Биосфера и человек. Круговорот веществ в экосистемах. Поток энергии и продуктивность экосистем

1. Лекция 2 Биосфера и человек

1.
Круговорот веществ в экосистемах
2.
Поток энергии и продуктивность
экосистем
3.
Динамика экосистем
4.
Биосфера и ее границы
5.
Учение В.И. Вернадского о биосфере
6.
Ресурсы биосферы

2. Схема круговорота веществ в экосистеме

3.

Продуценты
(производители) – это
автотрофные организмы, образующие
первичную продукцию органического
вещества в экосистеме из
неорганического (растения, часть
бактерий)

4. Фотосинтез - это использование энергии солнечного света для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды:

свет
6 СО2 + 6 Н2О С6Н12О6 + 6О2
Его осуществляют:
зеленые растения
и некоторые
микроорганизмы

5. Роль продуцентов

в том, что из простых
неорганических соединений с
низкой потенциальной энергией
они создают сложные
органические вещества с высокой
потенциальной энергией.
Они превращают энергию солнечного
света в химическую и запасают ее.

6. Организмы, питающиеся готовым органическим веществом других организмов или продуктов их жизнедеятельности - гетеротрофы

7. Консументы – потребители готового органического вещества других организмов, превращающие его в органические вещества своего

тела
(животные, высшие грибы)

8. Редуценты (разлагатели)

заканчивают разложение
органических остатков до СО2 ,
воды и минеральных веществ
(бактерии, низшие грибы)

9.

Особенности круговорота веществ
в агроэкосистеме:
Естественные
экосистемы
Агроэкосистемы
гниение растительных и
животных остатков
вынос питательных веществ
вместе с урожаем и при
эрозии
поддержка плодородия почв
потеря плодородия почв
удобрения не требуются
компенсация потерь за счет
внесения удобрений

10. 2.Поток энергии и продуктивность экосистем

Основной канал переноса энергии:
пищевая цепь –
последовательность
групп организмов,
где каждый предыдущий
служит пищей
для последующего

11. Трофические уровни (трофический – связанный с питанием)

-
звенья пищевой цепи,
равноудаленные от начала

12. Схема потока энергии в экосистеме

Солнце – основной источник энергии
для естественных экосистем

13.

Продукция любой экосистемы это органическое вещество, в
котором запасена энергия
Скорость производства
продукции называют
продуктивностью и измеряют в
джоулях, калориях или граммах
органического вещества, запасенных в
единицу времени на единице площади

14. Закон пирамиды энергий Р.Линдемана (правило 10%)

В среднем, при переходе с одного
трофического уровня на другой
энергия уменьшается в 10 раз
число трофических уровней
не может быть слишком большим
(на суше 3-4, в океане до 5 - 6 )

15. Различие экосистем по величине биологической продуктивности (Р.Уиттекер,1980)

1. Очень высокой продуктивности >2 кг/м2 в год
(тропические леса, посевы сахарного тростника и риса). К ним
близки заросли тростника в дельтах Волги, Дона, Урала.
2.
Высокой продуктивности – 1-2 кг/м2 в год
(липовые и дубовые леса, заросли тростника на озерах,
посевы кукурузы и люцерны при орошении и удобрении)
3.
Средней продуктивности – 0,25-1 кг/м2 в год
(сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи,
большинство наших посевов)
4.
Низкой продуктивности < 0,25 кг/м2 в год
(тундры, пустыни, океан, выбитые скотом пастбища и горные
степи на почвах глубиной 5 см)
Средняя продуктивность экосистем Земли
≤0,3 кг/м2 в год

16. 3. Динамика экосистем

Сукцессия (от лат. сукцедо – следовать
за кем-либо) - это процесс
развития экосистемы,
явление, при котором одна
экосистема заменяется со
временем другой
Сукцессия – закономерный,
направленный,
предсказуемый процесс

17. Примеры сукцессий:

Зарастание каменистой осыпи:
Камни → накипные лишайники → мхи →
→ травы → кустарники → лес
Зарастание заброшенного поля (залежи):
Пашня → сорняки → луг → кустарники →
→ березняк → ельник

18.

Пруды и озера
зарастают,
постепенно
заполняясь
отложениями:
озеро → болото →
→ мокрый луг →
→ сухой луг →
→ лес

19.

Сукцессионные стадии последовательный ряд закономерно
сменяющих друг друга сообществ
Климаксовая экосистема или
климакс (от греч. – лестница) -
стабильная экосистема, являющаяся
конечным этапом сукцессии и
находящаяся в равновесии со средой
(состояние гомеостаза)

20. Классификация сукцессий

По происхождению:
- природные (зарастание скал или озера)
- антропогенные (перевыпас,
зарастание вырубки)
По начальному состоянию субстрата:
- первичные - на новых, никем не
заселенных участках (на скалах, песках,
отвалах пустой породы)
- вторичные на ранее заселенных местах
(вырубки, гари, залежи)

21. Антропогенные нарушения экосистем

Пастбищная дигрессия – сукцессия
перевыпаса в местах, где пастбищная
нагрузка (пасущийся скот) превышает
пастбищную емкость (количество скота,
которое не ухудшает свойств участка).

22.

Рекреационная сукцессия в лесах под
воздействием отдыхающих
-
почва уплотняется и плохо удерживает влагу
травы вытаптываются, заменяются луговыми
исчезают подрост, кустарники и многие птицы
деревья болеют и засыхают

23.

Эвтрофикация
(от греч. эутрофия – хорошее питание) -
сукцессия в малопроточных водоемах
(водохранилищах, прудах, озерах,
прибрежных районах моря), вызываемая
нитратами, фосфатами и
органическими веществами

24. 4. Биосфера и ее границы

Биосфера
это живая оболочка Земли,
то есть глобальная экосистема
(от лат. глобус - шар),
включающая все живые организмы на
Земле и населенные ими части
планеты
(населенные части атмосферы, гидросферы и
литосферы)

25. ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ

Верхняя граница
биосферы
Нижняя граница
биосферы

26. Учение В.И. Вернадского о биосфере

Биосфера – есть результат деятельности
живой материи, а не только пространство,
где обитают живые организмы
Живые организмы способны
преобразовывать среду, приспосабливать ее
к своим потребностям

27. Категории веществ в биосфере :

Живое вещество – т.е. биомассу всех
живых организмов Земли.
Биогенное вещество, возникшее из
отходов жизненных процессов (уголь, нефть,
торф, известняки, сера, H2S, N2, O2, и т.д.)
Косное вещество - т.е. все геологические
образования, не входящие в состав
организмов и не созданные ими (Многие
минералы, лава, вулканический пепел,
метеориты, инертные газы)
Биокосное вещество, образовавшееся в
результате сложных взаимодействий
смесей живого и косного веществ (почва, ил)

28. 4. Ресурсы биосферы

Природные ресурсы
- тела и силы природы,
используемые для
поддержания существования
человека

29.

Природные ресурсы
(экологическая классификация)
Неисчерпаемые
Исчерпаемые
Медленно
Невозобновимые
Возобновимые
возобновимые
почва,
растительный старые деревья,
и
экосистемы
животный мир
климат
качественно
Полезные
ископаемые
Вода, воздух
энергия
солнца,
ветра, рек,
приливов,
земных недр…
количественно

30. Основные пути сбережения невозобновимых ресурсов:

2.
Использование вторичного сырья (рециклинг)
Снижение материалоемкости техники
3.
Малоотходные технологии (борьба с потерями)
4.
Комплексное использование сырья
Д.И.Менделеев: «В химии нет отходов, а
есть неиспользуемое сырье»
Переход на неисчерпаемые источники
энергии (солнечная, ветровая, приливноотливная, геотермальная), т.к. рециклинг
энергоресурсов невозможен
1.
5.
6.
Энергосбережение (увеличение КПД, снижение
энергоемкости производств, когенерирование)

31.

Скорость расходования
возобновимых ресурсов
< скорости
> скорости
возобновления
возобновления
ресурс
сохраняется
вымирание
видов и экосистем
(= ресурс делается
невозобновимым)

32. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ (основа рационального природопользования)

ВЫЯВЛЕНИИ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫХ
АНТРОПОГЕННЫХ НАГРУЗОК НА
ЭКОСИСТЕМЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ, ПРИ
КОТОРЫХ ОНИ НЕ ТЕРЯЮТ СПОСОБНОСТИ К
САМОВОССТАНОВЛЕНИЮ И НЕ УХУДШАЕТСЯ
СРЕДА ОБИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА
Нормируются:
- ВЫРУБКА ЛЕСА,
- ОТСТРЕЛ ДИЧИ, СБОР ДИКИХ РАСТЕНИЙ,
- ПАСТБИЩНЫЕ И РЕКРЕАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ,
- ВОДОЗАБОР,
- ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ и т.д.,
т.е. ВСЕ СТОРОНЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕСТ. ЭКОСИСТЕМ

33. Использование вторсырья (макулатуры)

34. ОСНОВНЫЕ НАРУШЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕСОВ:

1.
ПРЕВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НОРМ ПРИ
ИСПОЛЬЗОВАНИИ,
2.
ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ;
3.
ВЫПАС СКОТА
4.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЛЕСОВ АТМОСФЕРНЫМИ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ;
5.
ЗАХЛАМЛЕНИЕ ЛЕСОВ МУСОРОМ;
6.
ЗАТОПЛЕНИЕ И ПОДТОПЛЕНИЕ;
7.
НАРУШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАГОТОВКИ ДРЕВЕСИНЫ

35. Заготовка древесины

Россия
Использует 5070% биомассы:
пни, кора
гниют на
лесосеках
Япония
Использует 99%
биомассы:
пни, кора
субстрат для грибов
грибы
удобрение

36. Использование древесины

Россия
(1 место в мире по
запасам древесины)
продает круглый лес и
покупает финскую
бумагу
нет денег на хорошие
очистные для ЦБК
губит Байкал и другие
водоемы, уничтожает
леса в 6 раз больше,
чем восстанавливает
Финляндия
(2% мировых лесных запасов)
производит 25% мировой
бумаги
(цена ее в 20 раз выше цены
бревен)
оплачивает лучшие очистные
сооружения для ЦБК
сохраняет озера,
восстанавливает леса,
сокращает лесосеку

37.

Основные нарушения при
использовании лугов и степей:
распашка (степи нет, есть поле)
перевыпас (пастбищная нагрузка
многократно превышает пастбищную
емкость).

38. Основные нарушения при использовании рек и озер:

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Чрезмерный водозабор (30%, а на
юге до 50% стока вместо 15%),
Недостаточно оборотных систем
водопотребления,
Чрезмерное загрязнение,
Чрезмерный вылов рыбы,
Превышение рекреационной
нагрузки,
Создание плотин (ценные рыбы не
проходят на нерест из моря)

39. Деградация Аральского моря (более 50% стока Сырдарьи и Амударьи – на полив)

Высохшее дно
моря

40. Водопотребление в России

промышленность
3,30%
21%
сельское хоз-во
ЖКХ
57%
19%
другие
водопотребители
Международная санитарно-гигиеническая норма расхода
воды на 1 горожанина 235 л/сутки.
В Зап. Европе 1 житель потребляет 150-160 л,
в России, в среднем, - 400, в Москве и СПб до 1000 л/сутки
Необходимо: водосчетчики (платная вода экономится)
ремонт труб (1/2 воды теряется в земле)
ремонт кранов и бачков (каждый пропускает >150 л/сутки)