Структура экосистем

1. Введение. Экосистема и экосистемный метод в экологии.

Впервые определение экосистемы как совокупности живых организмов

с их местообитанием было дано Тэнсли в 1935 году. При экосистемном

подходе к изучению экологии в центре внимания ученых оказываются

поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим

компонентом экосферы. Экосистемный подход выдвигает на первый план

общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и

систематического положения входящих в них организмов. Вместе с тем в

экосистемном подходе находит приложение концепция гомеостаза

(саморегуляции), из которой становится понятным, что нарушение

регуляторных механизмов, например в результате загрязнения среды,

может привести к биологическому дисбалансу. Экосистемный подход

важен также при разработке в будущем научно обоснованной практики

ведения сельского хозяйства.

2. Общая структура экосистем.

Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых

соответственно биотическим и абиотическим. Совокупность живых

организмов биотического компонента называется сообществом.

Исследование экосистем включает, в частности, выяснение и описание

тесных взаимосвязей, существующих между сообществом и абиотическим

компонентом.

Биотический компонент полезно подразделить на автотрофные и

гетеротрофные организмы. Таким образом, все живые организмы попадут

в одну из двух групп. Автотрофы синтезируют необходимые им

органические вещества из простых неорганических и делают, за

исключением хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя

свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике

органического вещества и (за исключением некоторых бактерий)

используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.

Гетеротрофы в своем существовании зависят от автотрофов, и понимание

этой зависимости необходимо для понимания экосистем.

Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном

включает 1) почву или воду и 2) климат. Почва и вода содержат смесь

неорганических и органических веществ. Свойства почвы зависят от

материнской породы, на которой она лежит, и из которой частично

образуется. В понятие климата входят такие параметры, как

освещенность температура и влажность, в большой степени определяющий

видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной

экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень

солености.

Основные компоненты экосистемы

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

-климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

-неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

-органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;

-продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;

макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

-микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

биофаги — организмы, поедающие других живых организмов,

сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

11. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии (рис. 146). В конечном счете вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений. 4етеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т. е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть. Организмы любого вида являются потенциальной пищей многих других видов. Врагами тлей, например, служат личинки и жуки божьих коровок, личинки мух‑сирфид, пауки, насекомоядные птицы и многие другие. За счет дубов в широколиственных лесах могут жить несколько сотен форм различных членистоногих, фитонематод, паразитических грибков и т. п. Хищники обычно легко переключаются с одного вида жертв на другой, а многие, кроме животной пищи, способны потреблять в некотором количестве и растительную. Таким образом, трофические сети в биоценозах очень сложные и создается впечатление, что энергия, поступившая в них, может долго мигрировать от одного организма к другому.

12.

Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Эта динамика может касаться как отдельных звеньев экосистем (организмов, популяций, трофических групп), так и системы в целом. При этом динамика может быть связана, с одной стороны, с адаптациями к факторам, которые являются внешними по отношению к экосистеме, а с другой – к факторам, которые создаёт и изменяет сама экосистема.

Самый простой тип динамики – суточный. Он связан с изменениями в фотосинтезе и транспирации (испарении воды) растений. В ещё большей мере эти изменения связаны с поведением животного населения. Одни из них более активны днём, другие в сумерки, третьи ночью. Аналогичные примеры можно привести по отношению к сезонным явлениям, в которых ещё больше проявляется динамика активности жизнедеятельности организмов.

Не остаются неизменными экосистемы и в многолетнем ряду. Эти изменения в одних случаях могут в какой-то мере повторяться, в других же имеют место изменения, которые на фоне периодически повторяющейся динамики имеют однонаправленный, поступательный характер и обусловливают развитие экосистемы в определенном направлении.

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями, или флуктуациями, а направленную динамику именуют поступательной или развитием экосистем. Для последнего вида динамики характерна смена одних видов другими. В конечном же счёте происходят смены биоценозов и экосистем в целом. Этот процесс называют сукцессией.

При определении экологической сукцессии следует учитывать три момента:

1. Сукцессия происходит под действием сообщества, т.е. биотического компонента экосистемы. Сообщество, в свою очередь, вызывает изменения в физической среде, которая определяет характер сукцессии, её скорость и устанавливает пределы, до которых может дойти развитие.

2. Сукцессия – это упорядоченное развитие экосистмы, связанное с изменением видовой структуры и протекающих в сообществе процессов. Сукцессия определённым образом направлена и, следовательно, предсказуема.

3. Кульминацией сукцессии является возникновение стабилизированной экосистемы, в которой на единицу потока энергии приходится максимальная биомасса и максимальное количество межвидовых взаимодействий.

Изменения видовой структуры в сукцессиях вызывается тем, что популяции оказывают определённое воздействие на окружающую среду и тем самым изменяют её, создавая благоприятные условия для других популяций. Подобного рода процессы продолжаются до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами.

13. Биосфе́ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; глобальная экосистема Земли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

14.