Реферат: Совместное действие температуры и влажности. Экологические системы, биоценоз, биоциклы

Реферат: Совместное действие температуры и влажности. Экологические системы, биоценоз, биоциклы

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

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).

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).

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.

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.

2.1. 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.

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.

4.1. 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).

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 глубь Земли под влия­нием давления и высокой температуры (напр., интрузий) теряют воду, котораярая подни­мается по порам пород и появляется в виде горячих источников пли пластовых вод на поверхности Земли, или, наконец, выбрасывается с парами при вулканич. деятельности вместе с нек-рым количе­ством ювеннльных вод и газов. Другая же, основная масса воды, извлекая раст­воримые соединения из пород литосферы, разрушая их, стекает реками обратно в океан. В результате этого процесса соле­вой состав океана в геологич. времени из­меняется. Химич. элементы, образующие легкорастворимые соединения, накапли­ваются в морской воде. Труднорастворимые соединения химических элементов быстро до­стигают дна океана.

Страницы: 1, 2