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

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)

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

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.