Ecología de la Tierra
1. Conceptos básicos de los ecosistemas
(1) Poblaciones y comunidades biológicas
La llamada población se refiere a un espacio determinado. y tiempo La suma de individuos de una misma especie. La misma especie que constituye una población debe tener individuos potencialmente compatibles (machos y hembras), de lo contrario la población desaparecerá, por lo que la población es una unidad de existencia, reproducción y evolución específica de una especie.
No sólo se producen intercambios entre diferentes poblaciones de una misma especie, sino también un evidente aislamiento geográfico. Por ejemplo, la población de las islas del océano está obviamente aislada geográficamente del continente. Sin embargo, las personas que viven en una ciudad se comunican con las de otra ciudad, e incluso diferentes grupos de personas se comunican a través de océanos.
Una comunidad se refiere a la reunión de todas las poblaciones biológicas dentro de un determinado rango espacial. Este conjunto incluye poblaciones de plantas, animales y microorganismos. Existe una relación de interdependencia entre los seres vivos de la Tierra. Ningún ser vivo puede sobrevivir solo, pero muchos seres vivos viven juntos para formar un organismo que es interdependiente, interactivo y mutuamente restrictivo. La comunidad es un complejo orgánico. Una comunidad tiene una determinada estructura, una determinada combinación de especies y una determinada relación interespecífica, y puede reaparecer en diferentes áreas con condiciones ambientales similares. Sin embargo, una comunidad no es un conjunto aleatorio de ninguna especie. Las especies que viven en la misma comunidad se preservan mediante el desarrollo histórico a largo plazo y la selección natural. La interacción entre ellas no sólo es beneficiosa para su propia supervivencia y reproducción, sino que también favorece el mantenimiento de la estabilidad de la comunidad.
(B) Cadena alimentaria y niveles tróficos
En pocas palabras, un ciclo alimentario es cuando un organismo se alimenta de otro organismo y otro organismo se alimenta de un tercer organismo. .y forman una cadena que utiliza la comida como botón. Por ejemplo, en los pastizales, los conejos se alimentan de hierba, los zorros se alimentan de conejos, los lobos se alimentan de zorros y los lobos se alimentan de tigres o leones más feroces. Esta es una cadena alimentaria. De hecho, la cadena alimentaria es esencialmente una relación muy compleja y existen limitaciones mutuas entre organismos, lo que es un factor importante que restringe la estabilidad de una comunidad.
Un nivel trófico se refiere a cada eslabón de la cadena alimentaria. Por ejemplo, las plantas verdes son un nivel trófico, los conejos o los herbívoros son un nivel trófico y los lobos o carnívoros son un nivel trófico (Figura 11.7). Los niveles tróficos son en realidad combinaciones de organismos que almacenan energía. Se puede dividir en primer nivel trófico (en la parte inferior, como plantas verdes), segundo nivel trófico (como herbívoros), tercer nivel trófico (carnívoros), etc., y también puede haber cuarto y quinto. niveles tróficos.
(3) Ecosistema y sus componentes
El término ecosistema fue propuesto por el ecologista vegetal británico Tansley en 1935. La definición actual se refiere a la suma de todos los seres vivos y no vivos en un tiempo y espacio determinados (Tabla 11.2). Un ecosistema es un complejo complejo. Los seres vivos y los seres vivos o no vivos están conectados, influenciados e interdependientes a través del flujo de energía, la circulación material, la transmisión de información, etc., formando un complejo con funciones de autoorganización y autorregulación.
Los ecosistemas pueden variar en tamaño desde la biosfera global hasta un estanque. No importa cuán grande o pequeño sea, un ecosistema debe constar de cuatro componentes: productores, consumidores, descomponedores y el entorno inorgánico.
Tabla 11.2 Estructura del ecosistema
El ambiente inorgánico es materia y energía no biológica, incluyendo agua, gas, suelo y luz solar, que es la principal fuente de seres vivos. Los productores son los factores más activos de un ecosistema, que incluye todas las plantas verdes y algunas bacterias. Convierten sustancias inorgánicas como el dióxido de carbono y el agua en sustancias orgánicas mediante la fotosíntesis, almacenan energía solar y permiten que el ecosistema obtenga energía. Los consumidores son un factor negativo en el ecosistema. No pueden producir materia orgánica ni energía para el ecosistema, pero dependen directa o indirectamente de los productores para sobrevivir. Los consumidores incluyen varios animales. Los descomponedores también son un factor activo en el ecosistema. Gradualmente descomponen parte de la materia orgánica compleja del ecosistema en materia inorgánica simple, que es más fácil de absorber para los productores. Incluyendo bacterias, hongos, protozoos del suelo, etc.
(D) Flujo de energía y circulación de materiales en el ecosistema
La energía del ecosistema fluye constantemente.
El flujo de energía no solo permite que varias partes del ecosistema obtengan energía y mantengan la estabilidad, sino que también establece conexiones entre varios organismos del ecosistema. El flujo de energía en un ecosistema se logra a través de la cadena alimentaria (Figura 11.7). Por ejemplo, las plantas verdes convierten la energía solar en energía en el ecosistema, mientras que los herbívoros transfieren la energía de las plantas verdes al segundo nivel trófico y los carnívoros transfieren la energía al tercer nivel trófico. De esta forma, la energía del ecosistema fluye hacia abajo paso a paso.
El flujo de energía en el ecosistema sigue la ley de conservación de la energía y no se crea ni se destruye. Debido a que el ecosistema es un sistema abierto, el flujo de energía es un proceso irreversible unidireccional, que siempre fluye desde niveles tróficos bajos, ricos en energía, hasta niveles tróficos altos. Otro principio del flujo de energía en los ecosistemas es la regla del "décimo" (Figura 11.8), es decir, en el proceso de flujo de energía, la eficiencia energética de transferir energía del nivel trófico anterior al siguiente nivel trófico es generalmente de alrededor de 10 , y otra energía se exporta al ecosistema a través de la disipación de calor, la respiración y la excreción.
El ciclo material en el ecosistema se refiere al movimiento constante de diversos materiales y elementos desde el medio ambiente a los organismos, y de los organismos al medio ambiente. Varios elementos químicos necesarios para la vida, como el oxígeno, el carbono, el nitrógeno y el fósforo, circulan por la cadena alimentaria entre productores, consumidores y descomponedores. Tomemos como ejemplo el carbono. En forma de CO2, lo almacenan las plantas verdes o las algas mediante la fotosíntesis. Algunos herbívoros transfieren esta parte de carbono a sus propios cuerpos y otra parte se excreta a la atmósfera en forma de CO2 a través de la respiración y luego se recicla mediante la fotosíntesis. Una parte se excreta como desecho, es descompuesta por los descomponedores y absorbida por las plantas, mientras que el resto se transfiere a través de la cadena alimentaria hasta los depredadores.
(5) Clasificación de ecosistemas
Existen muchos esquemas para clasificar los ecosistemas. Según la composición biológica de los ecosistemas, se pueden dividir en ecosistemas vegetales, ecosistemas animales, ecosistemas microbianos y ecosistemas humanos. Según los componentes abióticos y las características de los ecosistemas, se pueden dividir en ecosistemas terrestres y ecosistemas acuáticos. Según las actividades humanas y sus impactos, se pueden dividir en ecosistemas naturales, ecosistemas seminaturales y ecosistemas artificiales compuestos. Los tipos de ecosistemas se pueden resumir de la siguiente manera:
En segundo lugar, los ecosistemas forestales
Los ecosistemas forestales son uno de los ecosistemas más importantes de la tierra, no solo regulan la función ambiental global y son el El sitio de almacenamiento de biomasa más importante de la biosfera. Las principales contribuciones de los ecosistemas forestales al medio ambiente terrestre son:
(1) El secuestro de carbono, la producción de oxígeno y los cambios en el ciclo del dióxido de carbono son la base de la existencia de la biosfera terrestre. El proceso de respiración de los animales y los diversos procesos de combustión realizados por los humanos consumen grandes cantidades de oxígeno y liberan cantidades considerables de dióxido de carbono. Sin la función de las plantas verdes de absorber dióxido de carbono y producir oxígeno, la naturaleza de la atmósfera terrestre cambiaría fundamentalmente, dificultando la supervivencia de los seres vivos. Según las investigaciones, 1hm2 de bosque latifoliado absorbe 1t de CO2 y libera 0,73t de oxígeno cada día. Los bosques de todo el mundo convierten aproximadamente 55 mil millones de toneladas de dióxido de carbono en madera cada año, al tiempo que liberan más de 40 mil millones de toneladas de oxígeno.
(2) Un importante centro para el intercambio de materiales y energía. Los bosques no solo son un importante reservorio de dióxido de carbono, sino que también tienen una enorme capacidad para intercambiar agua, nitrógeno y otras sustancias inorgánicas a través de los bosques. Los bosques absorben cada año aproximadamente 25 mil millones de toneladas de agua y la cantidad correspondiente de dióxido de carbono para sintetizar materia orgánica. La cantidad de agua que se transpira a través del bosque es mayor. Unas 480.000 toneladas de agua transpiran al aire cada año, consumiendo 1,005×1,022J de calor. La energía solar fijada por la fotosíntesis en los ecosistemas forestales representa aproximadamente la mitad de toda la biosfera.
(3) Agua y suelo La tierra forestal retiene agua, el suelo está suelto y el sistema de raíces en el suelo está bien desarrollado y, a menudo, hay una gran cantidad de basura. capacidad de retener agua y puede evitar que se pierda el agua que cae al suelo del bosque. Según las mediciones, el suelo de las laderas no boscosas sólo puede absorber el 56% de la reducción de agua, mientras que una franja forestal de 10 m de ancho puede absorber el 84%. Si el ancho del bosque alcanza los 80 m, la escorrentía superficial se puede convertir completamente en escorrentía subterránea. 50.000 acres de bosque equivalen a un embalse con una capacidad de almacenamiento de 100×104m3. Debido a que las ramas y hojas rotas del bosque debilitan la energía cinética de las gotas de lluvia y la fijación de las raíces de los árboles, el efecto abrasivo del agua de lluvia sobre la capa del suelo se reduce considerablemente.
Se ha determinado que la cantidad de erosión del suelo en tierras boscosas es 100 veces menor que en tierras desnudas. Por tanto, la destrucción de los bosques provocará daños en el equilibrio ecológico y provocará una serie de graves consecuencias.
(4) Las tierras forestales limpias pueden absorber gases nocivos y purificar las partículas y el polvo del aire, haciendo que la atmósfera sea más limpia y más adecuada para la supervivencia humana. Según la investigación, las hojas de olmo pueden atrapar 3,39 g de polvo por metro cuadrado y los bosques de montaña pueden absorber alrededor de 4,5 toneladas de polvo por mu al año. Muchos árboles pueden absorber algunos gases. La langosta negra absorbe 42 kilogramos de cloro por hectárea, el ginkgo, los cítricos y los nogales absorben dióxido de carbono, los árboles de té y las camelias absorben fluoruro de hidrógeno y las hojas de álamo y morera absorben polvo de plomo.
En tercer lugar, el equilibrio ecológico
En cualquier ecosistema normal, el flujo de energía y la circulación de materiales siempre están en marcha. Dentro de un tiempo y espacio determinado existe una estabilidad dinámica entre productores, consumidores y descomponedores, lo que es el llamado equilibrio ecológico. Este equilibrio incluye la estabilidad de la estructura, función y entrada y salida de energía del ecosistema.
Mantener el equilibrio ecológico es muy importante porque los ecosistemas son de gran importancia para la supervivencia y el desarrollo humanos. Esta importancia se refleja principalmente en su función. Por ejemplo, el ecosistema forestal es uno de los ecosistemas más importantes de la Tierra, con funciones como el secuestro de carbono y la producción de oxígeno, la conservación del agua, la prevención de la erosión del suelo, la purificación del aire y el intercambio de materiales. Si no hubiera bosques en la Tierra, el paisaje de la Tierra sería inimaginable.
Hay muchos factores que alteran el equilibrio ecológico, tanto naturales como provocados por el hombre. Factores naturales como terremotos, erupciones volcánicas, incendios forestales, sequías, inundaciones, etc. , puede dañar un determinado componente o nivel trófico del ecosistema, provocando un desequilibrio en el ecosistema. Los factores humanos se manifiestan principalmente en el desarrollo y utilización irrazonables de los recursos naturales o en la destrucción provocada por el hombre. Como la deforestación a gran escala, el cultivo excesivo de pastizales, el desarrollo urbano, la contaminación del agua, etc. , destruirá el equilibrio ecológico. Por ejemplo, las graves inundaciones en la cuenca del río Yangtze entre 65438 y 2098 estuvieron estrechamente relacionadas con la destrucción del ecosistema forestal en los tramos superiores de la cuenca del río Yangtze.
La estabilidad (o equilibrio) de un ecosistema está relacionada con la estructura del ecosistema, el flujo de energía y la forma en que circulan los materiales. En términos generales, los ecosistemas con componentes diversos y vías complejas de flujo de energía y circulación de materiales son fáciles de mantener estables; por el contrario, los ecosistemas con componentes y estructuras simples suelen ser frágiles; Por lo tanto, los ecosistemas forestales son más estables que los ecosistemas de pastizales, y los ecosistemas de pastizales son más estables que los ecosistemas de tundra. A menudo hablamos de mantener la biodiversidad, que es para la estabilidad del ecosistema. Sin embargo, la capacidad reguladora de un ecosistema es limitada. Más allá de este límite, la capacidad reguladora del propio ecosistema ya no funcionará y el equilibrio ecológico quedará destruido.
Cuatro. Desastres biológicos
Los desastres biológicos incluyen principalmente plagas de insectos, incendios forestales, mareas rojas, plagas de ratas, plagas, etc. Los incendios forestales son actualmente uno de los desastres más graves que amenazan a los ecosistemas forestales. Debido a las anomalías climáticas, los incendios forestales se produjeron con frecuencia en todo el mundo en las décadas de 1980 y 1990, como los incendios forestales del lago Baikal en Rusia, los incendios forestales en Mongolia y los incendios forestales en Indonesia. En 1987 se produjo un incendio forestal en Daxinganling, con una superficie incendiada de 114.000 hm2 (hectáreas) y una pérdida económica directa de más de 500 millones de yuanes. En 1997, los incendios forestales de Indonesia ardieron durante tres meses y el cielo sobre Yakarta se llenó de humo y polvo. La gente en las calles llevaba máscaras, lo que destruyó más de 300.000 hectáreas de bosque y mató a 300 personas.
Los desastres causados por insectos ocurren cada año y afectan a todas partes del mundo. Las pérdidas forestales anuales de mi país causadas por plagas de insectos e incendios forestales ascienden a 2.000 millones de yuanes, y las pérdidas agrícolas a 654.380 millones de yuanes. Los principales desastres causados por plagas incluyen la plaga de langostas, la plaga del gusano del algodón, la plaga de insectos del arroz y la plaga de las orugas del pino. La infestación de roedores se debe principalmente a la pérdida de alimentos y la transmisión de enfermedades. La "Peste Negra" que prevaleció en Europa entre 1347 y 1350 fue una plaga que mató a un tercio de los europeos (más de 20 millones de personas). En la década de 1980, la pérdida anual de cereales causada por las ratas en China ascendía en promedio a 720 millones de kilogramos. Además, hay una serie de desastres biológicos como las termitas que comen casas y muebles de madera y enfermedades transmitidas por mosquitos.