Ekologijos pagrindai

1) Ekosistema — abipusiais ryšiais susijęs gyvosios ir negyvosios gamtos kompleksas, tarp kurio elementų ir komponentų nuolat vyksta medžiagų ir energijos apykaita. Ekosistema — tai ekologinė sistema, apimanti tam tikrą teritoriją ar erdvę ir visus gyvuosius organizmus — biota -- dėl kurių sąveikos su fizine aplinka susiformuoja medžiagų ir energijos apykaita tarp negyvosios ir gyvosios gamtos. Ekosistemą apibūdina energijos ir medžiagų srautai, produktyvumas, struktūra, sukcesijos, medžiagų apykaita, biogenų balansas. Sausumos ir vandens ekosistemos pagal jų užimamą plotą skirstomos i mikro-ekosistemas, mezoekosistemas ir makroekosistemas. Ekosistemų komponentinė struktūra. Kiekvienos ekosistemos komponentinę struktūrą sudaro visi joje esantys komponentai. E. Odumas ekosistemos komponentus suskirstė į materialiuosius ir funkcinius (Odum, 1983). Materialieji komponentai atstovauja materialiąją ekosistemos dalį. Svarbiausi ekosistemos materialieji komponentai yra šie: • klimato režimas (drėgmė, temperatūra, vėjas ir kt.); • mineralinės medžiagos, dalyvaujančios apytakoje; • organinės medžiagos, dalyvaujančios apytakoje; • gamintojai (producentai); • vartotojai(konsumentai); • skaldytojai(reducentai); • antropogeniniai įrenginiai ir statiniai (miestai, keliai, geležinkeliai ir kt.). Patys svarbiausi ekosistemų komponentai — tai gyvoji ekosistemos dalis — gamintojai, vartotojai ir skaldytojai. Gamintojai yra žalieji augalai ir kai kurios chemosintetinančios bakterijos. Jie gamina organinę medžiagą, kuri būtina vartotojams maitintis. Skaldytojai skaido mirusius gamintojus ir vartotojus (augalus ir gyvūnus), išlaisvindami jų biogeninius elementus. Gamintojų, vartotojų ir skaldytojų evoliucija yra labai svarbi ekosistemų būklei ir raidai. Funkciniai komponentai apibūdina ekosistemoje vykstančius procesus bei jų kaitą. Svarbiausi ekosistemos funkciniai komponentai yra šie: • energijos ir medžiagų virsmas; • organizmų evoliucija; • biogeocheminiai ciklai; • mitybos lygmenys (dar vadinami trofiniais lygiais); • homeostazė; • rūšių biologinė įvairovė ir jos kaita; • technologijos, taikomos įsisavinant aplinką. ekosistema suprantama kaip vieningas darinys, kuris apima gyvus organizmus (augalus, gyvūnus ir kitus gyvuosius organizmus - biocenozę) bei jų gyvenamosios vietos veiksmių kompleksus (arba biotopus). Supaprastintai vaizduojant Biotopas + Biocenozė = Ekosistema. Kai kurie autoriai ekosistemą laiko pagrindiniu ekologijos vienetu. Ekosistema yra dinamiška ir sudėtinga visuma, veikianti kaip ekologinis vienetas. Ekosistemą palaiko nuolat gamtoje vykstantys procesai. Medžiagos ekosistemoje juda ratu, energiją gauna iš saulės, energijos kelias ekosistemoje yra kryptingas bet ne ciklinis. Medžiagų judėjimas ekosistemoje gali būti gana uždaras, tačiau ne energijo 2.Pirminę energiją ekosistemos gauna iš Saulės. Žalieji augalai geba kinetinę Saulės spinduliuotės energiją paversti potencine biologiškai pasisavinama energija ir sukaupti ją savo audiniuose (4.4 pav.). Šis energijos virsmo medžiaga procesas vadinamas fotosinteze (gr. photos — šviesa + synthesis — susijungimas). Fotosintezei reikalinga Saulės spinduliuotės energija, augalų šaknimis iš žemės siurbiamas vanduo ir ore esantis anglies dioksidas, kurį augalai paima pro lapų žioteles. Vykstant fotosintezės procesui Saulės šviesos energija vandens molekules suskaido j deguonį ir vandenilį, vandenilis susijungia su anglies dioksido molekulėmis, sudarydamas angliavandenius, deguonis atpalaiduojamas ir pasklinda aplinkoje:6CO2 + 6H2O+ Saulės energija (673 kcal) -> C6H12O6 + 6O2 (4.1)Angliavandenių molekulėse energijos sukaupta daugiau, negu buvo CO2 ir H20 molekulėse, iš kurių susidarė C6H1206. Ši papildoma energija yra gauta iš Saulės ir paversta augalų audinių chemine energija. Fotosintezėje dalyvauja ne tik vanduo, anglies dioksidas ir daug Saulės energijos, bet ir azotas, fosforas, mineraliniai elementai Per fotosintezės reakciją į aplinką išskirtas deguonis kurį laiką išlieka ore. Daug deguonies atmosferoje yra todėl, kad fotosintezės būdu sukuriama daug organinės medžiagos ir į aplinką patenka didelis kiekis deguonies. Žalieji augalai fotosintezei asimiliuoja tik labai nedidelę dalį (apie 1 %) į Žemės paviršių patenkančios Saulės spinduliuotės energijos. Kita dalis energijos arba atsispindi nuo Žemės paviršiaus ir grįžta į atmosferą, arba išsisklaido į aplinką. Augalai energija apsirūpina patys — juose vyksta ir fotosintezė, ir kvėpavimas. Organizmai, kurie vartodami Saulės energiją iš neorganinių junginių sintetina organinius, vadinami autotrofais. Visi kiti organizmai (išskyrus kai kurias chemo-sintetinančias bakterijas) vartoja augalų audiniuose sukauptą energiją. Tai he-terotrofai, kurie geba tik kvėpuoti ir maitintis.Organizmų kvėpavimui vartojama energija ir atmosferos deguonis, anglies dioksidas išskiriamas į aplinką, o vanduo lieka organizme. Kai organinė medžiaga suskyla j anglies dioksidą ir vandenį, juose nebelieka per fotosintezę sujungtos Saulės energijos, kuri išsisklaido aplinkoje šilumos pavidalu.Daugumos vidutinio klimato augalų fotosintezė intensyviausia 20—30° C temperatūroje, šiaurinių kraštų — 8—15° C, dykumų — apie 40° C. Rudenį, sumažėjus Saulės spinduliuotės intensyvumui, fotosintezė sulėtėja, žiemą — vyksta silpnai, o -20° C temperatūroje visiškai sustoja. Visžaliai augalai (pušys, eglės ir kt.) žiemą per atodrėkius vykdo fotosintezę. Žiemą fotosintezė vyksta kur kas lėčiau už kvėpavimą, todėl medžiagų kaupimasis augaluose žiemą yra deficitinis dėl žemos temperatūros ir dėl šviesos trūkumo.susikaupęs tam tikrame plote (cm2, m2, ha). Pievose ir laukuose bendroji biomasė kaupiasi metus, miškuose — dešimtmečius ir šimtmečius;biomasės prieaugis — augalų ir gyvūnų sukurtos organinės medžiagos kie kis, pagamintas tam tikrame ekosistemos ploto vienete (cm2, m2, ha) per tam tikrą laiką, pavyzdžiui, metus;mortmasė — mirusiųjų augalų ir gyvūnų masė kurią vartoja vartotojai ir skaldytojai .Pirminė ir antrinė produkcija išreiškiama absoliučiai sausos medžiagos mase. Augalų masė vadinama fitomase, gyvūnų -- zoomase. Visose ekosistemose vyrauja fitomase. Ji sudaro 95—99 %, o zoomase -- tik 1—5 % bendrosios biomasės kiekio. Dykumose zoomasės yra palyginti daugiau (apie 5 %), o drėgnuosiuose atogrąžų miškuose — mažiau (apie 1 %) negu kitose sausumos ekosistemose. Produkcija yra per tam tikrą laiką (valandą, parą, dekadą, mėnesį ar metus) ekosistemoje susidaręs organinės medžiagos kiekis. Produkcija dar vadinama biomasės prieaugiu.Biomasė — tai augalų (fitomase) ir gyvūnų (zoomase) masė tam tikrame ekosistemos ploto vienete (cm2, m2, ha). Pirminė produkcija tai gyvieji augalai, o antrinė tai visi žolėdžiai gyvūnai. Visos masės yra tarpusavyje glaudžiai susijusios ir negali funkcionuoti atskirai. Visa tai (išskyrus mortmasę) yra gyvoji organinė medžiaga, sudaranti ekosistemos biologinį fondą.Ekosistemose organinė medžiaga yra kaupiama ir skaidoma. Abu šie procesai vyksta nuolat. Ekosistemoje dėl skirtingo augalų ir gyvūnų rūšių mitybos būdo bei jų tarpusavio sąveikos tuo pat metu vyksta priešingi procesai — organinių medžiagų kūrimas bei jų vartojimas ir skaidymas. Žalieji augalai per fotosintezę kuria organinę medžiagą (fitomasę). Nuo jų sukurtos produkcijos priklauso visi kiti organizmai. Glaudžius visų ekosistemos gyvųjų organizmų tarpusavio saitus iliustruoja mitybos grandinė, kurioje visos grandys, vadinamos mitybos lygmenimis, yra labai glaudžiai susietos tarpusavyje. Erelis gauna energijos, pasimaitinęs lapės mėsa. Lapė buvo gavusi energijos iš suėsto kiškio, kuris maitinosi augaliniu maistu. Taigi erelio pirminis energijos šaltinis yra ta pati kiškio suėsta žolė (fitomasė), kuri kiškio ir lapės organizmuose transformavosi į zoomasę — plėšrūnams tinkamą energijos šaltinį, gaunamą su maistu. Mitybos grandine vadinami ekosistemos augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų mitybos ryšiai, dėl kurių pirminė augalų energija maisto pavidalu perduodama kitiems organizmams (vartotojams ir skaldytojams). * Iš žemesnio mitybos lygmens į aukštesnį perduodama tik apie 10 % su maistu gaunamos energijos. * Nuolat gamtoje vykstantis procesas, kai vienus organizmus keičia kiti, vadinamas ekologine sukcesija (lot. successio — kaita) arba kaita. * Ekosistemos sukcesija — tai laipsniškas ir nuoseklus vienų ekosistemos bendrijų pasikeitimas kitomis dėl abiotinės aplinkos dinaminių ir atsitiktinių pokyčių ir dėl ekosistemos organizmų veiklos.Energija gaunama su maistu ir jos kiekis priklauso nuo to maisto. t. y. Kuris vartotojas jis(maistas) buvo.Ekosistemos gyvybinius procesus lemia du maisto medžiagų (biogenų) balansai — vidinis ir išorinis.Vidinį balansą sudaro biotinėje ir abiotinėje ekosistemos dalyje cirkuliuojančios maisto medžiagos. Į ekosistemą jos patenka ir iš jos išteka gamintojų —> vartotojų —> skaldytojų mitybos grandine ir cirkuliuoja tarp ekosistemos biologinio fondo ir jos fizinės aplinkos. Aptariant vidinį biogenų balansą, svarbu žinoti mineralinių medžiagų kiekį, esantį ekosistemos biotiniuose komponentuose, ir šio "kiekio pokyčius per tam tikrą laiką (parą, mėnesį, metus, dešimtmetį ir pan.). Biogenų srauto greitis priklauso nuo ekosistemos biotinių komponentų amžiaus, rūšinės sudėties, maisto medžiagų gausumo ir poreikio. Tyrimais nustatyta, kad miško ekosistemose didžioji dalis maisto medžiagų patenka į medžius ir ten kaupiasi. Į krūmus iš žolės patenka nedaug maisto medžiagų, bet jų apytaka yra greitesnė. Labai didelis biogenų kiekis rastas lapuočių miško paklotėje ir medžių šaknyse bei lajose. Miško paklotėje ir šoninėse medžių šaknyse anglies atsinaujinimo laikas yra trumpas. Antžeminėje medienoje anglis išsilaiko 156 m., o dirvoje — 107 m. (Harris et ai., 1975). Tai įrodo, kad miškas yra anglies kaupėjas, mažinantis C02 kiekį atmosferoje. Išoriniam balansui priklauso iš ekosistemos ištekančios ir iš kitų ekosistemų į ją patenkančios maisto medžiagos. Išorinį biogenų balansą lemia išoriniai geologiniai, meteorologiniai ir biologiniai procesai, sąlygojantys organinių medžiagų patekimą į ekosistemą ir jų išnešimą (išplovimą, išpustymą ir pan.) iš ekosistemos (Kormondy, 1992).Dėl geologinių procesų, pavyzdžiui, vulkanų išsiveržimų, žemės drebėjimų, tam tikros medžiagos (lava, pelenai, dulkės, akmenys ir kt.) gali būti pernešamos iš vienų vietų į kitas gana dideliu atstumu. Geologinių procesų indėlis į išorinį biogenų balansą nėra didelis.Meteorologiniai procesai — uolienų insoliacinis dūlėjimas, vėjas, vanduo, perne-šantys dulkėmis virtusias medžiagas, be to, augalų žiedadulkes ir sėklas — taip pat turi įtakos maisto medžiagų pernešimui iš vienų ekosistemų į kitas, t. y. išoriniam biogenų balansui.Biologiniuose procesuose, turinčiuose įtakos ekosistemų išorinei medžiagų kaitai, dalyvauja gyvūnai ir žmonės. Gyvūnai maitinasi vienose ekosistemose, o šalina medžiagų apykaitos produktus ir miršta — kitose. Medžiai auga miškų ekosistemose, o nukirsta jų mediena išvežama dideliais atstumais ir naudojama kituose regionuose, net kitose šalyse — medžio apdirbimo ir baldų pramonėje, kurui bei kitiems tikslams. Žmonės judėdami nuolat perneša organines (organines trąšas, maistą, žemės ūkio kultūrų derlių) ir neorganines (mineralines trąšas, augalų apsaugos priemones) medžiagas iš vienų vietų į kitas net labai dideliu atstumu. Todėl žmonių veiklos poveikis išoriniam ir vidiniam biogenų balansui gana didelis. Vidinis ir išorinis maisto medžiagų balansas yra glaudžiai susiję tarpusavyje. Vidinių medžiagų apytakos ciklų intensyvumas ir juose dalyvaujančių biogenų kiekis priklauso nuo į ekosistemas patenkančių medžiagų. Taigi ir maisto medžiagų išnešimas į kitas ekosistemas priklauso nuo ekosistemoje vykstančių vidinių procesų. Ekosistemos vidinio ir išorinio biogenų balanso schema pavaizduota 4.9 paveiksle. Apskaičiuoti ar išmatuoti vidinį ir išorinį ekosistemos biogenų balansą palyginti sudėtinga. Taikant radioaktyvųjį cezį (Cs134) JAV buvo atlikti baltojo ąžuolo biogenų balanso tyrimai (VVitherspoon, 1964). Vidiniam anglies balansui įvertinti buvo atlikti tyrimai vidutinio klimato lapuočių miško grandinėje: grynoji fotosintezė —> autotrofų kvėpavimas -» heterotrofų kvėpavimas (Harris et ai., 1975). Populiacijq ekologija (demekologija) nagrineja veiks­nius, kurie turi itakos apibreztoje erdveje arba teri­torijoje gyvenanCiq organizmq tarpusavio santy­kiams. Riisis - tai visi dauginimosi populiacijas sudaran­tys individai. Visi vienos rusies organizmai, gyvenantys apibrez­toje erdveje arba teritorijoje, sudaro populiacij . Tarp atskirq riisies nariq nuolatvykstageneliniai mai­nai, kuriuose dalyvauja bendros genetines populi a­cijos informacijos (genofondo) atskiros dalys. Gene­tine komunikacija tarp skirtingq populiacijq nevyks­ta. Genlf dainumas populiacijoje ivairuoja (A pav.). Populiacijq genetika . Populiacijq genetika tyrineja populiacijoje vykstan­i'iq genetiniq pokyCiq ir genq daZnumui itakos tu­riuCiq evoliuciniq veiksniq desningumus. Statistinis siq tyrinejimq pagrindas yra Hardy'o ir Weinbergo desnis, irodytas ir taikytinas idealiai populiacijai. Ide­alia laikoma tokia populiacija, kurioje: - genq daznumas nekinta; - del didelio individq skaiCiaus nevyksta atsitiktiniai daznumo poslinkiai; - kiekvienas individas tmi vienodas kryZminimosi ga­ limybes (panmiksija); - nevyksta mutacijos ir selekcija; - nesikryZminama su individais is kitq populiacijq (mira migracijos). Yra dvi diploidiniq organizmq grupes, kurios tarpu­savyje skiriasi tik vienu aleliniu genu. Vienas sio ge­no alelis Zymimas raide A (genotipas AA yra domi­nantinis), kitas - raide a (genotipas aa yra recesyvi­nis). Tarkime, kad alelio A daznumas p yra toks pat kaip alelio a daznumas q; tuomet p = q iLp + q = I (IOO%), taigi p = 0,5. Vykstant laisvam atsitiktiniam kryzminimuisi, abu aleliai turi vienod susitikimo tikimyb (B pav.): (p+q)' (p+q) = (p+q)' = p'+2pq+q' Genq daznumus atspindi charakteringas genotipq pasiskirstymo paveikslas (D pav.). Tarkime, kad aleliq daZnumas yra skirtingas, pVZ., peA) = 0,4irq(a) = 0,6(p+q=I). Tuometpokryz­minimo gautume: p' + 2pq + q' = 0,16+0,48+0,36 = 1 16% organizmq yra AA genotipo, 48% - Aa genoti­po ir 36% - aa genotipo. Jei sie individai tarpusavy­je vel kryzmintqsi, genai Iytinese l steJese pasireiks­ tq tokiu daznumu: 16% A is individq AA, 24% A ir 24% a is individq Aair 36% a is genotipo aa. A+A. suma vel sudarytq 40%, 0 a+asuma-60%. Taigi pagal Hardy'o ir Weinbergo desnigenolipai lolesmise hibridinese generacijose pasiskirslo laip pal kaip ir pirmojoje generacijoje. Pagrindai 75 Genq daZnumq santykis generacijoje gali pakisti tik tada, kai nepatenkinamos pagrindines desnio s ly­gos. Greita generacijq kaita pasiZyminCios drozofilos populiacijose sie santykiai pakinta jau per metus (Cpav.). Organizmai, biidami genetiskai nevienodai pajegus apgyventi naujas erdves,jq apgyvendinimui naudo­ja skirtingas strategijas. R strategai (R - endogeninis augimo Iygis; Lolkos ir Vollerros lygtis, zr. 77 p.), arba oportunistai, gali grei­tai apgyventi biotopus su sparCiai kintanCiomis s,!ly­gomis, pvz., balutes. Del to jq randama ir dykumo­se, pusdykumese bei borealinio ar net arktinio kli­mato juostose. R strategams budinga sparti genera­eijq kaita irdidelis palikuoniq sRaiCius. Dazniausiai tai smulkus organizmai (dafnijos, amarai), papras­tai besidauginantys partenogenezes biidu. Augdama jq populiacija retai pasiekia apgyventos erdves tal­pumo ribas. R strategai yra menkai prisitaik prie aplinkos pokyCiq ir todel daZnai pasiekia katastrofini mir­ tingumo Iygi. Jie greitai vystosi ir a,rucsti, taCiau tik kart'! daly­vauja reprodukcijoje. Sie organizmai gyvena trum­pai, daZnai trumpiau nei vienerius metus. Jq kunas esti mazas. K strategai (K - erdves talpumo rib os), arba persi­stentai, pvz., medziai, teikia pirmenyb stabiliems biotopams, kur aplinkos s,!lygos esti pastovios, 0 ga­limus pokyCius imanoma prognozuoti. Erdv arba teritorij,!jie apgyvena ilgam laikui, daznai maksima­liai j,! iSnaudodami, t. y. pasiekdami jos apkrovimo ribas. Rusiq pasiskirstym,! if tankum reguliuoja kon­kurencija bei teritorine elgsena (E-G pav.). Gyventojq perteklius (demografinissprogimas) ga­Ii buti iSlygintas emigruojant, 0 netiketas jq skai­ Ciaus sumaZejimas - pakylant gimstamumo lygiui. K strategai susilaukia mazai palikuoniq, taCiau del ilgos gyvenimo trukmes - ilgesnes nei vieneri me­tai - pasiekia didel biomas (pvz., medziai, dram­bliai). Vyrauja skirtingos (dvilytes) populiacines gru­pes, toje paCioje generacijoje pasikartojani'ios daug kartq, taCiau jq reprodukcija leta del dar neproduk­tyvios nesubrendeliq stadijos. Organizmo biomases padidejimas sustiprina jo at­sparum,! nepalankiems aplinkos veiksniams. Kad iSgyventq, stambioms rnsims pakanka kur kas ma­zesnio palikuoniq skaiCiaus negu maZesniq orga­nizmq riisims (ereliai per metus uzaugina 1-2 jau­niklius, tuo tarpu peles maZyles - IO ir daugiau jaunikliq). R ir K strategijos tq paCiq individq yra kaitalioja­mos. Pvz., verpetes didesniuose vandens telkiniuose dauginasi partenogenetiskai, taCiau pasiekusios gy­venamosios erdves talpumo ribas pradeda daugintis lytiniu budu. Saules spinduliavimas, arba spinduliuote, yra ener­gijos saltinis visiems gyvybiniams procesams Zeme­je. Zemes pavirsiaus plotui tenkanti bendr" spin­duliavimo kiek[ (visuotinis spinduliavimas) suda­ro tiesiogillis Sau/es spillduliaz.mas ir difuzillis dall­gallS skliauto spillduliavimas. Atmosferos pakrasty­je spinduliavimo intensyvumas yra artimas Saules konstantai, 8,123 J em-'min-! (=1,35 kW m-') IVidutinese platumose juros Iygyje spinduliavimo in­tensyvumas siekia 5,44 J em-' min-'. Atgal i aplink" atspindima energija vadinama albedu. Albedo padidejimas, pVZ., del klimata pasikeitimo, sukeltq Zemes atsalim", 0 sumaZejimas, pvz., del an­glies dioksido kiekio atmosferoje didejimo, - Zemes atSilim" (CO, problema, 165 p.). Pvz., atmosferos dulketumo padidejimas del vul­kano EI Chiehon (Meksika) iSsiverZimo 1982 m. temperatiir" atitinkamose geografinese platumo­ se pakele 1°C. Zem« pasiekiantis spindulilj kiekis kinta priklauso­mai nuo vietos geografines platumos bei debesuotu­mo globalinio pasiskirstymo. NemiSkingas sausas subtropines sritis, plytincias pa­lei tropikus, pasiekia 70% Saules spinduliavimo kiekio, 0 vidutiniskai sis rodiklis yra 49% (C pav.). Lemiam" reiksm« turi ne tik spinduliuojamos ener­gijos kiekis, bet ir spinduliavimo spektro suderis (A pav.). 10% spinduliuojamo srauto sudaro trumpa­bangis ultmvioletillis spinduliavimas (UV). Jis prasi­skverbia per augalus ir jo atspindima tik 3%. Vis del­to kai kurie ziedai geba atspindeti UV spindulius, taip viliodami trumpabangl spinduliavim" skirianCius ir ziedus apdulkinancius vabzdzius. UV spinduliavimas gali sukelti odos nudegimus ir jos vezl. 45% Saules spinduliuojamos energijos Zem

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!