Основным понятием и основной таксономической единицей в экологии является экосистема. Этот термин был впервые введен в употребление английским ученым А. Тэнсли в 1935 г., т.е. более полувека спустя после выделения экологии как отрасли научных знаний. Сторонники системного подхода для обозначения природных комплексов использовали и другие термины: «биокосное тело» (В.И. Вернадский), «холон» (А.Каспер), а в 1940 г. советский ученый В.Н. Сукачев ввел понятие «биогеоценоз».

Под экосистемой понимается любая система, состоящая из совокупности живых организмов и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое.

Экологические системы разных уровней представляют собой основные функциональные единицы биосферы. Это энергетически и структурно открытые системы, поддерживающие подвижное равновесие благодаря особой структурно-функциональной организации всех своих компонентов.

Любая экосистема состоит из двух взаимосвязанных блоков:

1. Биоценоз– комплекс взаимосвязанных живых организмов разных видов (растения, животные, микроорганизмы), обитающих в конкретной местности.

2. Биотоп или экотоп– факторы среды обитания.

Схематично можно записать:

Экосистема = биоценоз + биотоп.

В составе биотопавыделяют следующие абиотические(неживые) компоненты:

— неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене веществ между живой и мертвой материей (диоксид углерода, вода, кальций, магний, калий, натрий, железо, азот, фосфор, сера, хлор и др.);

— органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки, гуминовые вещества и др);

— воздушная, водная или твердая среда обитания;

— климатический режим и др.

В состав биоценозавходят биотические(живые) компоненты, которые состоят из трех функциональных групп организмов (рис. 2).

 

Рис. 2

 

Первая группа организмов – продуценты, или автотрофные организмы (греческие auto – сам, trophe –пища) создают органическое вещество из простых неорганических веществ с использованием энергии света (фотоавтотрофы) или энергии химических связей (хемотрофы).

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала – неорганические вещества, в основном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии. В процессе жизнедеятельности они синтезируют на свету органические вещества – углеводы или сахара:

СО₂ + Н₂О = (СН₂О)n + О₂ .

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

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H2O + Q₁

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + Q₂ .

Химическая энергия, выделившаяся при этих реакциях, используется бактериями для восстановления углекислого газа до углеводов.

Вторая группа организмов – консументы (латинское consume – потребитель) первого, второго, третьего порядков, или гетеротрофные организмы (греческие heteros – другой, trophe – пища), потребляют готовое органическое вещество, но не доводят его до разложения до простых минеральных составляющих (животные, часть микроорганизмов, паразитические растения). Эти организмы используют органические вещества, которые создали продуценты, в качестве источника и питательного материала и энергии. Они делятся на фаготрофов (греческое phagos – пожирающий) и сапротрофов (греческое 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.

Третья группа организмов – редуценты (латинское reducens – возвращающий), или деструкторы, разрушают сложные соединения мертвой органики, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами, а также органические вещества, способные служить источником энергии для других биотических компонентов экосистемы. К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) – микроконсументы.

Каждая группа организмов представляет собой трофический(пищевой)уровень или звено. Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет цепь питания,или трофическую цепь. Главное свойство цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии.

Все элементы экосистемы тесно связаны между собой единством территории, общим потоком энергии(от Солнца к автотрофам, а от них – к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов, сезонными колебаниями климатических условий и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.

Как уже отмечалось, каждый биоценоз состоит из множества видов. Вид – естественная биологическая единица, всех членов которой связывает воедино участие в общем генофонде. Но виды входят в биоценоз не отдельными особями(наименьшая неделимая единица биологического вида, подверженная действию факторов эволюции), а популяциями.Популяция – совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство, воспроизводящая себя в течение большого числа поколений и способная к саморегулированию. Таким образом, каждый вид в пределах занимаемой территории (ареала) распадается на популяции, размеры которых различны. В таком случае можно сказать, что биоценоз – это сумма популяций разных видов, взаимосвязанных между собой и с условиями среды.

В экологии часто пользуются термином «сообщество». Содержание этого термина неоднозначно. Под ним понимается и совокупность взаимосвязанных организмов разных видов (синоним биоценоза) и аналогичная совокупность только растительных организмов (фитоценоз) или животных (зооценоз), или микробного населения (микробоценоз).

Экосистемы, подобно организмам и популяциям, способны к саморегулированию, противостоя изменениям и сохраняя состояние устойчивого равновесия. Это свойство экосистем называется гомеостазом. Но для нормального функционирования экосистем необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией.

Основными свойствами экосистемы являются:

— способность осуществлять круговорот веществ;

— противостоять внешним воздействиям;

— производить биологическую продукцию.

Экосистемы очень различны по размерам. Всю биосферу можно рассматривать как совокупность экосистем от глубокого океана до высокого леса. Определяя экосистемы таким образом, можно выделить:

— микроэкосистемы– небольшой водоем; труп животного с населяющими его организмами; ствол дерева в стадии разложения; аквариум, даже лужа или капля воды, пока они существуют и в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот веществ;

— мезоэкосистемы– лес, пруд, река и т.п.

— макроэкосистемы– океан, континент, природная зона и т.п.

— глобальная экосистема– биосфера в целом.

Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга. Образное (шутливое) определение экосистемы дал географ и писатель Г.К.Ефремов: «это любое природное образование от кочки до оболочки (географической)».

Существует такое понятие, как видовая структура экосистемы, под которым понимается количество видов, образующих экосистему, и соотношение их численности. Видовое разнообразие обычно тем значительнее, чем богаче условия (биотоп) экосистемы. В этом отношении самыми богатыми по видовому разнообразию являются экосистемы дождевых тропических лесов.

Разнообразие видов зависит также от возраста экосистемы. Молодые экосистемы крайне бедны видами, т.к. возникают на изначально безжизненном субстрате (отвалы пород при добыче полезных ископаемых). В хорошо сформировавшихся экосистемах преобладают 1, 2 или 3 вида, которые называются доминантными(господствующими). Наряду с доминантами в экосистемах выделяют виды – эдификаторы, которые являются основными образователями среды.

Каждый вид или его части (популяция, группировка) занимают определенное место в окружающей среде, т.е. экологическую нишу. Под экологической нишейпонимают обычно место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности или, как говорят, жизненный статус, включающий отношение к факторам среды, видам пищи, времени, способам питания, местам размножения, укрытий и т.п. Понятие «жизненный статус» значительно объемнее и содержательнее понятия «местообитание». Американский эколог Ю. Одум образно назвал местообитание адресом организма (вида), а экологическую нишу – его профессией [13].

Источник: helpiks.org

Экосистема относится к ключевым понятиям экологии. Само слово расшифровывается как "экологическая система". Термин был предложен экологом А. Тенсли в 1935 году.  Экосистема объединяет несколько понятий:

• Биоценоз — сообщество живых организмов
• Биотоп — среда обитания этих организмов
• Виды связей организмов в данном ареале обитания
• Обмен веществ, который происходит между этими организмами в данном биотопе.

То есть, по сути, экосистема — это объединение компонентов живой и неживой природы, между которыми происходит обмен энергией. А благодаря этому обмену возможно создание условий, необходимых для поддержания жизни. Основой любой экосистемы на нашей планете является энергия солнечного света.

Для классификации экосистем ученые выбрали один признак — среду обитания. Так удобнее выделять отдельные экосистемы, так как именно ареал обуславливает климатические, биоэнергетические и биологические особенности. Рассмотрим виды экосистем.

---

Природная экосистема и агроэкосистема

Природные экосистемы образуются на земле самостихийно, при участии сил природы. Например, естественные озера, реки, пустыни, горы, леса и т.д.

Агроэкосистемы — это один из видов искусственных экосистем, созданных человеком. Они отличаются слабыми связями между компонентами, меньшим видовым составом организмов, искусственностью взаимообмена, но при этом именно агроэкосистемы наиболее продуктивны. Их человек создает ради получения сельскохозяйственной продукции. Примеры агроэкосистем: пашни, пастбища, сады, огороды, поля, насаженные леса, искусственные пруды… подробнее

---

Экосистема леса

Лесные экосистемы — это сообщество живых организмов, обитающих на деревьях. На нашей планете треть суши занимают именно леса. Почти половина из них — тропические. Остальные — хвойные, лиственные, смешанные, широколиственные.

В структуре лесной экосистемы выделяют отдельные ярусы. В зависимости от высоты яруса меняется состав живых организмов.

Главными в экосистеме леса являются растения, причем основным является один (реже несколько) видов растения. Все остальные живые организмы — либо потребители, либо разрушители, так или иначе влияющие на обмен веществ и энергией…подробнее

---

Экосистема растений и животных

Растения и животные являются лишь составной частью какой-либо экосистемы. Так, животные — это важнейший природный ресурс, без которого невозможно существование экосистемы. Они более мобильны, чем растения. И, несмотря на то, что по видовому разнообразию фауна проигрывает флоре, именно животные обеспечивают устойчивость экосистемы, активно участвуя в обмене веществ и энергии.

При этом, все животные образуют генетический фонд планеты, обитая только в тех экологических нишах, где для них созданы все условия для выживания и размножения.

Растения же являются основополагающим фактором для существования любой из экосистем. Именно они чаще всего являются редуцентами — то есть, организмами, перерабатывающими солнечную энергию. А солнце, как уже отмечалось выше — основа существования жизненных форм на Земле.

Если рассматривать представителей флоры и фауны по отдельности, то каждое животное и растение представляет собой микроэкосистему на той или иной стадии существования. Например, ствол дерева по мере его развития — это одна цельная экосистема. Ствол упавшего дерева — это уже другая экосистема. Так же и с животными: эмбрион в стадии размножения можно считать микроэкосистемой… подробнее

---

Водные экосистемы

Водные экосистемы — это системы, приспособленные к жизни в воде. Именно вода определяет уникальность того сообщества живых организмов, которые в ней обитают. Разнообразие видов животных и растений, состояние, устойчивость водной экосистемы зависит от пяти факторов:

• Солености воды
• Процента содержащегося в ней кислорода
• Прозрачности воды в водоеме
• Температуры воды
• Доступности питательных веществ.

Принято разделять все водные экосистемы на два больших класса: пресноводные и морские. Морские занимают более 70% земной поверхности. Это океаны, моря, соленые озера. Пресноводных меньше: большая часть рек, озер, болота, пруды и другие более мелкие водоемы… подробнее

---

Устойчивость и смена экосистем

Устойчивостью экосистемы называют способность данной системы противостоять изменения внешних факторов и сохранять свою структуру.

В экологии принято выделять два вида устойчивости ЭС:

• Резистентную — это вид устойчивости, при которой экосистема способна сохранять свою структуру и функциональность в неизменном виде, несмотря на изменения внешних условий.
• Упругую — этот вид устойчивости присущ тем экосистемам, которые могут восстанавливать свою структуру после изменения условий или вовсе после разрушения. Например, когда лес восстанавливается после пожара, говорят именно об упругой устойчивости экосистемы.
  Экосистема человека

В человеческой экосистеме доминатным видом будет человек. Такие экосистемы удобнее разделять по сферам:

1. Экосистема человека в сфере окружающей среды. Это те виды ЭС, где человек так или иначе контактирует с ареалом своего обитания, взаимодействует с животными, растениями. Законы такой ЭС определяются природой.
2. ЭС человека в индивидуальной сфере. Здесь решения определяются внутренними мотивами. Например, фермер, охотник, экологическая организация и т.д.
3. ЭС человека в общественной сфере. Самая большая экосистема этого плана — все человеческое сообщество. Здесь руководствуются законами, пришедшими извне. Примеры: организации, правительства, партии… подробнее

---

Экосистема человека

Экосистема представляет собой устойчивую систему компонентов живого и неживого происхождения, в которой участвуют, как и объекты неживой природы, так и объекты живой природы: растения, животные и человек. Каждый человек, вне зависимости от места рождения и проживания (будь то шумный мегаполис или деревня, остров или большая земля, пр.) является частью экосистемы…. подробнее

---

Влияние деятельности человека на экосистему

В настоящее время влияние человека на любую экосистему ощущается повсеместно. В своих целях человек либо разрушает, либо улучшает экосистемы нашей планеты.

Так, расточительное отношение к земле, вырубка лесов, осушение болот относят к разрушительному воздействию человека. И наоборот, создание заповедников, восстановление популяций животных способствуют восстановлению экобаланса Земли и является созидательным влиянием человека на экосистемы… подробнее

---

Естественные и искусственные экосистемы

Главное различие таких экосистем состоит в способе их образования.

Естественные, или природные экосистемы создаются при участии сил природы. Человек либо вообще не оказывает на них влияния, либо влияние есть, но незначительное. Самой большой природной экосистемой является наша планета.

Искусственные экосистемы называют еще антропогенными. Они создаются человеком ради получения "выгоды" в виде продуктов питания, чистого воздуха, других продуктов, необходимых для выживания. Примеры: сад, огород, ферма, водохранилище, оранжерея, аквариум. Даже космический корабль можно рассматривать как пример антропогенной экосистемы.

Главные отличия искусственных экосистем от естественных:

• Скудное видовое разнообразие
• Преобладание одного вида животного или растения (например, устричные фермы или пшеничное поле)
• Короткие пищевые цепочки.
• Круговорот веществ незамкнут, так как человек изымает часть в виде урожая.
• Неспособность к существованию без участия человека… подробнее

Источник: xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

С экосистемных позиций, озеро, лес или какие-нибудь другие элементы природы представляются нам состоящими из двух основных компонентов: автотрофного компонента (автотрофный — значит самопитающийся), способного фиксировать световую энергию и использовать в пищу простые неорганические вещества, и геротрофного компонента (гетеротрофный значит питающийся готовыми органическими веществами), который разлагает, перестраивает и использует сложные вещества, синтезированные автотрофными организмами.

Эти функциональные компоненты расположены в виде налегающих друг на друга слоев, причем наибольшее число автотрофных организмов расположено в верхнем слое, куда поступает световая энергия, тогда как интенсивная гетеротрофная деятельность сосредоточена в местах скопления органического вещества в почве и в иле.

С точки зрения структуры, удобно выделить четыре компонента экосистемы: 1) абиотические вещества — основные элементы и составные части среды; 2) производители — продуценты, автотрофные элементы (в основном зеленые растения); 3) крупные потребители, или макроконсументы, — гетеротрофные организмы (главным образом животные, пожирающие другие организмы или измельчающие органические вещества); 4) разлагатели, или микроконсументы (называемые также сапрофитами или сапробными организмами), гетеротрофные организмы (в основном бактерии и грибы), которые разлагают сложные составные компоненты мертвой протоплазмы, абсорбируют продукты распада и освобождают простые вещества, используемые продуцентами.

Эти экосистемы — наиболее крайние типы, встречающиеся в биосфере; они сильно подчеркивают сходства и отличия всех экосистем. Наземная экосистема (представлена полем, изображенным слева) и открытая водная система (представлена либо озером, либо морем, изображенным справа) населены абсолютно разными организмами, за исключением, может быть, некоторых бактерий, способных жить и в той и в другой среде.

Несмотря на это, в обоих типах экосистем присутствуют и действуют основные экологические компоненты. На суше автотрофы обычно представлены крупными растениями, обладающими корнями; тогда как в глубоких водоемах роль автотрофов берут на себя микроскопические взвешенные в воде растения, носящие название фитопланктона (phyton — растение; plankton — взвешенный). При определенном количестве света и минеральных веществ за определенный период времени мельчайшие растения способны образовывать такое же количество пищи, как и крупные растения. Оба типа продуцентов обеспечивают жизнь одинаковому количеству консументов и разлагателей. В дальнейшем сходства и различия сухопутных и водных экосистем будут разобраны более детально.

Для того чтобы понять взаимоотношение строения и функции, необходимо оценить структуру экосистемы с разных точек зрения. Связь продуцентов и консументов представляет собой один тип структуры, называемой трофической (trophe — питание), и каждый «пищевой» уровень носит название трофического уровня. Количество живого материала на различных трофических уровнях или в популяции носит название «урожая в поле», термин, одинаково применимый как к растениям, так и к животным. «Урожай в поле» может быть выражен или количеством организмов на единицу площади, или количеством биомассы, т. е. массы тела организмов (живой вес, сухой вес, сухой вес без зольного остатка, вес углерода, количество калорий), или в каких-либо других единицах, пригодных для целей сравнения. «Урожай в поле» не только представляет собой потенциальную энергию, но играет большую роль в снижении колебаний физических условий, а также и как обиталище, или жизненное пространство, для организмов. Таким образом, деревья в лесу не только являются запасами энергии, которые обеспечивают пищу или топливо, но изменяют климат и создают убежища для птиц и людей.

Количество безжизненного материала, как-то: фосфора, азота и т. д., имеющееся в данное время, может рассматриваться как состояние стабильности, или стабильное количество. Необходимо различать количества материалов и организмов, имеющихся в наличии в тот или иной момент времени в среднем на протяжении определенного периода, и скорость изменений состояния стабильности и «урожай в поле» за единицу времени. Функции изменения скоростей будут в деталях рассмотрены после знакомства с некоторыми другими аспектами структуры экосистемы.

Количество и распределение как неорганических, так и органических веществ, сосредоточенных либо в биомассе, либо в окружающей среде, должны считаться важной характеристикой любой экосистемы. Об этом в общей форме можно было бы говорить как о биохимической структуре. Так, например, огромный экологический интерес представляет знание количества хлорофилла на единицу земной или водной поверхности. Крайне важно знать также количество органического вещества, растворенного в воде. Помимо этого, необходимо представлять видовую структуру экосистемы. Экологическая структура отражает не только число тех или иных видов, но и видовое разнообразие экосистемы. Последнее проявляется в форме отношений между видами и числом индивидов или биомассой и в форме рассеяния (пространственного распределения) индивидов всех видов, входящих в состав сообщества.

Надо подчеркнуть, что экосистемы могут быть ограничены различными размерами. Объектами исследования может быть небольшой пруд, большое озеро, участок леса и даже маленький аквариум. Экосистемой можно считать любую единицу, если в ней присутствуют ведущие и взаимодействующие компоненты, создающие хотя бы на короткое время функциональную стабильность. Наша биосфера как целое представляет собой серию переходов — градиентов (от гор к долинам, от побережий к глубинам моря и т. д.), которые в сумме создают «хемостат», а именно константность химического состава воздуха и воды в течение долгого периода времени. Не особенно важно, где проводить границы между градиентами, поскольку экосистема в первую очередь представляет собой функциональное единство. Надо, конечно, указать, что в природе часто встречаются разрывы в градиентах, которые обеспечивают удобные и функционально логические границы. Так, например, берег озера может быть понят как правильная граница между двумя резко отличными экосистемами, а именно озером и лесом. Чем больше и чем разнообразнее экосистема, тем она стабильней и относительно независимей от действия прилегающих систем. Так, озеро целиком может рассматриваться как более самостоятельная единица, чем часть озера, однако для целей исследования можно считать экосистемой даже отдельную часть озера.

Источник: www.activestudy.info

Основным понятием и основной структурной единицей в экологии является экосистема. Этот термин был введен в 1935 г. А.Тенсли.

Экосистема – единый природный или природно-антропогенный комплекс, который выступает как функциональное целое и образован сообществом живых организмов и средой их обитания.

Или экосистема – это любое сообщество живых организмов и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое.

Экосистемы бывают различного уровня : микроэкосистемы (лужа), мезоэкосистема (лес, пруд), макроэкосистема (океан, тундра), глобальная экосистема – биосфера в целом.

Любая экосистема состоит из 2-х блоков. Один из них биоценоз – сообщество живых организмов; другой – комплекс факторов внешней среды – биотоп (экотоп):

Экосистема = биоценоз + биотоп.

Биоценоз (биота) – сообщество (группа) взаимосвязанных популяций растений, животных, микроорганизмов, живущих в сходных условиях среды.

Биотоп (экотоп) – местообитание биоценоза – пространство с более или менеее однородными условиями внешней среды, заселенное определенным сообществом живых организмов.

Каждый биоценоз и экосистема, соответственно, состоит из множества видов — десятков, сотен и более. Видовое разнообразие обычно зависит от условий биотопа: чем они лучше, богаче, тем разнообразнее видовой состав экосистемы.

Основные свойства экостистем:

1) способность осуществлять круговорот веществ;

2) способность адаптации к внешним экологическим факторам;

3) способность производить биологическую продукцию.

3.5. Трофическая структура экосистем. Роль фотосинтеза. Эстафетный принцип передачи информации.

Все экосистемы являются открытыми системами, в которых существует биогенный круговорот веществ и энергии. Это явление относится к числу фундаментальных механизмов функционирования биосферы.

Всю экосистему можно сравнить с единым механизмом, потребляющим энергию для совершения работы. Такой энергией для живых организмов является солнечная энергия (Е), а процесс, в ходе которого она преобразуется из окружающей среды – фотосинтез.

Фотосинтез – это процесс запасания солнечной энергии в виде химических связей сложных органических соединений при поглощении растениями СО₂ и воды:

CO₂ + 2nH₂O nO₂ + nH₂O + [C_n(H₂O)_n]

Осуществляется зелеными растениями и водорослями, которые имеют специальный фотосинтетический аппарат. Органические вещества (углеводы) служат источником энергии и для растений, и для других организмов экосистемы. Высвобождение энергии идет в процессе дыхания или биохимическом цикле животных. На фотосинтез расходуется около 1% от незначительной части солнечной энергии дошедшей к Земле, но и этого достаточно, чтобы подерживать жизнь. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют солнечную энергию, преобразуя ее в энергию химических связей органических веществ, и затем передают ее в таком виде другим членам биоты.

Во всем многообразии биотических взаимоотношений видов живых организмов первостепенное значение имеют трофические (пищевые) связи.

Любая экосистема включает несколько трофических уровней (звеньев). Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет собой трофическую цепь. Главная функция цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и энергии, запасенной в органических соединениях (рис.2).

Е солнца

Консументы 1 пор. S

S (травоядные)

Продуценты S

(зел. раст-я) Консументы 2 пор.

(хищники)

Редуценты

(м/орг-змы)

S

Минеральные

орган. остатки рис.2

S

Обычно существует 3 основных трофических звена: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты – занимают 1-ый трофический уровень, являются автотрофными организмами и создают органические вещества — первичную биологическую продукцию.

Консументы – гетеротрофы, питающиеся растениями или другими гетеротрофными организмами. Могут быть первого порядка – фитофаги; второго порядка – плотоядные животные; третьего порядка и т.д.

Редуценты (деструкторы) – разрушители органического вещества (микроорганизмы, грибы и др.) и минерализующие его до простых неорганических соединений.

Все звенья цепи питания взаимосвязаны и взаимозависимы. Между ними от первого звена до последнего идет передача вещества и энергии. Существуют закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой. При передаче Е часть ее усваивается и расходуется на жизнедеятельность организмов, часть теряется, рассеиваясь в пространстве. В целом, переходит с одного уровня на другой 10% от энергии, потребленной с пищей.

Поэтому, цепи питания не могут быть длинными, в среднем, они состоят из 4-6 уровней. Трофические цепи в чистом виде в природе не встречаются, так как одни и те же виды могут оказываться на разных уровнях, взаимозаменяться. Подобные общие звенья связывают цепи питания в сложную систему, получившую название трофическая сеть. Экосистемы с более сложными сетями питания являются более устойчивыми и характеризуются интенсивным круговоротом веществ.

Если изображать трофические цепи графически, то образуются экологические пирамиды:

Часть энергии расеивается, часть расходуется на жизнеобеспечение консументов, часть (ок. 10%) переходит в тело потребителя, увеличивая его массу за счет накопления органических соединений, т.е. образуется продукция. Продукция растений – первичная, продукция животных – вторичная. Продуктивность экосистем будет складываться из этих продукций. Так, продуктивность биосферы — 83 млрд.т/г : 30 — океан, 53 — наземные экосистемы (леса, степи, др.), т.е. наибольший вклад вносят зеленые растения (автотрофы), являющиеся началом любой трофической цепи. Биологическая продуктивность – это биомасса, производимая сообществом на единице площади и за единицу времени.

Эстафетный принцип передачи информации.

Говоря о круговороте веществ, необходимо заметить, что передача загрязняющих веществ будет идти также по пищевым цепям, т.е. максимальные концентрации поллютантов будут накапливаться в организмах, стоящих в конце пищевой цепи или на вершине пирамиды.

С круговоротом веществ в экосистемах связан и принцип эстафетной передачи информации об уровне загрязнения: от биотопов –– к биоценозам –– к экосистемам –– и снова к биотопам.

Так как экосистемы характеризуются полной взаимосвязью их звеньев и членов, общностью организации всех сообществ, принципами саморегуляции, то из этого вытекает необходимость учета множества факторов при анализе различных экологических явлений и тем более при планировании любых хозяйственных вмешательств в них.

Источник: StudFiles.net

Пищевые цепи

Растения и животные в каждой экосистеме связаны сложными пищевыми цепями. Для получения пиши растения используют солнечную энергию и становятся ее основным источником для животных. Энергия, заключенная в растениях в качестве запасов пищи, проходит через все сообщество организмов по так называемым пищевым цепям. Прежде всего она поступает первичным потребителям — травоядным животным, затем вторичным — животным-хищникам. Животных, поедающих вторичных потребителей, называют третичными потребителями. В каждую пищевую цепь входят также некрофаги. Это бактерии, грибы и некоторые виды насекомых. Они разлагают остатки погибших растений и животных, превращая их в минеральные вещества и гумус. При этом некрофаги получают энергию из перерабатываемых ими веществ.

Некрофаги за работой

Найдите старую трухлявую корягу и понаблюдайте, как она разрушается от деятельности некрофагов. Время от времени фотографируйте или записывайте ее состояние. Интересно, сколько времени будет продолжаться ее распад?

Пищевые сети

В каждой системе существует множество различных пищевых цепей, которые, взаимодействуют друг с другом, образуя более сложные пищевые сети. Ведь многие животные часто питаются различной пищей и, таким образом, занимают места в разных пищевых цепях. Кроме того, пищевыми цепями и сетями связываются между собой разные экосистемы. Например, животные одной экосистемы могут питаться растениями и животными из другой. Так все организмы на Земле связанны между собой огромной пищевой сетью.

Модель пищевой сети

Чтобы лучше представить себе, насколько сложной бывает пищевая сеть, вы можете сделать её модель. Возьмите несколько старых журналов с изображением разных животных и растений, вырежьте их и приколотите на большой лист картона. Недостающие виды животных можно перерисовать из книг. Затем расположите их в порядке пищевых цепей и соедините нитками тех животных, которые поедают друг друга. Для различных экосистем сделайте различные пищевые сети – например, сеть для вашей местности, для африканских равнин или для влажных тропических лесов Амазонки. Чем больше картинок у вас будет, тем сложнее станут ваши пищевые цепи.

В тропиках

Тропики – прекрасная возможность взглянуть на различные уровни в пищевой цепи с точки зрения энергии. На каждом уровне в цепи часть пищи преобразуется в энергию, а другая часть сохраняется. Это означает, что из некоего исходящего количества пищи на каждом последующем уровне определенная часть теряется, и чем выше уровень, тем меньше энергии там останется. Поэтому на каждом последующем уровне может существовать меньше видов животных, чем на предыдущем.

Общая характеристика экосистем, их градаций и устойчивости

Важнейшим экологическим понятием является понятие «экосистема», которое в определенном отношении близко к понятию «биогеоценоз», но оно является более общим и широким, чем последнее; экосистема и биогеоценоз состоят из двух компонентов: биоты и биотопа, но если биогеоценоз тесно связан с конкретной территорией земной поверхности, то экосистемы различных видов могут быть не связанными с конкретной территорией и быть глобальными.

Экосистема — любое сообщество живых существ и среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимосвязи между этими организмами и средой их обитания, за счет чего эта система сохраняет свою устойчивость достаточно длительный промежуток времени.

Это наиболее общий вид понятия «экосистема». Иногда экосистема является синонимом биогеоценоза, но это относится к одной из градаций экосистем. Экосистемой является и капля жидкости, в которой существуют микроорганизмы, обладающие автотрофным и гетеротрофным способами питания (при условии длительного существования такой капли), и самая глобальная экосистема — биосфера Земли.

Различают следующие градации экосистем: микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева, капля жидкости с населяющими ее микроорганизмами и т. д.), мезоэкосистемы (пруд, лес на данной территории, аквариум — как искусственная экосистема и др.), макроэкосистемы (океан, континент) и глобальная экосистема — биосфера планеты Земля. Мезоэкосистемы являются биогеоценозами (это относится к естественным мезоэкосистемам). Глобальная экосистема является совокупностью макроэкосистем, а последние — совокупностью мезоэкосистем или биогеоценозов, т. е. естественная мезоэкосистема (биогеоценоз) — это элементарное звено глобальной экосистемы, т.е. биосферы планеты Земля.

Важной характеристикой экосистемы является ее устойчивость.

Устойчивость системы — это способность системы оставаться относительно неизменной в течение определенного отрезка времени вопреки внутренним или внешним изменениям.

Устойчивость экосистемы — это способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних и внутренних факторов.

Устойчивость (в том числе и экологическая) для различных систем относительна, так как любая система подвергается изменениям, но до определенного момента система сохраняет свои основные признаки, изменяясь в некоторых деталях; при очень сильном внешнем или внутреннем воздействии система может измениться коренным образом или погибнуть. Последнее необходимо учитывать при воздействии на экосистему, особенно это важно учитывать при воздействии на биосферу Земли.

Все организмы взаимосвязаны друг с другом и с факторами, характерными для биотопа данного биогеоценоза через обмен веществ и энергии.

Характеристика экосистем как продукта взаимодействия абиотических и биотических факторов

В природе все факторы находятся в определенной взаимосвязи и их взаимодействие формирует определенное сообщество различных организмов, которое в совокупности с конкретным участком территории Земли образует биогеоценозы, или экосистемы в широком понимании этого понятия.

Биогеоценоз состоит из биотопа (иногда как синоним — местообитание вида или совокупности организмов) и биоты. Биотоп формируется под влиянием внешних условий, характерных для данной территории. К условиям биотопа приспосабливаются те или иные организмы и формируется биота данного биогеоценоза. Биота образована двумя компонентами — автотрофными и гетеротрофными организмами. Автотрофы и гетеротрофы состоят из популяций разных видов, приспособленных к совместному существованию и находящихся в определенном динамическом равновесии. На единице площади территории, занимаемой конкретным биоценозом, проживает определенное число особей данного вида, которые образуют популяцию. Число особей в популяции не может быть бесконечно большим, оно регулируется внешними факторами и соответствует правилу пирамиды.

Структура популяций разных видов определяется ее численностью, возрастной и половой составляющими и пространственным распределением на данной территории.

Половая структура популяции определяет скорость размножения особей данной популяции и зависит от условий в данном биотопе. Половая структура сопряжена с различием в поведении и сроках развития самцов и самок, в способах их питания. Например, самцы комаров во взрослом состоянии не питаются, в то время как самки являются кровососущими паразитами.

Возрастная структура популяций зависит от условий, которые необходимы для жизни организма в разных возрастах. Так, головастики лягушек живут в водной среде, а взрослые особи — на суше; устойчивость популяции зависит от возрастного состава и оптимального соотношения организмов разного возраста.

Пространство, которое занимает популяция, неоднородно по своим свойствам, в том числе и по наличию пищевой базы, поэтому заполнение данной территории происходит неодинаково. Для статичных организмов (например растений) плотность заселения зависит от наличия влаги, характера освещения, наличия минеральных солей в легко усваиваемой форме. Для подвижных организмов (членистоногие, позвоночные и т. д.) поиск пищи осуществляется за счет передвижения на большой или на ограниченной территории. По этому признаку различают оседлых и кочевых животных.

Оседлыми называют животных, проживающих на конкретной ограниченной территории.

Примером оседлых животных являются хищники (волки, лисы, львы и т. д.). Оседлость имеет и преимущества, и ограничения. Преимуществом является то, что животное хорошо знает свою территорию и не тратит лишних сил на поиски пищи. Однако на данной территории при сильной эксплуатации возможно истощение пищевых ресурсов, что ограничивает численность особей, живущих на этой территории.

Приспособлением к оседлому образу жизни являются:

1) охрана границ занимаемого пространства и прямая агрессия против чужой особи;

2) «мечение» своей территории пахучими веществами или другим способом (воробьи громко чирикают, суслики нападают на других сусликов, попавших на чужую территорию, кошки, собаки оставляют запаховые метки).

Кочевой образ жизни связан с перемещением организмов на другие территории, когда пищевые запасы на данном участке исчерпаны. К кочевым животным относят оленей, птиц, рыб, которые кочуют стаями, стадами (олени, зебры). Кочевой образ жизни несет меньшую угрозу истощения пищевых ресурсов, но защищенность особей популяции меньше, чем при оседлом образе жизни, а затраты на поиски пищи большие. Однако кочевой и оседлый образы жизни являются разными экологическими нишами, позволяющими реализовать нейтрализм как особый вид взаимоотношений организмов.

Численность популяции, как показано выше, зависит от разных факторов, в том числе и от биотического потенциала — наследственно обусловленной сопротивляемости вида неблагоприятному воздействию различных факторов среды.

Биотический потенциал включает потенциал размножаемости и потенциал выживаемости.

Потенциал размножаемости — это потенциальная возможность организмов увеличивать свою численность в геометрической прогрессии при благоприятных условиях среды (но это практически никогда не реализуется из-за сопротивляемости среды).

Потенциал выживаемости — степень сопротивляемости вида неблагоприятным воздействиям среды, выражаемая в сохранении определенной численности особей данного вида, проживающих на конкретной территории определенной площади.

При особо благоприятных условиях возможно резкое увеличение численности особей данной популяции, называемое популяционным взрывом. Он возможен при нарушении регуляции численности вида в данной среде. Так, в Австралии наблюдался популяционный взрыв для кроликов, которые в данной среде практически не имели врагов, а кормовая база была достаточно обильной.

Важнейшим фактором, регулирующим численность организмов, живущих на данной территории, является сопротивление среды, т. е. комплекс факторов биотического и абиотического характера, способствующих уменьшению численности организмов данного вида на единице площади, занимаемой популяцией.

В комплекс факторов, реализующих сопротивление среды, входят наличие кормовой базы, влажность, световой режим, конкуренция (как внутри, так и межвидовая), наличие врагов и другие факторы. Сопротивление среды тесно взаимосвязано с биотическим потенциалом и его составляющими: при нарушении равновесия между биотическим потенциалом и сопротивлением среды изменяется состав популяции — при уменьшении сопротивления среды численность популяции данного вида увеличивается, что может привести к популяционному взрыву и нарушению равновесия в биоценозе. Резкое увеличение сопротивления среды может привести к гибели популяции в данном биоценозе. Из-за колебания взаимоотношений потенциала выживаемости и сопротивления среды численность особей в популяции циклически колеблется, что приводит к возникновению популяционных волн.

Популяционные волны — колебания численности особей данной популяции в связи с влиянием различных факторов внешней среды (сезонность, стихийные бедствия, обеспеченность пищей и др.), что приводит к изменению концентрации отдельных генов, в результате появляются новые модификации генома, которые являются одним из факторов эволюционного процесса.

Характеристикой популяции является «плотность популяции», т.е. среднее число особей данного вида на единице поверхности или объема пространства. Эта плотность может быть и оптимальной, и критической как по верхнему, так и по нижнему пределам.

Критическая численность популяции по нижнему пределу — это минимальное число особей, проживающих на единице площади, необходимых для такого воспроизводства популяции, при котором вид еще сможет существовать на этой территории.

При относительной стабильности и полной сформированности биогеоценоза он обладает относительной устойчивостью и способностью к самовоспроизведению и длительному существованию. Одним из важнейших условий стабильности экосистемы является многообразие видов, составляющих эту экосистему, так как гибель отдельных видов не приведет к резкому изменению биотического равновесия. Однако резкое изменение условий, вымирание большого числа видов, составляющих данный биогеоценоз, приводит к его разрушению и гибели.

Исторически происходит смена биогеоценозов, причины которой весьма многочисленны. Одной из биологических причин смены биогеоценозов на данной территории является резкая смена абиотических факторов, что происходило в течение длительной геологической истории Земли.

Смена биогеоценозов может происходить и при относительно маломеняющихся абиотических факторах среды за счет заболачивания территорий, изменения физико-химических свойств субстрата, из-за замены одного доминирующего вида растительного сообщества другим. Так, попадание в сосновый бор семян ели приводит к тому, что ель укореняется (она — теневыносливое растение), вырастает, затеняет сосну, которая в условиях затенения не выживает. Сосновый бор заменяется еловым лесом, который по своим условиям резко отличается от бора, что приводит к изменению состава животных, т. е. один биоценоз заменяется другим. Этот пример относится к сукцессиям — смене одного биоценоза другим за счет того, что один доминирующий вид заменяет другой доминирующий вид (в данном примере ель заменила сосну).

Доминирующим видом в данном сообществе называют такой вид, который определяет главные особенности конкретного биоценоза и условия существования всех других видов данной экосистемы (в сосновом бору это сосна).

Итак, совокупность взаимодействия биотических и абиотических факторов (не учитывая воздействия человека) приводит к возникновению относительно устойчивых, способных к достаточно длительному существованию экосистем или биогеоценозов (климаксных систем), обеспечивающих нормальное функционирование организмов разных популяций, образующих данный конкретный биогеоценоз.

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru