Структура и свойства экосистемы

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой русский ученый внес наибольший вклад в изучение биосферы?

2. Как называется совокупность живых организмов по Вернадскому?

3. Что такое ноосфера?

4. Каким образом атмосферный азот становится частью живой материи?

5. Как по Вернадскому называется материя, образованная без участия живых организмов?

6. Чем различаются большой и малый круговороты вещест?

7. Какова основная особенность круговорота воды?

8. Как влияет человек на круговорот воды?

9. В чем различие газообразных и осадочных биогеохимических циклов?

10. Как влияет человек на круговорот углерода?

11. Как влияет человек на круговорот азота?

12. Как влияет человек на круговорот фосфора?

3.1 Структура и свойства экосистемы

3.2 Пищевые цепи. Трофические уровни

3.3 Энергетика и продукция экосистемы

3.4. Динамические процессы в экосистеме

3.5. Виды экосистем

Как известно, живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии, образуя экосистемы.

Экосистема –это совокупность всех живых организмов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

Экосистема основная функциональная единица в экологии, поскольку в неё входят и организмы и неживая среда - компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той её форме, которая существует на Земле.

В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп (гр. topos - место) – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент –биоценоз (гр. koinos – общий) - совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп (рис.3.1). Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества.

Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз (биотоп+биоценоз).

Биогеоценоз – участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферы остаются однородными и имеют одинаковый характер взаимодействия между ними.

Признаки экосистем:

1) независимость от внешних источников вещества и энергии, но не от солнечного света. Энергия – это способность совершать работу.

2) способность обеспечивать круговорот вещества.

Примеры экосистем: лес, озеро, отдельно стоящий дуб. Биосфера – самая крупная экосистема.

Иногда экологическую систему называют биогеоценозом, но эти два понятия не являются синонимами.

Экологическая система – любая совокупность организмов и окружающей их среды. (горшок с цветком, пилотируемый космический корабль, террариум).

Биогеоценозы – это природные образования. Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экологическая система – биогеоценоз.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между двумя смежными экосистемами называется экотоном. Экотон включает в себя представителей обеих смежных экосистем, а также нередко виды живых организмов, которые не встречаются в данных экосистемах, в результате экотон обладает большим разнообразием организмов, чем близлежащие территории.

Рис. 3.1 Структура экосистемы

Все живые организмы по типу питания делятся на две большие группы – автотрофы и гетеротрофы. Функционально биотические компоненты можно разделить на три группы.

Первая группа организмов – продуценты (лат. producens – создающий, производящий) или автотрофные организмы (от лат. auto-сам, troрhe-пища), т.е. «сами являющийся пищей»

Продуценты или автотрофы - это такие организмы, которые в качестве питательного материала используют простые неорганические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфаты и др. В качестве энергетического материала продуценты используют либо солнечный свет, либо энергию химических реакций. Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - в основном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все фотосинтезирующие организмы: зеленые растения и некоторые бактерии. В процессе жизнедеятельности они синтезируют на свету органические вещества -углеводы, или сахара (СН₂О)_n, которыми питаются животные:

nСО₂ + nН₂O = (СН₂О)_n + O₂

Фотосинтез (гр.photos – свет, synthesis – соединение, составление) – синтез клетками растений, водорослей и некоторых бактерий органических веществ из неорганических (CO₂, H₂O, NH₃, PO₄^3-) при участии энергии солнечного света. В качестве побочного продукта выделяется кислород.

6CO₂ + 6H₂O + солнечная энергия = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азотной кислоты:

2NH₃ + 3О₂ = 2HNO₂ + 2Н₂О + Q.

2HNO₂ + О₂ = 2HNO₃+ Q

Химическая энергия (Q), выделенная при этих реакциях, используется бактериями для синтеза органических веществ.

Главная роль в создании органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосинтезирующими организмами на Земле создается около 150 млрд. т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая группа организмов – консументы (лат. consume - потреблять), или гетеротрофные организмы (гр. heteros - другой, trophe - пища), т.е. «питающиеся другими».

Консументы или гетеротрофы используют в качестве источника и энергии, и питательного материала готовое органическое вещество. Консументы осуществляют процесс разложения органических веществ. Их делят на фаготрофов (rp. phagos - пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros - гнилой).

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся в основном крупные животные - макроконсументы.

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков. К этой группе относятся как мелкие организмы (муравьи, черви и др.), так и крупные животные (гиены, шакалы, вороны и др.).

В зависимости от источников питания фаготрофы подразделяются на три основных класса:

- фитофаги (растительноядные) – консументы первого порядка, питающиеся исключительно растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву. Олени и зайцы питаются ветками и листьями. Кузнечики потребляют все части растений.

- хищники (плотоядные) – консументы второго порядка, которые питаются иключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы третьего порядка, питающиеся только плотоядными животными. Например, пауки и птицы, которые едят хищных насекомых, и тунец, который питается сельдью – вторичные консументы. Ястреб и сокол, которые охотятся на змей и горностаев, а также акула, питающаяся другими рыбами – третичные консументы.

- эврифаги (всеядные) – могут поедать как растительную, так и животную пищу. Например, свиньи, крысы, лисы, тараканы и человек.

Третья группа организмов - редуценты (лат. reductio - восстановление), или деструкторы (лат. destructio - разрушение).

Редуценты или деструкторы - это консументы, участвующие в последней стадии разрушения, т.е. в минерализации органических веществ, которые они восстанавливают до неорганических соединений (СО₂, Н₂О и др.). Редуценты очищают природную среду от отходов, они возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. Таким образом жизненный цикл возобновляется.

К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы. Их выделяют в отдельную группу потому, что роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без них в биосфере накапливались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические (пищевые) взаимодействия. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганическую форму. Таким образом образуется цепь последовательной передачи вещества от одних организмов к другим, которая называется трофической цепью.