ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФИЛИАЛ В Г.КОГАЛЫМ
Отчет по лабораторной работе №1
выполнил: студент группы ЭДНб-11
Лабораторная работа №1
Изучение характеристик экосистем
Цель работы: познакомиться с основными понятиями экологии и структурой экосистем.
Факторы объединены в группы по способу воздействия на организмы.
Самые плодородные почвы (чернозёмы) содержат гумуса часто не более 10 % (самые плодородные — до 20 %, но это крайне редко) . Практически весь он — мягкий. В то же время самые малоплодородные тундрово-глеевые почвы также содержат до 10 — 20 % гумуса, но природно-климатические условия этой природной зоны не позволяют ему переработаться, поэтому мягкий гумус в этих почвах зачастую составляет 1 % и
Используют углерод неорганического вещества, например СО2
цианобактерии (сине-зеленые водоросли)
Животные питаются живыми растениями
консументы 1 порядка (травоядные)
Используют углерод неорганического вещества и химическую энергию
Используют углерод органических веществ и заключенную в них энергию
консументы 2 порядка (волки)
Питаются другими животными
консументы 2 порядка
Для синтеза органических веществ используют углерод неорганических веществ и солнечную энергию
Питаются мертвыми органическими веществами
Питаются соками организма-хозяина
Соотношение тех или иных видов одной пищевой цепи можно наглядно представить в виде пирамиды биомасс. Причем биомасса хищников намного меньше, чем биомасса травы, а биомасса травоядных занимает промежуточное положение. Таким образом в природе сохраняется равновесие.
Сравнение величин продуктивности суши и моря показывает, что причина большой разницы в продуктивности по конечному продукту — белку животного происхождения кроется в конструкции пищевых цепей, их длине Если на земле травоядные животные непосредственно поглощают растительный белок и сами служат пищей человеку, то в море энергия, запасенная планктонными водорослями, переходит вначале в тело растительноядных рачков, затем в тело хищных планктонных животных, которые могут питаться мелкие планктоноядные рыбы, являющиеся кормом более крупных хищников, и лишь последние могут служить полноценным продуктом питания для человека. Естественно, такая схема может быть и короче, но может быть и длиннее. Например, и перуанский анчоус, и гигантская китовая акула питаются непосредственно планктонными водорослями, находясь, таким образом, на самой первой ступеньке превращений органического вещества. В других же случаях конечный продукт создается лишь после целого ряда превращений. Не случайно количество растительноядных рыб значительно превышает число хищных. Они и составляют большую часть мирового улова рыбы.
С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Полив сильно изменяет вектор, по которому движутся водные массы. Вместо того, чтобы вода стекала в реки и дальше в мировой океан, она идет на полив и испаряется в атмосферу. В океан вытекают концентрированные соленые воды.
Разница КПД -«очистные сооружения приводят к снижению загрязнения окружающей среды.» В первом случае отходом меньше. Во втором случае отходов нет (в идеале). Для наглядности сравните ТЭС, ГЭС и АЭС. В экосистемах или приспособился или вымер. Когда то кислород был ядом для экосистемы и почти все живое вымерло. Сейчас каждый по своему приспособился (аэробы, анаэробы).
Неорганические соединения + энергия
Источник
Трофические группы бентосных организмов
Трофическая группа — это группа организмов, объединенная общим типом (по способу добывания пищи, по пищеварению).
Автотрофы — продуцирующие органику из минерального вещества, под действием: — солнечного света — фотоавтотрофы — водоросли (фитопланктонные, бентосные, высшие сосудистые растения), окислительно-восстановительные реакции — хемоавтотрофы (бактерии).
Соотношение трофических групп в общей численности образуют трофическую структуру сообщества (может меняться со временем, в связи с антропогенным воздействием, климатическими изменениями).
Автотрофные организмы делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.
Фотоавтотрофы — это организмы, использующие солнечную энергию для питания. Примером автотрофов могут служить деревья, травы в водных экосистемах, фитопланктон и сине-зеленые водоросли. Основная характеристика автотрофов — это зеленый пигмент (хлорофилл), за счет которого происходит преобразование солнечной энергии в энергию химических связей.
Хемоавтотрофы (серобактерии Thiobacillis, метанобактерии Род Metanobacterium, железобактерии (Ferribacteriales) для синтеза органических веществ используют энергию окисления неорганических соединений. Они используют в качестве источника углерода углекислый газ или метан, сам процесс хемосинтеза происходит не за счет ферментов и энергии солнца, а за счет окислительных реакций. Вклад хемоавтотрофов в суммарную биологическую продукцию биосферы незначителен, однако эти организмы составляют основу хемоавтотрофных экосистем гидротермальных оазисов в океанах.
Гетеротрофные организмы — организмы, питающиеся готовыми органическими веществами, к ним относятся хищники, человек, и даже некоторые виды растений: например, Венерина мухоловка, лепестки этого растения очень чувствительны и закрываются от одного легкого прикосновения.
Гетеротрофные организмы в водной среде очень разнообразны по типу питания присутствуют хищники, группа организмов атакующих свою жертву и использующих тело жертвы как пищу. Консументы второго третьего и четвертого порядков. В морской среде это акулы, морские звезды, осьминоги, немертины, дельфины.
Присутствуют в морской среде и фитофаги- организмы питающиеся растениями, консументы первого порядка. Они делятся на две группы. Фитофаги питающихся крупными растениями, откусывая их части макрофитофагов (некоторые виды рыб, личинки крабов), и организмов питающихся микроводорослями — микрофитофагов (главным образом, это организмы — планктонные фильтраторы, например синий кит).
Так же присутствует группа организмов не свойственная для воздушной среды — сестонофаги. Эти организмы питаются сестоном. Сестон — это комлекс веществ, состоящий из остатков органических веществ, планктона и его метаболитов, растворенных в воде не осевших на дно.
По способу питания сестонофаги делятся на неподвижных то есть ведущих прикрепленный образ жизни и не имеющих возможности перемещаться и подвижных сестонофагов.
Питание сестоном может происходить как в процессе фильтрации- пропускание воды через полости тела (мидии, губки, моллюски, так же асцидии), так и в процессе седиментации, то есть оседание детрита на поверхность собственного тела под действием силы тяжести(некоторые виды жгутиконосцев, инфузории).
Еще одна группа организмов — Детритофаги: организмы, питающиеся органическими частицами, осевшими на дно. По способу питания детритофаги делятся на несортирующих детритофагов (офиуры, полихеты) и сортирующих детритофагов (морские ежи, полихеты).
[править] Особенности питания и пищеварительной системы класса Gastrophoda (Брюхоногие)
Пищеварительная система брюхоногого моллюска состоит из глотки с радулой (теркой, при помощи которой моллюск соскребает слой пищи, на ней находится несколько тысяч зубов), пищевода, желудка, печени, которая окружает желудок, средней и задней кишки. В глотку впадают протоки слюнных желез. Анальное отверстие у улиток расположено над головой или сбоку от нее. Имея радулу брюхоногие моллюски могут питаться как растительной пищей, так и могут быть хищниками.
[править] Особенности питания и пищеварительной системы класса Echinodermata (Иглокожие)
Среди современных иглокожих различают класс Морские звезды (Asteroidea) со звездообразным или многолучевым телом и ртом, расположенным в центре нижней стороны, обращенной к субстрату; класс Офиуры, или Змеехвостки (Ophiuriidea), очень похожие на морских звезд, но с лучами, сильно отшнурованными от диска; класс Морские ежи (Echinoidea)—почти шарообразные животные, без вытянутых лучей; класс Морские кубышки, или Голотурии (Holothurioidea), — мешковидные или червеобразные животные, рот и анальное отверстие у которых почти всегда находятся на разных концах тела; класс Морские лилии (Crinoidea) — напоминающие цветы, с сильно ветвящимися лучами, у которых рот и анальное отверстие сближены и лежат на одной стороне, обращенной вверх.
Органы пищеварения развиты не одинаково в разных классах иглокожих, что связано с различием в способах питания и с различным планом строения представителей отдельных классов. Пищеварительная система начинается ртом, который в зависимости от способов питания может быть снабжен скелетом или лишен его. У голотурий рот, окруженный щупальцами, помогающими при ловле добычи, переходит, как у морских ежей и лилий, сначала в короткую эктодермальную глотку, а затем в длинный узкий энтодермальный кишечник, длина которого значительно превышает длину тела животного. Кишечник поэтому образует петли, лежащие во вторичной полости тела и подвешенные к стенке тела при помощи мезентериальных перепонок. У представителей этих трех классов можно различить передний, средний и задний отделы кишечника. Задний конец кишки открывается наружу выводным (анальным) отверстием, которое у морских лилий расположено вблизи рта, у ежей — на стороне, противоположной ротовой, или на краю скорлупы. У голотурий задняя кишка расширяется в довольно объемистую мускулистую клоаку, которая у большинства видов открывается наружу на заднем конце тела. У морских звезд и офиур глотка отсутствует и рот ведет непосредственно в объемистый мешковидный желудок, прикрепленный к стенке тела мезентериальными тяжами. Желудок офиур складчатой формы, с радиальными и интеррадиальными выростами, заканчивается слепо, так как офиуры не имеют ни печеночных придатков, ни задней кишки, ни анального отверстия. У морских звезд желудок имеет 5 пар печеночных выпячиваний, заходящих в лучи и обильно выделяющих пищеварительные соки. Таким образом, кишечный канал иглокожих сохраняет особенности, унаследованные современными животными от двустороннесимметричных предков. Он почти целиком развивается из первичного кишечника и не имеет лучистого строения. Влияние пятилучевой симметрии сказывается только на кишечнике морских звезд, обладающем пятью парами печеночных отростков. Пищей иглокожих могут быть как морские животные, так же морские ежи могут питаться растениями и детритом.
[править] Особенности питания и пищеварительной системы класса Coelenterata (Кишечнополостные)
Кишечнополостные — тип многоклеточных животных, характеризуются радиальной симметрией и двухслойным строением тела. Стенки тела кишечнополостных состоят из наружного слоя (эктодермы) и внутреннего (энтодермы), которые разделены слоем бесструктурной массы — мезоглеи. Эктодерма состоит преимущественно из кожно-мускульных клеток, выполняющих покровную и двигательную функции, а также из стрекательных клеток, служащих для добычи и защиты. Эти клетки способны с силой выбрасывать ядовитые нити, парализующие добычу, а при прикосновении к ним можно получить ожог. Во внутреннем слое (энтодерме), кроме эпителиально-мускульных и стрекательных клеток, есть ещё железистые пищеварительные клетки. Внутри тела кишечнополостных находится т. н. кишечная, или гастральная, полость. С внешней средой полость сообщается только через рот, который окружён щупальцами и служит для захвата пищи и выведения непереваренных остатков. Для кишечнополостных характерно как полостное, так и внутриклеточное пищеварение, то есть переваривание пищи происходит как в полости тела, так и внутри выстилающих её железистых клеток. Питаются кишечнополостные планктоном и более крупными водными беспозвоночными. В типе кишечнополостных 3 современных класса (сцифоидные, гидроидные и коралловые полипы).
[править] Особенности питания и пищеварительной системы класса Bivalvia (Двустворчатые)
Пищей двустворчатых моллюсков, в основном, служит взвешенный в воде детрит и фитопланктон, донный детрит и донные микрофиты. По источникам пищи среди морских донных беспозвоночных выделяют следующие типы питания: сестонофаги, фитофаги, детритофаги и плотоядные. Сестонофагам пищей служит сестон, главным образом, фитопланктон и взвешенный детрит, детритофагам — донный детрит, а также микрофиты, главным образом, диатомовые водоросли и бактерии; плотоядные питаются животной пищей. По способу добывания пищи среди сестонофагов выделяют фильтраторов, прогоняющих воду через отцеживающий аппарат, и седиментаторов, осаждающих взвесь. Сестонофагов, кроме того, разделяют на неподвижных и подвижных. Среди детритофагов по способу добывания пищи выделяют формы, собирающие детрит с поверхности грунта, и формы, заглатывающие грунт целиком вместе с детритом с глубины в несколько сантиметров.
Ротовое отверстие расположено впереди ноги, передняя кишка упрощена, глотка отсутствует, ротовое отверстие соединено с пищеводом, пищевод переходит в объемный желудок, от желудка отходит печень и задняя кишка, анальное отверстие.
Источник
Научная электронная библиотека
Хамзина Ш. Ш., Жумабекова Б. К.,
4.2. Экосистема как структурно-функциональная единица биосферы. Энергия в экосистемах. Фотосинтез и хемосинтез, поток энергии и круговорот химических элементов в экосистеме
Экологическая система, или экосистема, ввел термин английский ученый А. Тенсли, 1935 г., – это «объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют, как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией». В настоящее время концепция экосистемы играет весьма важную роль в экологии благодаря гибкости самого понятия: к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания – от пруда до Мирового океана и от пня в лесу до обширного лесного массива – тайги и т.п.
Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.
С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса:
2) нижний – гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ снова до простых минеральных образований.
Однако в экосистеме следует выделять ряд компонентов, экологическая роль которых важна:
1) неорганические вещества, участвующие в круговоротах;
2) органические соединения, связывающие биотическую и абиотическую части;
3) воздушная, водная и субстратная среда с абиотическими факторами;
4) продуценты – автотрофные организмы;
5) консументы, или фаготрофы (пожиратели), – гетеротрофные организмы;
Гомеостаз – способность биологических систем (организма, популяции и экосистем) противостоять изменениям и сохранять равновесие.
Для понимания различного вида существующих связей в экосистемах и обусловленности механизмов их функционирования важно познакомиться с одним из основополагающих понятий экологии – экологической нишей.
Экологическая ниша – место вида в природе, преимущественно в биоценозе, включающее как положение его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение к абиотическим условиям существования. Ю. Одум (1975) образно представил экологическую нишу как занятие, «профессию» организма в той системе видов, к которой он принадлежит, а его местообитание – это «адрес» вида.
Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организмов, называют фундаментальной, а ту, в пределах которой вид реально встречается в природе, – реализованной. Реализованная ниша – это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция в состоянии «отстоять» в конкурентной борьбе.
Конкуренция, по Ю. Одуму (1975), – отрицательные взаимодействия двух организмов, стремящихся к одному и тому же. Межвидовая конкуренция – это взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Конкуренция проявляется в борьбе видов за экологические ниши. Два различных вида никогда не занимают одинаковые экологические ниши; из близкородственных видов, ниши которых могут перекрываться, в конечном итоге, нишу занимает один вид. Явление экологического разобщения близкородственных видов получило название принципа конкурентного исключения, или – принципа Гаузе, в честь русского ученого Гаузе, доказавшего его существование экспериментально.
Результатом межвидовой конкуренции за ресурсы может быть либо взаимное приспособление двух видов, либо популяция одного вида замещается популяцией другого вида, а первый вынужден переселиться на другое место или перейти на другую пищу. Процесс разделения популяциями видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш (рис. 14).
Рис. 14. Экологические ниши некоторых птиц, населяющих хвойные леса
Если близкородственные виды живут в одном месте, то они, как правило, либо используют разные ресурсы, например, питаются в разных ярусах леса, либо активны в разное время. В любом случае их жизнедеятельность не должна пересекаться. Выживает, как правило, только один из конкурирующих видов, лучше удовлетворяющий требованиям данного места обитания, проигравший либо погибает, либо мигрирует из данной экосистемы. Есть еще один выход, по которому часто идет природа: переадаптация, изменение своих требований, например, переход на новый вид пищи. Таким путем обычно создаются новые виды. Иногда достаточно просто сменить время питания или найти новое место обитания. В любом случае острота конкуренции обязательно снимается, то есть экосистема опять приходит в гармоничное состояние, характеризующееся минимумом конфронтаций.
Ярусность в лесу – это пример разделения экологических ниш разных организмов.
Результат дифференциации ниш – снижение конкуренции.
Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле – солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений.
Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой идет с потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает. В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ.
Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности. Экологические системы суши и мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.
Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым. Часть органических и неорганических веществ выносится за пределы экосистемы, и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. В отдельных случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов круговорота веществ составляет 90–98 %. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Таким образом, накапливаются полезные ископаемые – уголь, нефть, газ, известняки и т.п.
Энергию можно определить, как способность совершать работу, а организмы представить в виде машин, требующих энергии для своей работы, т.е. жизнедеятельности. Источником энергии дня функционирования практически всех экосистем является – Солнце. Энергия солнечного излучения улавливается фотоавтотрофами в процессе фотосинтеза и преобразуется в химическую энергию, которая запасается в органических молекулах. Запас этих молекул служит источником энергии для всех других организмов экосистемы.
Образование органических веществ зелеными растениями при использовании энергии солнечного света происходит в процессе фотосинтеза:
Углекислый газ + вода + солнечная энергия = = глюкоза + кислород 6CO2 + H2O + солнечная энергия = = C6H12O6 + O2.
Хемосинтез – преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.
Только продуценты способны сами производить для себя пищу. Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.
Каждый год продуцентами на Земле создается около 100 млрд. т органического вещества, что составляет глобальную продукцию биосферы. За этот же промежуток времени приблизительно такое же количество живого вещества, окисляясь, превращается в СО2 и H2O в результате дыхания организмов.
Соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами, а также соотношения консументов разных порядков образуют экологическую структуру сообщества. Благодаря взаимодействию между этими организмами возникает главное свойство экосистемы – способность к саморегулированию.
Все три компонента тесно связаны в экологических системах. Организмы разных трофических групп (т.е. с разными способами питания) участвуют в процессе передачи пищи и энергии, т.е. образуют пищевые цепи.
Продуценты составляют начало всех пищевых цепей. Консументы, поедая продуцентов, передают органические вещества от одного звена пищевой цепи к другому и соответственно делятся на несколько групп по порядку нахождения в цепи. Редуценты как бы заканчивают круговорот веществ, завершают пищевые цепи, образуя неорганические вещества для вступления в новый цикл.
Однако в реальных условиях в экосистемах различные цепи питания перекрещиваются между собой, образуя разветвленные сети.
Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в той или иной природной экосистеме, влияя на нее в целом или на отдельные ее звенья. Эти воздействия могут проявляться, например, в следующем:
1) введение в экосистему новых компонентов (проникновение колорадского жука в Европу из Северной Америки);
2) отстрел растительноядных копытных;
3) вырубка части деревьев;
4) загрязнение тех или иных составляющих абиотической компоненты экосистемы и т.д. не всегда эти воздействия ведут к распаду всей системы, к нарушению ее стабильности, однако давление помех не может быть беспредельным.
При определенном уровне стрессового фактора, например, при нашествии других (новых) хищников или массовой гибели особей одного вида из-за болезней, информационная обеспеченность экосистемы не может за счет отрицательной обратной связи компенсировать отклонений, определяемых положительной обратной связью. Тогда данная система прекратит свое существование.
