2.5.1. Лимитирующие экологические факторы, принцип Либиха. Предел толерантности экосистемы
Живые организмы, а значит и экосистемы, реагируют на силу влияния того или другого экологического фактора. Негативное влияние экологического фактора может возникать как в случае избытка, так и недостатки его дозы. Поэтому есть понятие благоприятные дозы, или зона оптимума экологического фактора и зона песимума (дозы экологического фактора, при которых организмы чувствуют себя угнетенно).
Максимальные и минимальные переносимые значения дозы экологического фактора носят название «критические значения» (критические точки).
Набор значений экологического фактора при которых возможна жизнь называется зоной толерантности (зоной выживаемости) экосистемы относительно данного экологического фактора.
Зона оптимума – набор значений экологического фактора оптимально благоприятных для жизни и развития живых организмов…
Больше всего распространены организмы с широким диапазоном толерантности относительно всех экологических факторов.
Зависимость степени влияния экологического фактора на жизнь от его дозы показана на рис. 2.1.
1,3 – зона угнетенности;
1+2+3 – зона толерантности, 2 – зона оптимума; 4- зона смерти
Рис. 2.2.- Зависимость степени влияния екологического фактора на жизнь от его дозы:
Для нормальной жизнедеятельности экосистемы любой экологический фактор должен принимать оптимальные значения или хотя бы не выходить за пределы критических точек - закон оптимума.
Лимитируемые экологические факторы - это те экологические факторы, доза которых приближается к критическим значениям, то есть значения, которых выше или ниже оптимального значения.
Таким образом, лимитирующие факторы сдерживают развитие организмов за счет недостатка или избытка этого фактора в сравнении с потребностью.
Принцип Либиха - устойчивость экосистемы определяется самым слабым звеном в цепи ее экологических потребностей (то есть устойчивость определяется тем компонентом, что в минимуме).
Ограничивающее значение имеют не только факторы, находящиеся в минимуме, но и их максимальные или избыточные значения. Впервые представление о лимитирующем влиянии избыточного фактора наравне с минимальным было высказано в 1913 г. американским зоологом В.Шелфордом, сформулировавшим закон толерантности: существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из ряда факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом.
Вся совокупность условий, необходимых для существования того или другого вида живых организмов, а также его роль в биологическом сообществе составляют экологическую нишу. Каждый вид занимает свою нишу в сообществе.
2.6. Функционирование экосистем
2.6.1. Потоки энергии в экосистемах
Функционирование экосистемы любого уровня осуществляется лишь за счет использования материально энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Определяющей характеристикой жизни как особенной формы существования материи есть обмен веществ.
Обмен веществ отдельных организмов с окружающей средой в процессе дыхания, питания, разнообразных выделений, или в более общем виде - кругооборот вещества в экосистемах возможен лишь в процессе использования и передачи энергии.
В экосистеме, как и в биосфере в целом, основными потоками энергии являются потоки концентрированной (в основном Солнечной) и рассеянной энергии (тепловой). Живые организмы, в некотором смысле, можно сравнивать со своеобразными машинами, которые производят биомассу. Расчеты показали, что КПД растительной машины не больше 1%, то есть только 1% солнечной энергии, запасено в растительной продукции. Куда же тратятся другие 99%?
Достаточно большое количество (30-40%) лучистой энергии не проникает в листья и отражается от их поверхности. Большая часть (60-70%) тратится на дыхание, испарение, экскрецию, превращаясь в тепло.
Поток солнечной энергии превращается растениями в процессе фотосинтеза в энергию химических связей, которая последовательно переходит с едой от растений к животным, консументам первого порядка, от них – к консументам второго и высших порядков, а по мере гибели организмов или выделения ими отбросов - к редуцентам.
Фотосинтез – это синтез зелеными растениями органических веществ (белков, жиров и углеводов) из СО2, Н 2О, минеральных солей азота, фосфора и других элементов, с помощью энергии света.
Реакцию фотосинтеза можно записать в виде:
В пересчете на глюкозу, реакцию фотосинтеза можно записать в виде:
Особенностью превращения энергии в экосистемах является ее односторонняя направленность - лучистая энергия, пройдя ряд превращений, в значительной мере рассевается в виде тепла.
Таким образом, для нормального функционирования экосистемы необходим постоянный и достаточный приток концентрированной энергии, способной превращаться в работу, при этом энтропия окружающей среды увеличивается, потому обязательно необходим сток тепловой энергии из экосистем .
Баланс энергии можно записать в виде уравнения: Ек =Ер + А,
где Ек и Ер – концентрированная и рассеянная энергии, А – энергия израсходованная на работу по функционированию экосистемы