Біологічна продуктивність як основа функціонування різних екосистем та біотопів (стр. 1 из 6)
Міністерство освіти і науки України
Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка
Кафедра ботаніки, зоології та охорони природи
КУРСОВА РОБОТА
Біологічна продуктивність як основа функціонування різних екосистем та біотопів
Виконала:
студентка 45 групи Ольховик Т.Г.
Науковий керівник:
к.б.н., доц. кафедри ботаніки, зоології та
охорони природи Карпенко Ю.О.
Чернігів – 2007
ЗМІСТ
ВСТУП.. 3
РОЗДІЛ 1. Способи живлення організмів та їх особливості 4
1.1 Автотрофне та гетеротрофне живлення. 4
1.2 Особливості живлення організмів. 6
1.3 Продукційний процес: продуценти, консументи і редуценти. 13
РОЗДІЛ 2. Фактори продуктивності та її контроль. 17
2.1 Генетичні фактори продуктивності 17
2.2 Екологічний контроль продуктивності 19
2.3 Ценотичний контроль продуктивності, біопродукція в різних біомах. 27
ВИСНОВКИ.. 32
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.. 34
ВСТУП
Усе живе виникає в результаті біопродукційного процесу та є наслідком життєдіяльності організмів: живлення та розмноження рослин, тварин або мікроорганізмів. Завдяки біопродукційному процесу існують екосистеми та біосфера Землі. При багатьох рисах подібності живі організми несхожі за способами створення органічної речовини та джерел отримання сировини та енергії, що необхідні для цього процесу.
Швидкість, з яким продуценти екосистеми фіксують сонячну енергію в хімічних зв'язках синтезованої органічної речовини, визначає продуктивність співтовариств. Органічну масу, створювану рослинами за одиницю часу, називають первинною продукцією співтовариства. Продукцію виражають кількісно в сирій чи сухій масі рослин або в енергетичних одиницях - еквівалентному числі джоулів.
Недостатня утилізація продуктів життєдіяльності в ланцюгах розкладання має як наслідок нагромадження органічної речовини, що відбувається, наприклад, при заростанні мілководних водойм. Біомаса співтовариства з урівноваженим кругообігом речовин залишається щодо постійної, тому що практично вся первинна продукція витрачається з метою харчування і розмноження.
Мета роботи полягає в тому, щоб проаналізувати місце біологічної продуктивності в системі функціонування різних екосистем та біономів.
Поставлена мета вимагає вирішення певних завдань, а саме:
1) проаналізувати способи живлення організмів, їх особливості;
2) охарактеризувати фактори продуктивності;
3) дати характеристику видів контролю біопродуктивності.
РОЗДІЛ 1. Способи живлення організмів та їх особливості
1.1 Автотрофне та гетеротрофне живлення
У світі живих істот (за всього їх різноманіття) реалізується два основні докорінно різні типи живлення - автотрофне та гетеротрофне.
У суто хімічному плані автотрофне живлення полягає в утворенні великих молекул органічних сполук з окремих атомів хімічних елементів або простих молекул неорганічних сполук. Так, наприклад, зелені рослини в ході процесу живлення з ізольованих атомів вуглекислого газу СО2 та іонів мінеральних речовин (NO3-, NH4+, K+, РО43- та ін.) утворюють макромолекули органічних речовин. Таким чином, автотрофне живлення - це немов процес агрегування атомів у макромолекули, з яких складається жива речовина. Він вимагає обов'язкового притоку енергії. Без нього автотрофне живлення неможливе.
У живих організмів з автотрофним живленням у процесі еволюції виробилися два біохімічні механізми, які здатні забезпечувати їх енергією, - фотосинтез та хемосинтез.
Фотосинтез - це процес утворення органічних речовин за рахунок використання енергії сонячної радіації. У фотосинтезуючих організмів для поглинання сонячної радіації сформувався комплекс пігментів, головним серед яких є хлорофіл. Хлорофіл має здатність поглинати кванти сонячної енергії та направляти їх на синтез органічної речовини. Хлорофіл має зелений колір, і тому вся група живих організмів, що мають хлорофіл, складають світ зелених рослин. Усі зелені рослини є автотрофами, і всі вони використовують енергію сонячного світла для забезпечення свого живлення.
Принципова схема фотосинтезу наведена на рис.1. Цей процес може бути виражений сумарним хімічним рівнянням
СО2 + Н2О + 962 ккал = С6Н12О6 + О2.
Процес фотосинтезу веде до накопичення вільної енергії ΔG у кількості 470 кДж/моль.
При фотосинтезі не тільки утворюються органічні речовини, а й відбувається виділення кисню. Спеціалісти з геохімії встановили, що первинна атмосфера нашої планети мала відновлювальний характер. До її складу входили азот, окис вуглецю, водень та інші гази. Вільний кисень у ній був зовсім відсутній. Надходження кисню до атмосфери Землі почалося тільки з моменту виникнення (це відбулося приблизно 3 млрд. років тому) зелених автотрофних рослин, які проводили фотосинтез. За час існування зелених рослин в атмосфері накопичилося 20,95% кисню.
Рис. 1. Схема процесу фотосинтезу у зелених автотрофних рослин [8]
Хемосинтез - це також процес утворення органічних речовин, але в цьому .випадку як джерело енергії використовуються деякі типи хімічних реакцій, при яких виділяється енергія. Хемосинтез здійснюють лише мікроорганізми. Він був відкритий в 1887-1890-х роках CM. Виноградським. Як джерело енергії хемотрофи використовують прості неорганічні сполуки сірки, заліза або азоту, які при окисненні дають вільну енергію. Процес отримання енергії при хемосинтезі відбувається за такими схемами:
NH3 + О2 → HNO3 + 83,5 ккал
H2S + О2 → H2SO4 + 159 ккал
FeCO3 + О2 → Fe(OH)3 + 40 ккал
Відповідно мікроорганізми, які використовують ту чи іншу з цих трьох екзотермічних реакцій, називаються азотобактеріями, сіркобактеріями або залізобактеріями.
Гетеротрофне живлення принципово відрізняється від автотрофного тим, що організми, які реалізують його, будують своє тіло з готових органічних сполук. Енергію, необхідну для засвоєння та перетворення цих речовин, вони отримують за рахунок окиснення цих же органічних сполук. За таких обставини біопродукційний процес гетеротрофних організмів не веде до збільшення живої речовини на Землі. Він тільки збільшує різноманіття форм живої матерії.
1.2 Особливості живлення організмів
Основних типів живлення у світі живих організмів тільки два - автотрофне та гетеротрофне. Але форми їх здійснення в рослин, тварин та мікроорганізмів досить різноманітні. Сам по собі біопродукційний процес відбувається тільки на рівні особин. Але на нього суттєво впливає організація популяцій та екосистем, до складу який входять ці організми.
Автотрофне живлення за формами його реалізації порівняно однорідне. Усі зелені рослини користуються одними й тими ж ресурсами при фотосинтезі. Зате форм та видів гетеротрофного живлення безліч.
Перш за все слід виділити гетеротрофні мікроорганізми, яким властиве поглинання органічних речовин шляхом їхнього всмоктування через усю поверхню свого тіла. Частина таких мікроорганізмів використовують органічні речовини вже відмерлих рослин та тварин. Це сапрофіти. Інші види вилучають потрібні їм органічні речовини прямо з тіл ще живих рослин та тварин, їх називають паразитами. Типові гетеротрофи - гриби. Вони можуть бути як сапрофітними (мукор та інші цвілеві гриби), так і паразитами (іржасті грибки, головня). Серед вищих рослин гетеротрофів не так уже й багато Як усі гетеротрофні організми, такі вищі рослини виділяються своїм незеленим забарвленням. Деякі гетеротрофні вищі рослини живляться сапрофітно, інші паразитично. Серед останніх як небезпечні засмічувачі посівів культурних рослин важливе значення мають багато видів бур'янів паразитів і напівпаразитів (вовчок, повитиця, дзвінець та ін.).
Усі тварини гетеротрофні. Як правило, на відміну від гетеротрофних мікроорганізмів та рослин, тварини поглинають готову органічну речовину не шляхом усмоктування, а у «твердому» стані. Як орган поглинання їжі тут сформувався ротовий отвір, який у різних видів може мати різну будову.
Усім тваринам характерна спеціалізація, спрямована на використання певного виду їжі. Ще Ч. Дарвін помітив, що дощові черв'яки використовують в їжу тільки листки рослин із певним хімічним складом. В Австралії коала - сумчастий ведмідь харчується листками евкаліптів тільки певних видів. Але більшість видів тварин мають більш широкий асортимент кормів, хоча при можливості вибору перевагу віддають якомусь одному виду корму. Тому А.А. ІПмальгаузен (1952) поділяв їжу на основну, якій віддається перевага, замінну та випадкову. Невибіркове харчування властиве тільки нижчим гетеротрофам, які всмоктують їжу поверхнею тіла. Однак низька вибірковість трапляється й у вищих форм тварин. Так, наприклад, живляться кити, захоплюючи ротом усі організми, які входять до складу планктону.
Серед тварин-гетеротрофів чимало травоїдних форм - фітофагів, які живляться лише рослинами для задоволення своїх потреб в органічних речовинах та енергії. Інші тварини є хижаками, їхня їжа - це інші живі тварини. Треті вживають тільки мертвих тварин. Певна частина тварин всеїдна: до складу їхньої їжі входять як рослинні, так і тваринні компоненти.
За типами живлення всіх тварин поділяють на три групи. Стенофагами називають тварин, що живляться їжею тільки певного виду, олігофаги можуть використовувати 2-3 види їжі, еврифаги, або поліфаги, - мають досить широкий неспеціалізований асортимент їжі. Наприклад, стенофагом є колорадський жук - він використовує в їжу рослини тільки з родини пасльонових. Граки та ворони в умовах міста є поліфагами, використовуючи в їжу майже все, що можна з'їсти. За великого видового різноманіття тварин та широкої амплітуди способів їх живлення всі вони мають спільну екологічну рису: їх живлення як гетеротрофів залежить від наявності готових органічних речовин.