Биологическая продуктивность экосистемы. Прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу вре­мени

Прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу вре­мени, называется биологической продукцией (продуктивностью). Различают первичную и вторичную продукцию сообщества.

Первичная продукция - биомасса, созданная за единицу вре­мени продуцентами. Она делится на валовую и чистую. Валовая первичная продукция (общая ассимиляция) - это общая биомасса, созданная растениями в ходе фотосинтеза. Часть ее расходуется на поддержание жизнедеятельности растений - траты на дыхание (40-70 %). Оставшаяся часть составляет чи­стую первичную продукцию (чистая ассимиляция), которая в дальнейшем используется консументами и редуцентами, или накапливается в экосистеме.

Вторичная продукция - биомасса, созданная за единицу времени консументами. Она различна для каждого следующе­го трофического уровня.

Масса организмов определенной группы (продуцентов, консументов, редуцентов) или сообщества в целом называется био­массой. Самой высокой биомассой и продуктивностью обла­дают тропические дождевые леса, самой низкой - пустыни и тундры.

Если в экосистеме скорость прироста растений (образова­ния первичной продукции) выше темпов переработки ее кон­сументами и редуцентами, то это ведет к увеличению биомас­сы продуцентов. Если при этом присутствует недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения, то происхо­дит накопление мертвого органического вещества. Это проявляется в заторфовывании болот, образовании мощной лесной подстилки и т.д. в стабильных экосистемах биомасса остается постоянной, так как практически вся продукция расходуется в цепях питания.

 

Системный подход и моделирование в экологии

Системный подход — это направление в методологии познания объектов как систем. Система — это множество взаимосвязанных элементов, образующих определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и свойства изучают посредством системного анализа, являющегося основой системного подхода и представляющего собой совокуп­ить методологических средств, используемых для решения сложных научных проблем. В эту совокупность средств входит комплекс методов от простых описательных, логических до весьма сложных математических. Технической основой системного анализа являются современные ЭВМ и информационные системы с широким использованием методов математического программирования, теории игр и т.д.

Основными системными принципами являются: целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описания каждой системы.

Экосистемы - это весьма сложные самоорганизующие и целенаправленные, со сложной иерархической структурой системы, требующие множественного описания каждой системы, что требует построения множества моделей, т. е. широкого использования методов моделирования при исследовании.

Построение обобщенных моделей, отражающих все факторы и взаимосвязи в системе, является центральной процедурой системного анализа.

Модель – это вспомогательный объект, находящийся в определенном объективном соответствии с познавательным оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах познания. Моделирование – это разработка, исследование модели и распространение модельной информации на оригинал.

Модель должно соответствовать двум требованиям:

- она должна отражать лишь те особенности оригинала, которые выступают в качестве предмета познания

- она должна быть адекватна оригиналу.

Сам процесс моделирования, по И.Я. Лиепа, можно разделить на четыре этапа: качественный анализ, математическая реализация, верификация и изучение моделей.

Первый этап моделирования – качественный анализ – является основой любого объектного моделирования. На его основе формируются задачи и выбирается вид модели.

Второй этап моделирования – математическая реализация логической структуры модели. С точки зрения технологии применения можно выделить модели аналитические и численные (компьютерские).

Третий этап моделирования предусматривает верификацию модели: проверку соответствия модели оригиналу. На этом этапе необходимо удостовериться, что выбранная модель отвечает второму требованию: адекватно отражает особенности оригинала.

Четвертый этап моделирования – изучение модели, экспериментирование с моделью и экологическая интерпретация модельной информации. Основная цель этапа – выявление новых закономерностей и исследование возможностей оптимизации структуры и управление поведением моделируемой системы, а также пригодность модели для прогнозирования

 

Состав и границы биосферы

Биосфера (от греч. bios - жизнь и sphaira - шар) - оболоч­ка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельнос­тью живых организмов.

Термин «биосфера» впервые применил Э.Зюсс (1875), по­нимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхно­сти, в значительной мере определяющую «Лик Земли». Одна­ко заслуга создания целостного учения о биосфере принадле­жит В.И. Вернадскому, так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания.

Биосфера имеет определенные границы. Она занимает ниж­нюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидро­сферу. Границы биосферы в большой степени условны.

Биосферу как место современного обитания организмов вместе с самими организмами можно разделить на три подсферы: геобиосфера - верхняя часть литосферы, насе­ленная геобионтами; гидробиосфера - гидросфера без подземных вод, населенная гидробионтами; аэробиосфера - нижняя часть атмосферы, населенная аэробионтами.

Геобиосфера состоит из террабиосферы – поверхность суши, и литобиосферы – глубокие слои земной коры. Террабиосфера разделяется на фитосферу – пространство от поверхности земли до верхушек деревьев и педосферу – почвенный покров.Литобиосфера включает гипотеррабиосферу – слой, где возможна жизнь аэробов.

Гидробиосфера включает маринобиосферу, или океанобиосферу - моря и океаны и аквабиосферу - континентальные, главным образом, пре­сные воды, которая в свою очередь разделяется на лиманоаквабиосферу - стоячие континентальные воды и реоаквабиосферу - проточные континентальные воды. Кроме того, гид­робиосфера делится на слои, связанные, главным образом, с интенсивностью света: фото (био)сферу - относительно ярко освещенный слой (до 150-200 м), дисфото(био)сферу - всегда сумеречный слой - проникает до 1% солнечной инсоляции (от 200 м до 1, 5-2 км), афото(био)сферу - слой абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез (глубже 1, 5-2 км).

Аэробиосфера состоит из тропобиосферы - слой от вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков (до 5-6 км), постоянно населенный живыми организмами, более тонкий, чем атмо­сферная тропосфера, и стратобиосферы, или альтобиосферы - слой (от 5-6 до 6-7 км), где могут

Выше аэробиосферы расположена парабиосфера — слой (между 6-7 и 60-80 км), куда жизнь проникает лишь случай­но и не часто, где организмы могут временно существовать, но не могут нормально жить и размножаться. Еще выше рас­положена апобиосфера, или «надбиосфера» (выше 60-80 км), куда никогда даже случайно не поднимаются живые организ­мы, но в незначительном количестве заносятся биогенные ве­щества (ее верхняя граница трудноуловима).

Жизнь в океанах достигает их дна. Живые организмы встре­чаются даже на глубине более 11 км, где температура воды около 200° С, но из-за высокого давления вода не кипит. Ниже, в базальтах, жизнь едва ли возможна.

Ниже геобиосферы расположена гипобиосфера («подбиосфера» - аналог парабиосферы в атмосфере) - слой, куда жизнь проникает лишь случайно и может здесь временно существовать, но не жить и размножаться. Еще ниже залегает метабиосфера - слой биогенных (преобразованных жизнью) пород, котором ныне живые организмы не присутствуют (до 10 - 15 км). Под метабиосферой расположена абиосфера («небиосфера») - слои литосферы, не испытывающие сейчас и никогда ранее не подвергавшиеся влиянию живых организмов (глубже 10-15 км).

Кроме того, разделяют такие понятия, как эубиосфера, мегабиосфера и панбиосфера.

 

16 Классификация природных экосистем биосферы

на ландшафтной основе

В зависимости от природных и климатических условий мож­но выделить три группы и ряд типов природных экосистем (биомов). В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности, для вод­ных экосистем — гидрологические и физические особеннос­ти.

Наземные экосистемы:

- Тундра: арктическая и альпийская;

- Бореальные хвойные леса;

- Листопадный лес умеренной зоны;

- Степь умеренной зоны;

- Тропические злаковники и саванна;

- Чапарраль (районы с дождливой зимой и засушливым летом);

- Пустыня: травянистая и кустарниковая;

- Полувечнозеленый тропический лес (районы с выражен­ными влажным и сухим сезонами);

- Вечнозеленый тропический дождевой лес.

Пресноводные экосистемы:

- Лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохрани­лища и др.;

- Лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др.;

- Заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга).

Морские экосистемы:

- Открытый океан (пелагическая экосистема);

- Воды континентального шельфа (прибрежные воды);

- Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктив­ным рыболовством);

- Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и др.);

- Глубоководные рифтовые зоны.

Помимо основных типов природных экосистем (биомов) различают переходные типы — экотоны. Например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь, полупустыни и др.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: