Связи локальной экосистемы и характеристики составляющих
Анализ особенностей локальных природных экосистем продолжим на примере системы, представленной на рис. 2.4, которая по классификационным признакам относится к биогеоценозних. Подсистема Q - это парцелла, в которой отдельное дерево с прилегающим окружающей средой является консорцийною естественной экосистемой. На рис. 2.6 представлена схема этой системы, дополненная по сравнению с рис. 2.4, некоторыми компонентами, присущими дереву. Экологическая система представляет собой простейшую двухуровневую, все составляющие которой являются организмами - сложными биологическими системами. Но для экологии они - элементы, то есть мельчайшие неделимые компоненты, внутренние процессы, которые изучают специальные науки. Для экологии это "черные ящики" с биологическими характеристиками.
В иерархической схеме системы все элементы равнозначны. Но в консорцийний системе элемент ядро играет ведущую роль, поэтому на схеме (рис. 2.6) составляющая 1 выделена размером и центральным местоположением. Такие элементы окружающей среды, как почва и атмосферный воздух, не включенные в состав систем, а их влияние учитывается так же, как и влияние Солнца - в виде внешних связей. На рис. 2.7 показаны внешние связи ядра системы, учитывающие обеспечения дерева солнечной энергией, влагой, питательным веществом из почвы и атмосферы в виде прямых связей. Обратное влияние дерева на окружающую среду показывает возвращение в фунт органического вещества в виде опада листьев с дерева и выделения кислорода в воздух.
Эти связи определяются уравнением фотосинтеза (7) и биологическими характеристиками дерева. На рис. 2.8 представлена характеристика
интенсивности поступления питательной фунтовой вещества в зависимости от температуры почвы.
При температуре до десяти градусов все процессы в почве подавлены, в интервале от 10 до 20-25 ° С их интенсивность возрастает.
После 25 ° С питания начинает резко уменьшаться. Диапазон оптимальной температуры очень узкий - 5-7 градусов.
В среднем из почвы лесные растения берут за год с одного гектара 3-14 кг фосфора, 6-24 кг кальция, 13-50 кг азота.
Газопотребления дерева зависит от многих причин, одной из главных является вид дерева. В табл. 2.5 приведены данные, характеризующие поглощающие свойства некоторых растений.
Таблица 2.5 Газопоглинальна способность деревьев
Растение |
Показатель |
||
Количество листьев (хвои) (кг сухой массы) |
Поглощающая способность (г / 100 кг) |
Газопоглощения в сутки (г) |
|
Тополь канадский |
9,7 |
81,0 |
7,9 |
Ясень зеленый |
5,4 |
80,0 |
4,7 |
Липа |
9,3 |
74,0 |
3,7 |
Клен остролистный |
7,2 |
34,0 |
2,4 |
Береза обычная |
5,2 |
69,5 |
2,2 |
Яблоня |
2,6 |
80,5 |
2,0 |
Тополь черный |
5,5 |
32,5 |
1,8 |
Ель колючая |
11,4 |
14,5 |
1,6 |
Ива белая (серебристая) |
1,6 |
79,5 |
1,3 |
Лох узколистный |
1,6 |
58,0 |
0,9 |
Сосна обыкновенная |
9,2 |
10,5 |
0,9 |
Благодаря опавших листьев деревьев возвращают значительную часть потребленных корнями из глубины почвы веществ, поэтому подстилка (поверхность почвы) богата питательными веществами (табл. 2.6).
Таблица 2.6 Показатели опада и подстилки (кг / га)
Типы леса |
Опад |
Подстилка |
||||
N |
Р 2 O 5 |
К 2 О |
N |
Р 2 О 5 |
К 2 О |
|
Сосняк частей |
8,95 |
2,22 |
4,90 |
618,6 |
36,5 |
30,8 |
Сосна с липой |
24,58 |
5,18 |
11,66 |
675,8 |
30,8 |
36,5 |
Для обеспечения процессов жизнедеятельности растений необходимо значительное количество воды. На каждый гектар поля за год нужно 3-7 тысяч тонн воды. Взрослый береза "выпивает" 70 литров воды в день, а липа - 40 литров.
Как видно на примере рис. 2.8, влияние внешнего фактора на биологический объект очень большой и характеризуется оптимальным и предельными значениями. Конкретные значения зависят от особенностей биологического объекта. Например, минимально допустимая величина кислотности материковых вод для выживания различных организмов характеризуется следующими значениями рН:
- Менее 6,0 - погибают ракообразные, моллюски, форель, сыч, хариус, фито- и зоопланктон, насекомые;
- Менее 5,5 - погибают окунь и щука;
- Менее 5,0 - погибают угри и гольцы.
По-разному реагируют на изменение внешних факторов не только различные представители биоты, но даже одна особь в разные периоды жизни. Например, у бабочки ветряной огневки критическая минимальная температура равна - 7 ° С для гусеницы - 22 ° С для взрослого формы - 27 ° С для яиц. Если взрослый карп переносит снижение содержания растворенного кислорода в воде при температуре 20 ° С до 4 мг / л, то малек - только до 5 мг / л.
Возможность организма переносить температурные изменения среды зависит от его способности к саморегулированию. По этому признаку организмы делятся на пойкилотермных и гомойотермных.
Пойкилотермные не могут поддерживать температуру тела при изменении состояния внешней среды. Поэтому их жизнедеятельность полностью зависит от температуры окружающей среды. Это растения, микроорганизмы, беспозвоночные и некоторые хордовые. Для них характерна температура возобновления обмена веществ после холодного угнетение, которая называется температурным порогом развития, и сумма эффективных температур Т Σ = (Т-t) * τ (где Т температура окружающей среды, t - температурный порог развития, τ - число часов , когда Т> τ). Значение Т Σ ограничивает географическую распространенность видов.
Диапазон температуры, нормальный для существования организма, бывает очень малым. Например, некоторые тепловодные морские рачки не выдерживают изменения более 6 градусов (от 23 до 29 ° С).
Гомойотермных организмы способны поддерживать температуру тела при изменении температуры среды в значительных пределах. Это птицы и млекопитающие. Некоторые из них впадают в спячку при значительном снижении температуры, при которой температура тела значительно уменьшается, что тормозит обмен веществ.
Некоторые гомойотермы переносят очень значительные колебания температуры. Примером может быть северный песец, который живет в условиях колебания температуры от +30 до -55 ° С.
Для поддержания жизнедеятельности организма животного должны получать извне определенное количество энергии, которая содержится в питательных веществах. Потребление энергии животным носит название метаболизма. Зависимость метаболизма от массы тела, то есть характеристика, для млекопитающих описывается формулой (8):
где Р целей - количество энергии (ккал / сут), М - масса тела (кг).
Одним из главных показателей, определяет уровень энергообмена, является поверхность тела. Интенсивность обмена веществ обратно пропорциональна массе и прямо пропорциональна поверхности тела животного. В табл. 2.7 показана зависимость теплопродукции организма от массы и поверхности тела.
Таблица 2.7 Тепловые показатели животных
Объект |
Масса, кг) |
Суточная теплопродукция (кДж) |
|
на 1 кг массы |
на 1 м 2 поверхности |
||
Мышь |
0,018 |
+2747 |
+4980 |
Курица |
2,0 |
298 |
+3977 |
Криль |
2,3 |
315 |
+3851 |
Гусь |
3,5 |
267 |
4061 |
Собака |
15,2 |
216 |
4354 |
Человек |
64,3 |
145 |
4376 |
Свинья |
128,0 |
80 |
+4506 |
Бугай |
391,0 |
80 |
6580 |
Лошадь |
441,0 |
46 |
+3882 |
Питательное вещество, как правило, выступает тем ограничительным фактором, от которого зависит количество организмов, которые могут существовать в пределах экологической природной системы. Для млекопитающих есть такая зависимость необходимой территории одного животного от массы тела:
где F- плоскость индивидуального участка (гектара) А - коэффициент, равный 2,71 для травоядных и 1,70 для хищников; М - масса животного (кг); n - показатель, равный 1,02 для травоядных и 1,03 для хищников.
Для различных животных (наземных и водных беспозвоночных, млекопитающих, птиц, различных пойкилотермных позвоночных) зависимость плотности популяций средней массы животного удовлетворительно описывается формулой (10):
где N - плотность популяции (число особей на один квадратный километр).
В водных экосистемах лимитирующим фактором является не только наличие корма, а и количество растворенного в воде кислорода. На один килограмм взрослой рыбы требуется от 60 до 110 мл / ч. кислорода: Карповым - 60; окуневым - 80; лососевым - 110 мл / ч. Мальки потребляют от 190 до 300 мл / ч. кислорода на килограмм массы.
Концентрация кислорода, кроме всего, влияет на "аппетит" рыбы - при снижении содержания кислорода в воде уменьшается количество использованного корма до 2-3 раз.
Благодаря фотосинтезу фитопланктон производит летом за час до 4 мг кислорода на литр поверхностного слоя воды. Потребителями кислорода является не только рыбы, но и другие обитатели водоема, которым нужно в 20 г / м 2 в сутки.