Устойчивое развитие биохорологических единиц биосферы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ                                         ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО                                        ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ                                                   ИМЕНИ АКАДЕМИКА И. Г. МАКАРЕВИЧА»

естественно-географический факультет

Кафедра экологии и рационального природопользования

 

Курсовая работа                                                                                                        на тему:

 «Устойчивое развитие биохорологических единиц биосферы»

 

 

 

Выполнила:

студентка 3 курса,

направление подготовки - 022000

Экология и природопользование

профиль подготовки – природопользование

квалификация - бакалавр

Маркова Н. А.

Научный руководитель:

Кащенко Л.Н.,

д. с.–х. н.

 

Брянск 2014

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Биохорологические  единицы биосферы……………………………………...4

    1.1. Многообразие и значение экосистем  в биосфере……………………...4

    1.2. Биомы биосферы как крупные  биохорологические единицы…………18

   1.3. Учение  Тюрюканова о биохорологии биосферы……………………20

2. Понятие  об устойчивости экосистем и  биогеоценозов…………………….28

3. Структура и устойчивость некоторых  биогеоценозов лесопарка «Соловьи»………………………………………….……………………………..30

Заключение………………………………………………………………………….

Список литературы………………………………………………………………...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность темы. Технический прогресс и повышение качества жизни людей является важной целью, на достижение которой должна быть направлена научная деятельность  человечества. Важные задачи в достижении этой цели – обеспечение устойчивого экологического равновесия с помощью уяснения и осуществления основных механизмов и направлений научной работы в биохорологии, а также расширение возможностей по управлению работой биогеоценозов, синтез новых и ремонт поврежденных биогеоценозов, что очень важно для гармоничного существования биосферы в целом.

 

     В настоящее же время, в результате  неправильного, во многом из-за  недостатка научных данных, представления  о биохорологии биосферы, люди  не в состоянии оптимально  управлять работой биогеоценозов, в том числе искусственно созданных  и восстанавливать их поврежденные  компоненты, что приводит к нарушению  связей между их частями и, соответственно, иногда даже к  угнетению их.

    В свете вышесказанного становится  ясным значение разработки вопроса  об устойчивом развитии биохорологических  единиц биосферы.

     Цель и задачи работы. Цель работы – исследовать устойчивое развитие биохорологических единиц биосферы.

     В процессе достижения поставленной  цели решались следующие задачи:

1. Выявление многообразия и оценка значения экосистем в биосфере;
2. Исследование биомов биосферы как крупных биохорологических единиц;
3. Констатация основных положений учений Тюрюканова о биохорологии биосферы.

Биохорологические единицы биосферы.

Многообразие и значение экосистем в биосфере.

Биохорологические единицы биосферы – единицы биосферы, отражающие пространственную структуру биологических сообществ и биосферы в целом. Элементарной биохорологической единицей биосферы является экосистема - эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их косной среды.

Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае, когда она разнокачественна.

Биологическое разнообразие биосферы включает разнообразие всех видов живых существ, населяющих биосферу, разнообразие генов, образующих генофонд любой популяции каждого вида, а также разнообразие экосистем биосферы в различных природных зонах.

Удивительное разнообразие жизни на Земле — это не просто результат приспособления каждого вида к конкретным условиям среды, но и важнейший механизм обеспечения устойчивости биосферы. На основе биоразнообразия создается структурная и функциональная организация биосферы и составляющих ее экосистем, которая определяет их стабильность и устойчивость к внешним воздействиям.

Существует три основных типа биоразнообразия:

- генетическое, отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;

- видовое, отражающее разнообразие живых организмов;

- разнообразие экосистем, охватывающее различия между типами экосистем, средами обитания и экологическими процессами. Разнообразие экосистем отмечается не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу — от биоценоза до биосферы.

Сохранение биологического разнообразия — непременное условие сохранения и развития естественных экосистем, существования всей жизни в целом.

Но наряду с изучением и сохранением биологического разнообразия очень важно также и изучение многообразия экосистем, как таковых, ведь экосистемы – это основные «структурные кирпичики» биосферы.

В свете этих соображений рассмотрим некоторые типы экосистем, а также значение самого разнообразия экосистем.

Разнообразие экосистем очень велико, и потому приведем несколько примеров, достаточных для того, чтобы проиллюстрировать действие двух основных законов жизни любой экосистемы – круговорота веществ и однократности использования энергии, постоянно поступающей в экосистему извне.

Из числа естественных автотрофных экосистем рассмотрим фототрофные экосистемы лесов и пресноводных водоемов и морей.

Схема «работы» фотоавтотрофной экосистемы, использующей в качестве источника энергии солнечный свет, а источника углерода – углекислый газ, известна. Сконцентрируем внимание на различиях наземных и пресноводных экосистем, таких, как: скорость круговорота веществ, характер лимитирующих факторов, длина пищевых цепей, эффективность передачи энергии в этих цепях и соотношение биологической продукции и биомассы.

Сравнение основных признаков фототрофных пресноводных и наземных экосистем

 

Из таблицы видно, что есть три главных отличия в функционировании пресноводных и наземных экосистем:

– круговорот углерода в экосистеме водоема протекает быстро – всего за несколько месяцев, в то время как в экосистеме степи он составляет 3–5 лет, а леса – десятки лет;

– биомасса продуцентов в водной экосистеме всегда меньше, чем их биологическая продукция за весь вегетационный период. В наземных экосистемах – наоборот, биомасса больше, чем продукция (в лесу – в 50 раз, на лугу и в степи – в 2–5 раз);

– биомасса планктонных животных больше биомассы растений (водорослей). В наземных экосистемах биомасса растений всегда больше биомассы фитофагов, а биомасса фитофагов – больше биомассы зоофагов.

Кроме того, водные экосистемы более динамичны, чем наземные. Они меняются в течение суток, по сезонам года и от года к году в зависимости от особенностей климата.

Необходимо отметить, что классы наземных и пресноводных экосистем внутренне неоднородны. В экосистемах пустынь накопление детрита ничтожно и биологическая продукция низка в силу дефицита воды и высоких затрат растений на дыхание, а в экосистемах тундр при сравнительно низкой биологической продукции накапливается большое количество детрита, поскольку вследствие дефицита тепла замедляется деятельность редуцентов и детритофагов.

Во многом по-разному функционируют экосистемы олиготрофных и эвтрофных озер. В олиготрофных экосистемах круговорот веществ протекает в основном в фотическом слое, так как планктонные консументы играют одновременно и роль редуцентов: выделяемый ими фосфор тут же усваивается водорослями. Интенсивность «питательного дождя» из фотического слоя в затемненную придонную часть невелика. В эвтрофной экосистеме, напротив, значительная часть фитопланктона не усваивается зоопланктоном, оседает на дно и служит пищей детритофагам бентоса. При этом избыточные элементы питания захораниваются в сапропеле, что и вызывает процесс деэвтрофикации водоема.

Рассмотрим также экосистемы океанов, ведь океаны занимают более 70% площади Земного шара, и, соответственно, океанские экосистемы включают огромные территории и во многом определяют состояние биосферы в целом.

За исключением внутренних морей (крупных озер – Каспийского, Азовского) эти экосистемы сообщаются между собой. Средняя глубина океана составляет 3700 м., причем жизнь обнаруживается по всей глубине, безжизненных зон в океане нет. Химический состав морской воды включает 4 основных катиона (натрий, магний, кальций, калий) и 5 анионов (хлорид, сульфат, бикарбонат, карбонат, бромид).

В прибрежной зоне океанов некоторую роль играют элементы минерального питания, поступающие с суши. Однако на подавляющей площади открытого океана экосистемы функционируют только за счет углерода и азота, которые усваиваются из атмосферы. Круговороты веществ в них не привязаны к определенной территории: вещества могут переноситься морскими течениями на очень большие расстояния.

Помимо поверхностных ветровых течений, существуют и глубоководные перемещения водных масс. Благодаря течениям в морских экосистемах никогда не бывает недостатка кислорода.

Подъем глубинных холодных вод, насыщенных питательными элементами, к поверхности океана называется апвеллингом. Он происходит в некоторых местах Мирового океана в результате сложного взаимодействия разных течений.

В зоне апвеллинга наблюдается, как правило, высокая биологическая продукция, и ей характерны укороченные пищевые цепи, причем в фитопланктоне преобладают диатомовые водоросли, а в нектоне — сельдевые рыбы. В этих районах ведется рыбный промысел.

Пищевые цепи в океанических экосистемах, как и в пресноводных, обычно состоят из 6 звеньев, последнее звено представлено нектоном – рыбами, млекопитающими и моллюсками. Около 10% биологической продукции в составе «питательного дождя» опускается в темные глубины океана, в том числе лишь 0,03-0,05% захоранивается в осадках, остальное потребляется гетеротрофами. Продукция повышается при волнении моря, способствующем обогащению воды кислородом.

Самую высокую биологическую продукцию имеют коралловые рифы, эстуарии и зоны апвеллинга. Умеренно продуктивна зона континентального шельфа.

Рассмотрим теперь хемотрофные экосистемы «черных курильщиков» рифтовых зон.

В местах разломов плит литосферы подводного хребта Тихого океана из расщелин горной породы выделяются горячие воды, насыщенные сероводородом, цинка, сульфидами железа, меди и других тяжелых металлов. В этих зонах в 70-х гг. ХХ века были открыты хемоавтотрофные экосистемы, получившие название глубоководных геотермальных «оазисов». Температура «гейзеров» достигает 300°C, однако горячие воды не кипят вследствие высокого давления. Содержащиеся в горячей воде соли при контакте с холодной морской водой осаждаются и формируют конусовидные образования высотой до 15 м, которые называются «черными курильщиками». У оснований «черных курильщиков» и формируется «оазис».

Продуцентами этих экосистем являются серобактерии, образующие скопления – бактериальные маты. За счет симбиоза с ними живут и наиболее важные организмы этой экосистемы – вестиментиферы – представители типа погонофор (черви длиной 1–2,2 м., заключенные в длинные белые трубки из хитиноподобного вещества). В этих экосистемах, кроме того, много видов животных-хищников (крабы, моллюски, некоторые глубоководные рыбы).

Позднее подобные «оазисы» были обнаружены и в других океанах. Биологическая продукция «оазисов» в десятки тысяч раз превышает продукцию типичных бентосных гетеротрофных экосистем. Биомасса только вестиментифер может достигать 10–15 кг/м.

Однако экосистемы «оазисов» существуют недолго и разрушаются после того, как прекратится деятельность подводных гейзеров.

Кроме «оазисов» существуют еще и геотермальные «поля», которые обнаружены вдоль Центрального Атлантического хребта, простирающегося от Исландии до экватора. Они охватывают непосредственно хребет и окружающие его приподнятые участки дна, ширина «полей» может достигать 75 км. Температура вод, поднимающихся из расщелин – от 50 до 300°C. Жизнь экосистем «полей» в отличие от «оазисов» представлена только бактериями. Состав бактерий и продуктивность этих экосистем пока не изучены, но очевидно, что она много выше, чем у типичных экосистем абиссали.