Екосистема, її компоненти

Поняття біоценозу, біогеоценозу, екосистеми

Живі організми знаходяться між собою і абіотичних умов середовища проживання в певних відносинах, утворюючи тим самим так звані екологічні системи.

Біоценоз - сукупність популяцій різних видів, що мешкають на певній території. Рослинний компонент біоценозу називається фітоценозів. тваринний - зооценозов. мікробний - микробоценозов.

Провідним компонентом в біоценозі є фітоценоз. Він визначає, яким буде зооценоз і микробоценоз.

Біотоп - певна територія з властивими їй абіотичних факторів середовища проживання (клімат, грунт).

Біогеоценоз - сукупність біоценозу і біотопу.

Екосистема - система живих організмів і навколишніх їх неорганічних тіл, пов'язаних між собою потоком енергії і кругообігом речовин.

Термін екосистема був запропонований англійським ученим А. Тенсли (1935), а термін біогеоценоз - українським вченим В. Н. Сукачова (1942). «Екосистема» та «біогеоценоз» - поняття близькі, але не синоніми. Біогеоценоз - це екосистема в межах фітоценозу. Екосистема - поняття більш загальне. Кожен біогеоценоз - це екосистема, але не кожна екосистема - біогеоценоз. Єдина екосистема нашої планети називається біосферою. Біосфера - екосистема вищого порядку.

Структура і функціонування екосистем

Розрізняють видову, просторову й екологічну структури біоценозу.

Видова структура - число видів, що утворюють даний біоценоз, і співвідношення їх чисельності або маси. Тобто видова структура біоценозу визначається видовою різноманітністю і кількісним співвідношенням числа видів або їх маси між собою.

Просторова структура - розподіл організмів різних видів в просторі (по вертикалі і по горизонталі). Просторова структура утворюється, насамперед, рослинної частиною біоценозу. Розрізняють ярусність (вертикальна структура біоценозу) і мозаїчність (структура біоценозу по горизонталі).

Екологічна структура - співвідношення організмів різних екологічних груп. Біоценози з подібною екологічної структурою можуть мати різний видовий склад. Це пов'язано з тим, що одні й ті ж екологічні ніші можуть бути зайняті подібними по екології, але далеко не родинними видами. Такі види називаються заміщають. або вікарірующих.

Функціональні групи організмів в екосистемі

Ланцюги розкладання (або детрітние)

Харчові ланцюги, що починаються з відмерлих залишків рослин, трупів і екскрементів тварин

Детрит → детритофаги → хижаки мікрофаги → хижаки макрофаги

Таким чином, потік енергії, що проходить через екосистему, розбивається як би на два основних напрямки. Енергія до консументам надходить через живі тканини рослин або через запаси мертвої органічної речовини. Ланцюги виїданням переважають у водних екосистемах, ланцюги розкладання - в екосистемах суші.
У спільнотах харчові ланцюги складним чином переплітаються і утворюють харчові мережі. До складу їжі кожного виду входить зазвичай не один, а кілька видів, кожен з яких, в свою чергу, може служити їжею кількох видів. З одного боку, кожен трофічний рівень представлений багатьма популяціями різних видів, з іншого боку, багато популяцій належать відразу до декількох трофічних рівнів. В результаті завдяки складності харчових зв'язків випадання якогось одного виду часто вже не порушує рівноваги в екосистемі.

Потік енергії і круговорот речовин в екосистемі. В екосистемі органічні речовини синтезуються автотрофами з неорганічних речовин. Потім вони споживаються гетеротрофами. Виділені в процесі життєдіяльності або після загибелі організмів (як автотрофів, так і гетеротрофів) органічні речовини піддаються мінералізації, тобто перетворенню в неорганічні речовини. Ці неорганічні речовини можуть бути знову використані автотрофами для синтезу органічних речовин. Так здійснюється біологічний кругообіг речовин.
У той же час енергія не може циркулювати в межах екосистеми. Потік енергії (передача енергії), укладеної в їжі, в екосистемі здійснюється однонаправлено від автотрофів до гетеротрофів.
При передачі енергії з одного трофічного рівня на інший велика частина енергії розсіюється у вигляді тепла (відповідно до другого закону термодинаміки) і тільки близько 10% від початкового кількості передається по харчовому ланцюгу.
В результаті харчові ланцюги можна представити у вигляді екологічних пірамід. Розрізняють три основних типи екологічних пірамід.

Піраміда чисел (а) показує, що якби хлопчик харчувався протягом одного року тільки телятиною, то для цього йому треба було б 4,5 теляти, а для прожитку телят необхідно засіяти поле в 4 га люцерною, що складе 2 х 107 рослин. У піраміді біомас (б) число особин замінено їх біомасою. У піраміді енергії (в) врахована сонячна енергія. Люцерна використовує 0,24% сонячної енергії. Для накопичення продукції телятами протягом року використовується 8% енергії, акумульованої люцерною. На розвиток і зростання дитини протягом року використовується 0,7% енергії, акумульованої телятами. В результаті трохи більше однієї мільйонної частки сонячної енергії, що падає на поле в 4 га, використовується для прожитку дитини протягом одного року.

Піраміда чисел (піраміда Елтона) відображає зменшення чисельності організмів від продуцентів до консументів.

Піраміда біомас показує зміну біомас на кожному наступному трофічному рівні: для наземних екосистем піраміда біомас звужується догори, для екосистеми океану має перевернутий характер, що пов'язано з швидким споживанням фітопланктону консументами.

Піраміда енергії (продукції) має універсальний характер і відображає зменшення кількості енергії, що міститься в продукції, створюваної на кожному наступному трофічному рівні.

Біологічна продуктивність екосистем

Приріст біомаси в екосистемі, створеної за одиницю часу, називається біологічної продукцією (продуктивністю). Розрізняють первинну і вторинну продукцію спільноти.
Первинна продукція - біомаса, створена за одиницю часу продуцентами. Вона ділиться на валову і чисту. Валова первинна продукція (загальна асиміляція) - це загальна біомаса, створена рослинами під час фотосинтезу. Частина її витрачається на підтримання життєдіяльності рослин - витрати на дихання (40-70%). Частина, що залишилася становить чисту первинну продукцію (чиста асиміляція), яка в подальшому використовується консументами і редуцентами або накопичується в екосистемі.
Вторинна продукція - біомаса, створена за одиницю часу консументами. Вона різна для кожного наступного трофічного рівня.
Маса організмів певної групи (продуцентів, консументів, редуцентов) або спільноти в цілому називається біомасою. Найвищою біомасою і продуктивністю володіють тропічні дощові ліси, найнижчою - пустелі і тундри.
Якщо в екосистемі швидкість приросту рослин (утворення первинної продукції) вище темпів переробки її консументами і редуцентами, то це веде до збільшення біомаси продуцентів. Якщо при цьому присутній недостатня утилізація продуктів осаду в ланцюгах розкладання, то відбувається накопичення мертвого органічної речовини. Це веде до заторфовиванію боліт, утворення потужної лісової підстилки і т. П. У стабільних екосистемах біомаса залишається постійною, так як практично вся продукція витрачається в ланцюгах харчування.

динаміка екосистем

Зміни в спільнотах можуть бути циклічними і поступальними.

Циклічні зміни - періодичні зміни в біоценозі (добові, сезонні, багаторічні), при яких біоценоз повертається до вихідного стану.

Поступальні зміни - зміни в біоценозі, в кінцевому рахунку призводять до зміни цієї спільноти іншим. Сукцесія - послідовна необоротна і закономірна зміна одного біоценозу (екосистеми) іншим (дружиною) в результаті впливу природних факторів (як зовнішніх, так і внутрішніх) або впливу людини. Послідовність спільнот, що змінюють один одного в сукцесії, називається сукцесійний ряд, або серія. Кожна попередня стадія (співтовариство) формує умови для розвитку подальшого спільноти. До Сукцесія відносяться опустелювання степів, заростання озер і освіту боліт і ін. (Табл.)

типи сукцесій

Викликані зовнішніми причинами

Опустелювання степів в результаті зміни клімату (зменшення кількості опадів)

У своєму розвитку екосистема прагне до стійкого стану. Сукцессіонние зміни відбуваються до тих пір, поки не сформується стабільна екосистема, яка виробляє максимальну біомасу на одиницю енергетичного потоку. Спільнота, що знаходиться в рівновазі з навколишнім середовищем, називається клімаксним.

природні екосистеми

Залежно від природних і кліматичних умов можна виділити три групи і ряд типів природних екосистем (биомов). В основі класифікації для наземних екосистем лежить тип природної (вихідної) рослинності, для водних екосистем - гідрологічні та фізичні особливості.
Наземні екосистеми:
1. Тундра: арктична і альпійська.
2. Бореальні хвойні ліси.
3. Листопадний мішаний ліс.
4. Степ помірної зони.
5. Тропічні злаковники і савана.
6. чапараль (райони з дощовою зимою і посушливим літом).
7. Пустеля: трав'яниста і чагарникова.
8. Полувечнозелёний тропічний ліс (райони з вираженими вологим і сухим сезонами).
9. Вічнозелений тропічний дощовий ліс.
Прісноводні екосистеми:
1. Лентіческіе (стоячі води): озера, ставки, водосховища та ін.
2. Лотіческіе (текучі води): річки, струмки, джерела та ін.
3. Заболочені угіддя: болота, болотисті ліси, марші (приморські луки).
Морські екосистеми:
1. Відкритий океан (пелагічних екосистема).
2. Води континентального шельфу (прибережні води).
3. Райони апвеллинга (родючі райони з продуктивним рибальством).
4. Естуарії (прибережні бухти, протоки, гирла річок, лимани, солоні марші та ін.).
5. Глибоководні рифтові зони.
Крім основних типів природних екосистем (биомов) розрізняють перехідні типи - Екотон. Наприклад, лісотундра, змішані ліси помірної зони, лісостеп, напівпустелі і ін.

антропогенні екосистеми

Агроекосистеми (сільськогосподарські екосистеми, агроценози) - штучні екосистеми, що виникають в результаті сільськогосподарської діяльності людини (рілля, сінокоси, пасовища). Агроекосистеми створюються людиною для отримання високої чистої продукції автотрофів (врожаю). У них, так само як в природних співтовариствах, є продуценти (культурні рослини і бур'яни), консументи (комахи, птахи, миші і т. Д.) І редуценти (сапротрофного гриби і бактерії). Обов'язковою ланкою харчових ланцюгів в агроекосистемах є людина.
Відмінності агроценозів від природних біоценозів:
• незначне видове різноманіття (агроценоз складається з невеликого числа видів, що мають високу чисельність);
• короткі ланцюга харчування;
• неповний круговорот речовин (частина поживних елементів виноситься з урожаєм);
• джерелом енергії є не тільки Сонце, але і діяльність людини (меліорація, зрошення, застосування добрив);
• штучний відбір (дія природного відбору ослаблене, відбір здійснює людина);
• відсутність саморегуляції (регуляцію здійснює людина) і ін.
Таким чином, агроценози є нестійкими системами і здатні існувати тільки за підтримки людини.
Урбосістеми (урбаністичні системи) - штучні системи (екосистеми), що виникають в результаті розвитку міст і представляють собою осередок населення, житлових будинків, промислових, побутових, культурних об'єктів і т. Д.