Слайд 2Поток энергии в экосистемах – это
перемещение веществ и транспорт энергии
в системе
от продуцентов через консументы к редуцентам
Слайд 3Главный и единственный источник энергии, обеспечивающий круговорот в экосистеме –
это солнечный свет
Слайд 4Экологический фактор
– это условие среды обитания, оказывающее воздействие на
организм.
Свет как экологический фактор
С точки зрения экологии важны:
Качество света –
длина волны или цвет
единицы измерения – нм или мкм;
Интенсивность – действующая энергия
единицы измерения – ккал или Дж;
Продолжительность воздействия
единицы измерения – часы, дни … .
Слайд 5Качество света
Инфракрасные лучи (почти 50%)
Видимый свет (50%)
Ультрафиолетовые лучи (до 1%)
Слайд 7Спектр электромагнитных излучений и спектр видимого света
Слайд 8ФАР (фотосинтетическая активная радиация)
Это лучи активно влияющие на растительные организмы,
ускоряя или замедляя фотосинтез
Наиболее активными являются следующие лучи видимого спектра
оранжево-красные
(650-750 нм)
сине-фиолетовые
(400-500 нм)
близкие ультрафиолетовые (380-390 нм)
Меньше поглощаются желто-зеленые
500-580 нм
Слайд 9Интенсивность или сила света
Интенсивность или сила света измеряются
количеством джоулей или
ккал,
приходящихся на единицу горизонтальной поверхности
за единицу времени
Например
- Дж/ см2/мин.
Сила света,
от полюсов
к экватору увеличивается
Слайд 10Буготакские сопки – характеризуются резким отличием растительности их северных и
южных склонов
Слайд 11Продолжительность воздействия света
или Фотопериод - длина дня, продолжительность светового периода
суток
Вызывает циклические изменения в экосистемах
Слайд 131 закон термодинамики
Закон сохранения энергии
«Энергия ни откуда не появляется
и
никуда не исчезает»
т.е. Энергия может переходить из одной формы в
другую,
но она не исчезает и не создается заново
Слайд 14Энтропия (от греч. entropia поворот, превращение)
функция состояния термодинамической системы, определяющая
меру необратимого рассеивания энергии.
Слайд 15Второй закон термодинамики
Закон энтропии –
в замкнутой экосистеме энтропия будет
только возрастать
процессы, связанные с превращением энергии,
могут протекать самопроизвольно лишь при
условии,
что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную
Слайд 166% отражается от атмосферы
19% поглощаются атмосферой и облаками
4% отражаются от
поверхности земли
51% поглощаются землей
20% рассеивается и отражается от облаков
Распределение солнечной
энергии в биосфере
Слайд 17Фотосинтез
синтез клетками высших растений, водорослей и некоторыми бактериями (продуцентами) органических
веществ при участии энергии света
вода + углекислый газ + свет
углеводы + кислород
Слайд 18Фотосинтез
Это единственный процесс в биосфере,
ведущий к увеличению свободной энергии
и обеспечивающий существование как растений, так и всех гетеротрофных организмов,
в том числе и человека
Слайд 19КПД фотосинтеза
КПД фотосинтеза в 5% считается очень высоким
В целом
по земному шару усвоение растениями солнечной энергии значительно ниже
из-за ограничения
фотосинтетической активности растений множеством неблагоприятных факторов(недостаток тепла и влаги, неблагоприятные свойства почвы и т. д.)
Средний коэффициент использования энергии ФАР для территории России равен 0,8%,
на европейской части страны составляет 1,0—1,2%,
а в восточных районах, где условия увлажнения менее благоприятны, не превышает 0,4—0,8%
Слайд 21ЗАКОН ПИРАМИДЫ ЭНЕРГИИ (Р. Линдемана) или правило 10 %
1000 000
ккал
с одного трофического уровня экологической пирамиды
переходит на другой ее
уровень в среднем
не более 10% энергии
1000 ккал
100 ккал
10 ккал
1 ккал
Тепловая энергия
Слайд 22ЗАКОН ОДНОНАПРАВЛЕННОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ
энергия, получаемая сообществом (экосистемой) и усваиваемая
продуцентами,
рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам,
а затем редуцентам с падением потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание.
Слайд 24Согласно 1-го закона термодинамики
энергия в экосистеме
не может создаваться заново
и исчезать,
а только переходит из одной формы в другую
Е
света
Е химических связей органических соединений
тепловая Е
Слайд 25Второй закон термодинамики в применении к экосистемам
Не может быть ни
одного процесса связанного с превращением энергии без потери некоторой её
части
В экосистемах часть энергии превращается в недоступную тепловую и следовательно теряется
Поэтому жизнь на Земле не возможна без притока солнечной энергии
Слайд 26- графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней
(травоядных, хищников, видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме.
Эффект пирамид
в виде графических моделей разработан в 1927 году Ч. Элтоном
Различают:
пирамиды энергии
пирамиды биомасс
пирамиды чисел
Экологические пирамиды
Слайд 27Пирамида энергии
- это графическая модель величины потока энергии и (или)
продуктивности через последовательные трофические уровни
Пирамида энергии всегда сужается кверху,
согласно второму закону термодинамики
Слайд 28Пирамида биомасс
графическая модель
последовательного расположения биомасс популяций естественных экосистем,
основанием
которой всегда служит первый уровень, т. е. биомасса продуцентов
Слайд 29Пирамида чисел
графическая модель распределения численности популяций в трофических цепях,
основанием
которой всегда служит первый уровень, т. е. численность продуцентов,
от
которого по направлению к уровням консументов (1,2,3 и т. д. порядка)
численность популяций уменьшается
Слайд 31Неорганические вещества
Органические вещества
автотрофы
Органические вещества
гетеротрофы
Между автотрофами и гетеротрофами в экосистемах существуют
сложные пищевые взаимодействия.
Одни организмы поедают другие,
и таким образом
осуществляют перенос веществ и энергии - основу функционирования экосистемы.
Процессы в экосистеме
Слайд 32ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ
Аналоги:
цепь питания
трофическая цепь
- ряд организмов, в котором каждое
предыдущее звено служит пищей для последующего.
Организмы связаны друг с
другом отношениями:
пища - потребитель
Слайд 33ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
совокупность организмов, объединяемых типом питания.
Автотрофные организмы
(ПРОДУЦЕНТЫ)
1 т.у.
2 т.у.
Растительноядные животные
(консументы I порядка)
3 т.у.
Хищники, питающиеся растительноядными животными
(консументы II порядка)
4 т.у.
вторичные хищники
(консументы III
порядка)
Слайд 34Пищевые цепи, которые начинаются с растений,
идут через растительноядные животные
к другим потребителям,
называют ПАСТБИЩНЫМИ или цепями выедания
Слайд 35ДЕТРИТНЫЕ, или цепи разложения
пищевая цепь, в которой органическое вещество мертвых
растений, животных, грибов или бактерий
потребляется детритофагами, могущими стать добычей
хищников.
Слайд 36Как правило, пищевые цепи в экосистеме тесно переплетаются.
Совокупность пищевых
связей в экосистеме образует ПИЩЕВЫЕ СЕТИ
Слайд 37Плотность сетей определяет устойчивость экосистемы
Слайд 38Продуктивность экосистем
Скорость фиксации солнечной энергии продуцентами определяет продуктивность сообществ
т.е. продуктивность
тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную
экосистему
Слайд 39Человек научился получать энергию для своих производственных и бытовых нужд
самыми различными способами,
но энергию для собственного питания он может
получать только через фотосинтез
Слайд 40Продуктивность экосистемы
- способность живых организмов и в целом экосистем
производить органическое вещество
ПЕРВИЧНАЯ продуктивность
валовая
чистая
ВТОРИЧНАЯ продуктивность
Слайд 41– это органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или
хемосинтеза.
Единицы измерения
в единицах сырой или сухой массы растений (г,кг,т)
в энергетических единицах
(ккал или Дж)
Первичная продуктивность экосистемы
Слайд 42
Валовая первичная продуктивность
(валовой фотосинтез)
общее количество продуктов фотосинтеза, производимое экосистемой
на
единицу площади за единицу времени,
г/м2/год
Слайд 43Чистая первичная продуктивность
продуктивность экосистемы
за вычетом расхода энергии растениями на дыхание,
г/м2/год
дыхание
дыхание
дыхание
В тропических лесах и зрелых лесах умеренной полосы часть
производимой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (так называемые затраты на дыхание) составляет 40-70% валовой продукции.
Около 40% составляют затраты на дыхание у большинства сельскохозяйственных культур.
Слайд 44
биомасса, а также энергия и биогенные летучие вещества,
производимые всеми
консументами
на единицу площади за единицу времени,
г/м2/год
Вторичная продуктивность
Слайд 45Турбинная модель продуктивности биосферы
Низкий уровень продук-ти
– 0,1 …0,5 г/м2 в
сутки
характерна для зоны пустынь и арктического пояса
Средний уровень продук-ти
– 0,5
…3,0 г/м2 в сутки
характерен для тундры, лугов, полей и некоторых лесов умеренной зоны
Высокий уровень продук-ти
– более 3,0 г/м2 в сутки
характерен для тропических лесов,
для пашни,
морских мелководий
Слайд 46Первичная биологическая продуктивность различных типов экосистем (Реймерс, 1990)
Слайд 47Эстуарий
(от лат. aestuarium — затопляемое устье реки)
— однорукавное, воронкообразное устье
реки, расширяющееся в сторону моря.
Слайд 48Продуктивность океана
В настоящее время, и во все прошлые геологические времена
жизнь в океане была сосредоточена главным образом у морских побережий.
Об этом со всей определённостью свидетельствуют сохранившиеся на континентах биогенные барьерные рифы (например вдоль Карпат – остатки миоценового моря)
Слайд 49Основными продуцентами в океане являются одноклеточные водоросли, отличающиеся высокой скоростью
оборота генераций.
Поэтому их годовая продукция может в десятки и
даже сотни раз превышать запас биомассы на данный момент времени.
Вся чистая первичная продукция так быстро вовлекается в цепи питания, то есть поедается, что накопление биомассы водорослей весьма мало вероятно.
Однако из-за высоких темпов размножения небольшой их запас вполне достаточен для поддержания скорости воссоздания органического вещества.
Поэтому для океана правило
пирамиды биомасс имеет перевернутый вид.
Слайд 50На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, поскольку
длительность жизни крупных хищников (например, кита-касатки) велика,
скорость оборота этих генераций
(поколений), наоборот, мала, и в их телах задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.