuru enerģijas pārveidošanu pavada tās daļas pāreja uz stāvokli, kurā to vairs nevar izmantot darbam. Dzīvu būtņu šūnās enerģija, kas nodrošina ķīmiskās reakcijas, katras reakcijas laikā daļēji pārvēršas siltumā, un siltumu ķermenis izkliedē apkārtējā telpā. Tādējādi šūnu un orgānu sarežģīto darbu pavada enerģijas zudumi no ķermeņa. Katrs vielu aprites cikls atkarībā no biocenozes dalībnieku aktivitātes prasa arvien vairāk enerģijas.

Tādējādi dzīvība uz mūsu planētas tiek veikta kā pastāvīga matērijas cikls atbalstīts saules enerģijas plūsma. Dzīve tiek organizēta ne tikai biocenozēs, bet arī ekosistēmās, kurās pastāv cieša saikne starp dzīvajām un nedzīvajām dabas sastāvdaļām.

Ekosistēmu daudzveidība uz Zemes ir saistīta gan ar dzīvo organismu daudzveidību, gan ar fiziskās, ģeogrāfiskās vides apstākļiem. Tundra, mežs, stepe, tuksnesis vai trops kopienas ir savas bioloģisko ciklu īpašības un attiecības ar vidi. Arī ūdens ekosistēmas ir ļoti dažādas. Ekosistēmas atšķiras pēc bioloģisko ciklu ātruma un kopējā šajos ciklos iesaistītās vielas daudzuma.

Ekosistēmu stabilitātes pamatprincips – enerģijas plūsmas atbalstīta matērijas cirkulācija – pēc būtības nodrošina nebeidzamu dzīvības pastāvēšanu uz Zemes.

Pēc šī principa var organizēt gan ilgtspējīgas mākslīgās ekosistēmas, gan ražošanas tehnoloģijas, kurās tiek taupīts ūdens vai citi resursi. Organismu koordinētas darbības pārkāpums biocenozēs parasti rada nopietnas izmaiņas vielu ciklos ekosistēmās. Tas ir galvenais iemesls tam vides katastrofas, kā augsnes auglības samazināšanās, augu ražas samazināšanās, dzīvnieku augšana un produktivitāte, pakāpeniska dabiskās vides iznīcināšana.