3.2. Структура экосистем

Несмотря на огромное разнообразие экосистем – от тропических лесов до пустынь, им свойственна одинаковая биотическая структура.

Все экосистемы включают одни и те же основные компоненты, взаимодействующие друг с другом.

Продуценты (лат. producens – cоздающий, производящий) – производители первичной продукции. По типу питания они являются автотрофами (гр.autos  сам, trophe – пища), которые подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала – диоксид углерода атмосферы и воду. Солнечную энергию способны непосредственно использовать только клетки зеленых растений, одноклеточных водорослей, зеленых и пурпурных растений. За счет этой энергии они синтезируют органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты т.д. Такой биосинтез, который происходит благодаря энергии света, и называют фотосинтезом.

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: сероводорода, оксида железа и др. К этой группе принадлежат хемотрофные бактерии: нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак до нитритов, а затем до нитратов), серобактерии (окисляют сероводород до сульфатов) и др.

Консументы (лат. соnsumе  потреблять, съедать)  живые организмы, не способные строить своё тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступления органического вещества извне, в составе пищи. Консументы  это гетеротрофные организмы, живущие за счет органических веществ, синтезированных фото- или хемоавтотрофами. Различают консументов первого порядка  растительноядные виды животных (фитофаги), второго и больших порядков  плотоядные (зоофаги), хищники. Кроме того, их делят на фаготрофов (гр. phagos  пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros – гнилой).

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся крупные животные – макроконсументы.

Сапротрофы (сапрофаги) используют для питания органическое вещество мертвых остатков.

Редуценты (деструкторы) (лат. redicens  возвращающий, восстанав­ливающий)  организмы, превращающие органические остатки в неорганические вещества в ходе своей жизнедеятельности, пригодные для использования продуцентами. Минерализация органических веществ частично идет у всех живых организмов: в процессе дыхания выделяется углекислый газ, из организма выводятся вода, минеральные соли, аммиак и т.д., но одновременно выделяются и органические вещества. Истинными редуцентами, завершающими цикл разрушения органических веществ, считаются такие организмы, которые выделяют во внешнюю среду только неорганические вещества, пригодные к использованию продуцентами. К редуцентам относятся грибы и многие виды бактерий. Поскольку грибы и бактерии получают необходимую энергию, разлагая мертвое органическое вещество (детрит), их называют детритофагами.

3.3. Распределение солнечной энергии

Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, которая распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн, из которых 48 % приходится на видимую часть спектра, 45 % − на инфракрасное излучение (с большой длиной волны) и около 7 % − на коротковолновое ультрафиолетовое излучение. При прохождении солнечной энергии через атмосферу приблизительно 19 % поглощается облаками, водяным паром и т. д., 34 % отражается обратно в космос,

47 % достигается земной поверхности, из них 24 %  прямая радиация и 23 %  отраженные лучи. Общее количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно постоянно. Но разные точки земной поверхности получают разное количество энергии (из-за различия во времени освещенности, разного угла падения, степени отражения, прозрачности атмосферы и т.д.)

Растения используют около 0,5 – 1 % солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Аккумулируя энергии, живые организмы увеличивают свою массу. Масса организмов определенной группы (продуцентов, консументов, редуцентов) или экосистемы в целом, приходящаяся на единицу площади или объёма, называется биомассой. Самой высокой биомассой обладают тропические дождевые леса, самой низкой – пустыни и тундры. Зеленые растения в биомассе суши составляют 99 %, а животные и микроорганизмы – 1 %. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают количеством энергии, заключенной в тканях.

Энергия, усваиваемая продуцентами в процессе фотосинтеза и накапливаемая в виде органических веществ, называется первичной продукцией, а консументами – вторичной продукцией.

Первичная продукция делится на валовую и чистую. Валовая первичная продукция – это общая биомасса, созданная растениями в ходе фотосинтеза. Часть ее расходуется на поддержание жизнедеятельности растений – траты на дыхание (40–70 %). Оставшаяся часть составляет чистую первичную продукцию, которая в дальнейшем накапливается консументами и редуцентами или накапливается в экосистеме.