Превращения энергии в экосистемах. - раздел Экология, Экология Основным Источником Энергии Для Экосистем Является Энергия Солнца. Именно Он...
Основным источником энергии для экосистем является энергия Солнца. Именно она создает тепло на поверхности планета, кинетическую энергию потоков воздуха и потенциальную энергию гидросферы. Потребность человека в энергии около 40 ккал/кг в день. Потребность живых организмов в энергии с уменьшением их размеров резко возрастает (для птиц она 1000 ккал/кг в день, а для насекомых - 5000 ккал/кг в день). Солнечный свет дает 2 кал*см2 *мин-1 , но до земной поверхности в полдень доходит не более 1,34 кал*см2*мин-1. При этом 40% солнечной энергии отражается в космос, 60% переходит в тепло, расходуется на испарение, осадки, ветер, волны и фотосинтез. Из 100% солнечной энергии, падающей на зеленый лист, усваивается и запасается в органическом веществе всего 2%.
Для оценки эффективности поглощения солнечной энергии используется понятие продуктивности. Различаются: 1) первичная продуктивность, т.е. общая скорость фотосинтеза; 2) чистая первичная продуктивность или чистая ассимиляция - скорость фотосинтеза за вычетом потерь энергии на дыхание; 3) чистая продуктивность сообществ - чистая ассимиляция за вычетом потерь на дыхание и у гетеротрофов и 4) вторичная продуктивность или энергия, накопленная у консументов. В чистую первичную продукцию у растений попадает только 0,1% падающей на них солнечной энергии. При этом 25% всей ассимилированной энергии растениями идет на дыхание, зерно (экспорт из системы) – 32%, остается в поле (стебли, корни) – 33%, на микробы и болезни расходуется
10%.
Доля первичной продукции, переходящей в чистую, в умеренном поясе составляет 60...70%, на экваторе – 40% (при высоких температурах большие расходы на дыхание). Человек в основном
увеличивает доли чистой продукции (повышает отношение пищи к волокну). Чистая первичная продукция у деревьев почти на 80% сосредоточена в кронах, а у трав - 2/3 в корнях. Продуктивность агросистем и пустынь может различаться на 2 порядка (т.е. в 100 раз).
Наибольшая продуктивность в агросистемах получена в передовых странах (урожай зерновых по 50...60 ц с га) и значительно ниже она в отсталых странах (11...15 ц с га). На суше создается 3300 млн.т биомассы (78% - растения и 22% - животные), а в океане - 73 млн.т (0,9% - растения и 99,1% - животные).
Превращения энергии в экосистемах идут по пищевым (трофическим) цепям. У продуцентов она идет на рост биомассы, создание запасов и дыхание. Начало пищевых цепей - растение, его живая ткань (прямое поедание), семена (зерноядные), проводящая ткань (активное извлечение микоризой), мертвая ткань (диспергированная органика), эксудаты (растворенная органика) и, наконец, цветки (нектар). Общая схема превращения энергии растениями включает поедание их растительноядными для живой ткани и потребителями диспергированной органики - детрита для мертвой ткани. Потребители детрита и растительноядные становятся пищей хищников. Каждый переход энергии уменьшает ее примерно на один порядок.
При анализе пищевых цепей необходимо учитывать возможность концентрации токсических соединений при движении по цепи. Так, содержание радиоактивного фосфора в яйцах гусей в 1 млн. раз выше, чем в воде; при содержании ДДТ в воде 0,00005 части на миллион частей воды его концентрация при переходе от простейших к рыбам и птицам увеличивается в 0,5 млн. раз.
По мере превращения энергии в пищевых цепях происходит повышение ее качества: количество ассимилированной энергии растения при переходе ее к хищникам уменьшается в тысячи раз, а качестве повышается тоже в тысячи раз (в цепи растение-уголь -электроэнергия количество и качество меняются в 8 раз).
Экологическая или пищевая пирамида - это трофическая по численности, биомассе и энергии живых организмов в экосистеме. Иначе, это диаграмма, в которой количество особей, биомасса или энергия изображены в виде горизонтальных прямоугольников, поставленных друг на друга. Основанием служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни (консументы) образуют этажи и вершину пирамиды.
Экологическая пирамида по численности мало информативна, так как численность особей в популяциях может варьировать в
1017 раз; более информативны пирамиды по биомассе (их варьирование не выше 105 ) и энергии (всего в 5 раз). Примерами пищевой пирамиды могут быть биомассы кедровых орехов, питающихся орехами белок и питавшихся белками горностаев. Соотношение биомассы в экосистеме люцерна – телята - мальчик (при условии, что мальчик в течение года питается только телятами) составляет 8211 кг люцерны, 1035 кг телят и 48 кг мальчика; по энергии цифры соответственно составляют 1,49*107 кал; 1,19*106 кал и 8,3*103 кал. Различие в результатах по биомассе и энергии отчасти объясняется изменениями обмена в зависимости от размеров (обмен растет пропорционально массе в степени 2/3).
Увеличение размеров экосистем повышает обычно величину ее отдачи, но в то же время снижает долю чистой продукции из-за роста стоимости самоподдержания системы. Уравновешивание скорости поступления и расхода энергии приводит к прекращению роста биомассы, объем которой в этот момент характеризует максимальную поддерживающую емкость среды. Оптимальная емкость, при которой скорость образования биомассы будет наибольшей, ниже максимальной емкости примерно в 2 раза. Так, в естественном опыте максимальное число оленей в загоне 500 га через несколько лет составило 200 голов, а оптимальным установившемся уровнем оказалось 100 голов.
Все темы данного раздела:
Исходные теоретические концепции экологии
Наибольшее значение для экологии имела биологическая наука и особенно эволюционная теория Ч.Дарвина. Положения о наследственности и изменчивости, естественном и искусственном отб
Взаимоотношения организма и среды
К условиям существования или условиям среды относятся необходимые организму факторы, без которых его существование невозможно. Наиболее общая классификация экологических факторов
Экология популяций и сообществ
Целью изучения экологии популяций и сообществ является получение знаний об их важнейших характеристиках и свойствах, типах развития и других особенностях, необходимых для решения ко
Общая характеристика.
Экосистема является основным понятием экологии. Она может быть представлена самыми различными по масштабу образованиями - от обычной лужи до аквариума, до биосферы в целом. Близким к данному понят
Эволюция и устойчивость экосистем.
Экосистемы являются динамическими образованиями с выраженными суточными, сезонными и многолетними ритмами. Первый из них обусловлен циркадианной (околосуточной) периодикой физиологических процесс
Состав и границы биосферы.
Создателем учения о биосфере стал Владимир Иванович Вернадский (1863-1945), один из последних великих ученых-энциклопедистов. Он предсказал овладение человеком ядерной энергией, освоение космоса
Циркуляция элементов в биосфере.
Выше была рассмотрена циркуляция энергии и вещества в экосистемах. Биосфера представляет собой уникальную планетарную экосистему со сложившимися биогеохимическими циклами циркуляции наиболее важны
Эволюция биосферы.
Появившиеся 3 млрд. лет тому
назад живые организмы преобразовали планету, резко изменив ее воздушную и водную оболочки, поверхность и почвы. В поступательной эволюции планеты можно в
Человек в биосфере
Человек справедливо считается венцом эволюции органического мира. Необычайная сложность такого явления как человек стала причиной многообразия подходов к изучении человека, как объ
Среды жизни человека и формы его адаптации к ним.
Как указывалось выше, человек является единственным биологическим видом, распространенным по всей биосфере. Есть регионы с высокой плотностью населения, есть места, где человек появляется только
Адаптивные типы и расы.
При анализе человечества как большой системы выделяют следующие биологические уровни сложности: особь, репродуктивная группа, экологическая популяция, адаптивный тип, раса, вид-человек разумный. П
Современные воздействия человека на биосферу.
Основное воздействие человека на биосферу связано с его экономической деятельностью. Менее значимы другие аспекты контактов человека с ОС, хотя в определенных условиях и они могут быть значительн
АКТУАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА В БИОСФЕРЕ
Согласно рис. 2.3 для конца XX века характерно резкое ускорение вектора влияния человечества на биосферу и вхождение нашей жизни в сплошную полосу экологических кризисов и проблем
Проблема роста народонаселения
Около 10 тыс. лет тому назад общая численность людей на планете составляла примерно 5 млн. чел., а период ее удвоения
- 3 тыс. лет. Население увеличивалось с возрастаю
Проблема урбанизации
В XX веке параллельно росту народонаселения планеты шел процесс урбанизации, т.е. сосредоточения населения и экономической жизни в городах. Если в 1900 г. в городах проживало 224,4
Глобальные последствия загрязнения атмосферы
Наиболее опасные последствия загрязнения атмосферы заключаются в разрушении озонового экрана и развитии парникового эффекта. Оба эти процесса явились результатом воздействия практи
Опасность ядерных катастроф и радиоактивных загрязнений
После открытия первого известного человеку вида ионизирующей радиации (ИР) в 1895 г. - рентгеновского излучения -прошло немногим более 100 лет. Опасность ИР для здоровья и жизни бы
Проблема истощения природных ресурсов
Под природными ресурсами (ПР) понимаются конкретные виды материи и энергии, которые обеспечивают развитие человеческого общества, но формируются в ПС и являются ее компонентами. В с
Региональные экологические проблемы Тверской области
Наиболее неблагоприятными является экологические условия
в областном центре. Город Тверь не относится к городам с очень большими уровнями загрязнений (суммарные выбросы ЗВ
Прогнозирование и оценка экологического риска.
Обзор основных экологических проблем современности целесообразно дополнить замечаниями относительно концепции экологического риска, которая в последние 1.5...2 десятилетия широко
Экологические принципы охраны природы и рационального природопользования
Под охраной природы (ОП) понимается система мероприятий, обеспечивающая сохранение природой ресурсо- и средовоспроизво-дящих функций, а также биологического разнообразия. Природо-пользование включа
Концепция экологической безопасности и устойчивого развития РФ
В последние годы в нашей стране идет широкое обсуждение концепции экологической безопасности и устойчивого развития РФ. Значительная часть предлагаемых мер закреплена указом Президента РФ N236-94
Международное сотрудничество по охране ОС
РФ осуществляет такое сотрудничество в области охраны ОС на двух- и многосторонней основе. Двухстороннее сотрудничество у нас развивается с Великобританией, Германией, Данией, Инди
Основные формы и методы защиты природной среды и решения экологических проблем
Специфические (т.е. применяемые для решения конкретных экологических проблем) методы и подходы рассмотрены в разделе 3. В данном подразделе вначале проводятся консервативные и актив
ЗАЩИТА КОМПОНЕНТОВ БИОСФЕРЫ
5.1. Защита атмосферы от материальных загрязнений*
5.1.1. Экологическая характеристика атмосферы. Газообразная оболочка Земли - важ
Характеристика и источники загрязнения атмосферы.
Атмосфера состоит из окиси газов и имеет общую массу т или примерно одну миллионную массы Земли. Около 50% ее массы сосредоточена в приземно
Нормирование загрязнений атмосферы.
В России и странах СНГ установлены нормативы 3В в атмосферном воздухе гигиенического и технического назначения.
При гигиеническом нормировании исходят из трех основных принципов вредности
Контроль за состоянием чистоты атмосферы.
На территории РФ осуществляется государственный контроль за чистотой атмосферы в рамках ЕГСЭМ (детально см. выше подраздел 4.3).
Согласно ГОСТ 17.2.3.01-86 и РД 52.04.186-89 кроме стацио
Защита_атмосферного воздуха.
В настоящее время для защиты атмосферы от материальных загрязнений широко применяют организационно-технические методы защиты и почти забывают о технологических методах. Последние радикально уменьша
Рассеивание выбросов в атмосфере.
На ТЭС, ТЭЦ, металлургических заводах, химических комбинатах и т.д. достаточно эффективным решением пока остается рассеивание нескольких очищенных выбросов в атмосфере с помощью высоких вертикаль
Методы очистки выбросов.
Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные методы очистки, используемые в соответствующих ПУ. Последние классифицируют по принципу очистки на четыре следующие группы.
1. Сухие П
Экологическая характеристика водной среды.
Гидросфера - важнейший регулятор сбалансированности жизни на Земле. Водой покрыто до 71% поверхности планеты, ее общие запасы составляют 1,37 млрд.км3, 98% из которых приходная на моря
Водопользование и его виды.
Использование воды для удовлетворения нужд населения и хозяйственной деятельности человека называется водопользованием, которое может осуществляться с изъятием вода из водоема (для питья, полива
Виды и источники загрязнения водной среды.
Под загрязнением воды понимают такое изменение ее состава и свойств, которое делает воду непригодной для одного или нескольких видов водопользования. Под засорением воды понимается накопление в ней
Нормирование качества воды.
Нормативы качества воды приведены в Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН 4630-88) [10] и Правилах охраны поверхностных вод (1991 г.). Нормы даны для воды х
Контроль качества воды и регламентация спуска СВ в водоемы и канализацию города.
Контроль за состоянием водных объектов осуществляют как водопользователи, так и органы госконтроля - Госкомэкология РФ, Росгидромет через ЕГСЭМ, Госком-санзпидемнадзор РФ, Роскомрыбоводство, их ме
Основные направление защиты водной среды.
Рост водопотребления в промышленности и сельском хозяйстве наряду с масштабными загрязнениями водоемов делают актуальной разработку мероприятий по защите водной среды и ограничении потреблении во
Методы очистки СВ.
Правилами охраны поверхностных вод запрещен сброс неочищенных СВ. Их очистка заключается в обезвреживании (т.е. удалении вредных веществ, попадание которых в водоемы может сделать воду непригодной
Оборотное водоснабжение предприятий
- это такое водоснабжение, при котором СВ после их очистки вновь используются в технологических процессах данных предприятий. Оно является наиболее перспективным способом уменьшения водопотреблен
Экологическое значение почв.
Под почвой понимается обладающий плодородием поверхностный слой земли, сформировавшийся под воздействием воздуха, воды и живых организмов. Земля представляет собой более широкое понятие, которое пр
Антропогенные воздействия на почвы.
Почвы относят к природным объектам, которые формируются очень медленно (для увеличения толщины почвы на 2...2,5 см нужно около 100 лет), а разрушаются быстро. Можно выделить следующие формы нарушен
Охрана растительного мира.
Флора является одной из двух главных форм жизни на Земле. В любой экосистеме и в биосфере в целом растения выполняют роль продуцентов и создают основную часть биомассы, ежегодно поглощая около 16
Охрана животного мира (фауны).
Хотя биомасса животных нашей планеты составляет всего 2%, живого вещества, их роль в биосфере незаменима. Животные отличаются высокими уровнями энергетики, большой подвижностью и разнообра
Охрана недр
Недра являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного слоя или дна водоемов и водотоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения (или н
Важнейшие параметры ИИ и единицы их измерения.
Тяжесть последствий, вызванных воздействием ИИ, зависит от интенсивности и продолжительности их действия на человека. Интенсивность ИИ зависит от количества РВ, которое оценивается его активность
Характеристика и источники РЗ в РФ.
Радиационная обстановка в РФ определяется: 1) глобальным радиоактивным фоном (естественный радиационный фон или ЕРФ плюс фон, обусловленный проводившимися ранее ядерными испытаниям в мире); 2) на
Радиационный контроль (РК) в РФ.
Законодательством РФ установлены государственный надзор и контроль, производственный и общественный контроль за радиационной обстановкой в стране и обеспечением безопасной работы искусственных ист
Защита от ИИ.
Основным защитным мероприятием является полное исключение облучения людей, снижение его до уровня, не превышающего нормативов по НРБ-96 (см. табл. 5.7), и уменьшение числа лиц, подвергающихся обл
Принципы обеспечения РБ населения.
В нормальных условиях эксплуатации источников ИИ РБ обеспечивается реализацией: 1) принципа нормирования, т.е. непревышение допустимых пределов (см. табл. 5.7) индивидуальных доз облучения граждан
Защита населения от акустических загрязнений.
Упругие колебания, распространяющиеся в воздухе, твердой и жидкой средах под воздействием какой-либо возмущающей силы, относят к акустическим колебаниям. В диапазоне частот f = 16 Гц... 20 кГц они
Защита населения от вибраций.
Вибрациями называют механические колебания материальных точек или тел, непосредственно передаваемые телу человека или отдельным его участкам. Вибрации, передающиеся на тело человека через его опор
Защита населения от воздействий ЗМП промышленной частоты.
Неионизирующие ЭМП возникают вдоль ЛЭП и вблизи электроподстанций, работающих под напряжением свыше 1000 В. Как известно, электрическое, поле (ЭП) характеризуется электрической напряженностью Е, к
Защита ОПС от тепловых загрязнений СТЗ).
Они обусловлены высокими потреблением и рассеиванием энергии в промышленных центрах и городах. Наиболее уязвимыми к ТЗ с экологической точки зрения оказываются поверхностные воды в районах с ТЭЦ
Экологическая экспертиза хозяйственной и иной деятельности
Экологическая экспертиза (ЭЭ) - это установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта ЭЭ
Оценка ущерба от загрязнений ОПС
Как известно, загрязнения ОПС наносят ущерб не только природе, но и народному хозяйству, здоровью и самочувствию людей. Он проявляется одновременно в нескольких аспектах: моральном, эстетическом, п
Экономический механизм природопользования в РФ
Основными элементами современного экономического механизма природопользования в РФ являются плата за загрязнения ОПС и за пользования ПР. Так, с 1993 г. Правительством РФ введен нов
Экономическое стимулирование природоохранной деятельности и экологические фонды в РФ
Закон РФ "Об охране ОПС" (1991 г.) предоставляет предприятиям, учреждениями организациям, а также гражданам налоговые, кредитные и иные льготы при внедрении ими малоотходн
ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА И УПРАВЛЕНИЕ ОХРАНОЙ ПРИРОДЫ В РФ
7.1. Источники и содержание экологических правовых норм
Юридическую основу экологического права и природоохранной деятельности в РФ сос
Ответственность за экологические правонарушения
Под правонарушениями понимается виновное противоправное деяние (действие или бездействие) совершенное вменяемым человеком, достигшим установленного законом возраста. Правонарушения
Управление охраной природы в РФ
Государственное управление природоохранной деятельностью в РФ осуществляют ее высшие органы власти: Федеральное собрание (Государственная Дума и Совет Федерации) с одной стороны (через Комитет по э
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Состояние экологического кризиса стало характерной чертой жизни во всех промышленно развитых странах мира, в том числе и в РФ.
Экологическое неблагополучие в РФ приводят к
БИБЛИОГPАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Бережной С.А., Романов В.В., Седов Ю.И. Экология: Учебное пособие. - Тверь: ТвеПИ, 1993.
2. Сборник типовых расчетов и заданий по экологии: Учебное пособие / С.А. Бережной, В.В. Романо
Новости и инфо для студентов