Экосистемы

Экосистема

Экосистемы

Объектом изучения экологии являются экосистемы. Этот срок предложен в 1935 году английским ботаником А. Тенсли. В это понятие входит не только комплекс организмов, но и комплекс факторов окружающей естественной среды. Популяции разных организмов тесно взаимоувязаны не только между собой, но и с условиями физической среды существования. В частности, они достают с окружающей среды определенные вещества, нужные для обеспечения их жизнедеятельности и выделяют туда продукты обмена.

Таким образом, группировки организмов образуют с физической средой определенную систему - экосистему. В каждой экосистеме происходит круговорот веществ и обменные энергетические процессы. Экосистема - это совокупность организмов разных видов, которые взаимодействуют между собой и с физической средой существования, благодаря чему возникает поток энергии, который создает определенную трофическую структуру и обеспечивает круговорот веществ внутри системы. Срок экосистема близкий к сроку биогеоценоз, введенного в обращение русским ученым В. Сукачовым в 1940 году.

Биогеоценоз - естественный участок земной поверхности с определенным составом живых и неживых компонентов и динамическим взаимодействием между ними. Эти два понятия почти идентичные, возможно, первое шире и в последнее время оно более употребляется.

Структура биогеоценоза (экосистемы).

Биогеоценоз содержит два компонента:

- биотоп (грец. топос - место) - совокупность на определенной территории абиотических факторов - климатических и грунтовых;

- биоценоз - совокупность живых организмов : I - растений (фитоценоз), II - животных (зооценоз); III - микроорганизмов (микробиоценоз); IV - грибов (микоценоз) - биотический фактор.

Каждый биоценоз имеет:

- видовую структуру (разнообразие видов, соотношения их численности);

- пространственную структуру, которая определяется ярусным расположением разных видов растений;

- экологическую структуру, которая определяется соотношением популяций разных экологических групп организмов по типу питания.

Различают автотроф - организмы, которые способны образовывать органические вещества из неорганических с помощью солнечного света (фотосинтез) или энергии химических реакций (хемосинтез). Гетеротрофы - организмы, которые питаются готовыми органическими веществами. В каждой экосистеме можно выделить такие компоненты:

1) неорганические вещества (углерод, азот, углекислый газ, вода и др.), которые вступают в круговорот;

2) органических вещества (белки, углеводы, липиды и др.), которые объединяют биотическую и абиотичесике части экосистемы;

3) климат (температура, влажность, давление и др.);

4) продуцента - автотрофные организмы, способные образовывать органические соединения из неорганических;

5) консументи - гетеротрофные организмы, которые потребляют готовое органическое вещество;

6) редуценты (деструкторы) - гетеротрофные организмы, которые раскладывают органическое вещество к неорганическим соединениям.

Классификация экосистем

За масштабами экосистемы разделяются на микроэкосистемы (лужа, пруд), мезоекосистеми (лес, озеро), макроэкосистемы (континент, океан). Глобальной экосистемой является биосфера.

За степенью трансформации человеческой деятельностью экосистемы разделяются на естественные, антропогенно-естественные и антропогенные. В промышленно развитых странах почти не осталось естественных экосистем, не видоизмененных деятельностью человека. Лесные насаждения, луга, нивы - все это антропогенно-естественные экосистемы, которые хотя и состоят из естественных компонентов, но созданы и регулируются людьми.

К антропогенным экосистемам принадлежат такие, в которых преобладают искусственно созданные антропогенные объекты и кроме людей могут существовать лишь отдельные виды организмов, которые приспособились к этим специфическим условиям. Примером таких экосистем являются города, промышленные узлы, села, корабли.

В зависимости от рода деятельности человека антропогенные экосистемы разделяют на:

1) промыслу (экосистемы металлургического завода, пищевого производства и др.);

2) сельскохозяйственные (агроценоз, птицефабрики, животноводческие фермы и др.);

3) городских экосистемы - урбоекосистеми (экосистемы коммунального хозяйства, жилого дома и др.).

Раньше от других были созданы человеком сельскохозяйственные экосистемы с целью обеспечения ее потребностей в продуктах питания. Агроценоз (грец. "агрос" - полет и "ценоз" - общий) - это ценоз, который образуется и поддерживается человеком благодаря разработанной ею системе агротехнических и агрохимических мероприятий. Они характеризуются видовой бедностью и однообразием, которое обусловливает слабую стойкость агроценоза, увеличения количества вредителей и сорняков. Без постоянного вмешательства человека они разрушаются и исчезают.

Агроценоз характеризуется высокой производительностью одного или нескольких видов растений и животных и поставляет человечеству к 90% продуктам питания.

Цепи питания, экологические пирамиды.

В природе все виды живых организмов связаны друг с другом. Для функционирования экосистем необходимая энергия, источником которой является энергия Солнца. Организмы достают энергию за счет питания другими существами. Вследствие этого в природе возникают цепи питания. Цепи питания - ряды взаимоувязанных видов, в которых каждый предыдущий является объектом питания следующего. Когда животное съедает растение, то большая часть энергии, что содержитесь в еде, тратится на разные процессы жизнедеятельности, превращается в тепло и рассеивается.

Приблизительно 10% энергии, которая содержится в еде переходит в нововыстроенное вещество тела животных. Эта закономерность известна как правило 10 процентов. Например, трофическая (пищевой) цепь водной системы может быть представлена так: фитопланктон (микроскопические водоросли) - зоопланктон - молодежь рыб - взрослые хищные рыбы (окунь) Соответственно, для получения 1 кг окуней должно быть потрачено приблизительно 10 кг молодежи рыб,

100 кг зоопланктона или 1000 кг фитопланктона. Тому, из этого можно сделать важный практический вывод - экономически более выгодно использовать хозяйственный ценные виды, которые имеют короткие трофические цепи. Различают два типа цепей питания :

- цепь выедания (пастбищный, начинается с продуцентов);

- цепь разложения (детритний, начинается с мертвого органического вещества).

Количество звеньев цепи питания в экосистеме, как правило, не превышает 4-6 и ограничивается правилом экологической пирамиды, согласно которому общая биомасса каждого следующего звена в цепи питания уменьшается. В последнее время считают, что лучше употреблять срок трофическая сеть, а не цепь, поскольку в состав еды каждого типу входит несколько видов. Каждый из этих видов, в свою очередь, может быть питанием для нескольких других видов.

Цепь питания можно представить в виде пирамиды чисел, фундамент которой представляют многочисленные виды растений, следующие уровни образуют растениеядные и плотоядные животные, численность которых быстро уменьшается в направлении вершины, которую занимают немногочисленные большие хищники. В соответствии с тем, что именно характеризуют пирамиды, они разделяются на три типа:

- пирамида чисел показывает численность отдельных видов;

- пирамида биомассы характеризует общий сухой вес или другую меру общего количества живого вещества;

- пирамида энергии показывает величину потоку энергии или производительность на каждом трофическом уровне.

Пирамиды чисел и биомассы могут быть обратными, то есть основа может быть меньше, чем один или несколько верхних этажей. Так бывает, когда средние размеры продуцентов меньше, чем размеры консументов. Напротив, экологическая энергетическая пирамида всегда сужается кверху при условии, что будут учтены все источники углеводородов энергии питания в системе.

В трофических цепях все вещества последовательно переходят от одного вида организмов к другому. Однако если биогенные вещества активно усваиваются и участвуют в биологическом круговороте, то ксенобиотики - вещества, синтезированные человеком, накапливаются при переходе от одного вида трофической цепи к другому. Поскольку величина биомассы в экологических пирамидах закономерно уменьшается приблизительно в 10 раз при переходе на новый трофический уровень, концентрация ксенобиотиков на единицу биомассы увеличивается.

Да, если концентрация пестицида ДДТ в теле водяных насекомых представляла 0,04 г на один килограмм биомассы, то у растениеядных рыб она равнялась 10, у хищных рыб достигала 50 и в птиц, которые питались рыбой, - до 75 г на один килограмм биомассы. Следовательно, на протяжении четырех звеньев трофической цепи концентрация ДДТ выросла в 1875 раз. Аналогично концентрируются и другие ксенобиотики.

Концентрирование веществ в трофических цепях следует учитывать в случае загрязнения биосферы ксенобиотиками, потому что при потреблении в еду животных и птиц концентрации этих вредных веществ могут быть значительными. Трофические цепи выполняют также и барьерную функцию, которая способствует самоочистке благодаря концентрированию веществ и выведению их из биологического круговорота.

Количество и интенсивность увеличения биомассы характеризуют биологическую производительность вида, группировки или экосистемы. Биопроизводительностью называют скорость продуцирования биомассы на определенной площади за единицу времени. Она может быть первичной (производительность продуцентов) и вторичной (биомасса, созданная консументами и организмами, которые раскладываются). Первичная производительность материков представляет близко

53 млрд. т. органического вещества, Мирового океана - до 30 млрд. т. На суше основным источником первичной биомассы являются тропические леса, леса Полесья и Сибири, в океане - зоны глубинных вод около материков в тропиках, которые обогащены фосфором и азотом, а также материковые мели холодных моров.

Вся биомасса планеты способна приготовить не более как 7 - 10 млрд. человек по одним данным и не больше как 12 млрд. человек за другими. Уже в настоящее время ежегодной биомассы, которую собирает человечество, недостаточно для питания населения Земли. Поэтому необходимо решить проблему регулирования численности населения Земли, повышения производительности биосферы и ее охраны от усиленного антропогенного давления.

Понятие о сукцессии.

Экосистема (биогеоценоз) может нормально функционировать лишь при более или менее стабильных условиях окружающей среды, что необходимо для осуществления круговорота веществ. Биогеоценоз способен к поддержанию гомеостаза, однако у них могут происходить последовательные изменения. Сукцессия - процесс изменения экосистемы за счет вытеснения одних видов другими в результате изменения внешних условий среды. Отдельные виды по-разному реагируют на изменение условий:

- снижают численность или погибают;

- улучшают условия для других видов и их популяция растет (свалки мусора на околицах населенных пунктов предопределяют заселение их сорняками, которые любят пышную и плодородную почву);

- появляются новые виды в экосистеме.

Сукцессии при участии растений бывают первичными и вторичными. Первичные сукцессии - это появление и развитие растительных группировок в местах, где растительности раньше не было (зарастание прудов и превращение их на болото, а потом на суходольную экосистему). Вторичные сукцессии - это возобновление естественной растительности после определенных нарушений (пожаров, вырубки леса ). Процесс сукцессии длится пока экосистема не достигнет значительного видового разнообразия.

Закономерности сукцессии:

- процесс сукцессии происходит в одном направлении;

- растет видовое многообразие организмов;

- сукцессии способствуют формированию зрелых экосистем со значительным видовым многообразием, развитыми механизмами саморегуляции и способностью к самовоспроизведению.

Чаще всего причинами сукцессии являются:

1) влияние жизнедеятельности организмов;

2) антропогенное влияние (осушение болот, чрезмерная нагрузка на леса, распахивания земель, загрязнения водоемов).

Антропогенные действия часто приводят к упрощению экосистем. Такие явления называют дигрессиями. Следовательно, сукцессии могут быть прогрессивными, то есть такими, которые ведут экосистему к стойкому состоянию развитой, зрелой системы, и регрессивными, что ведут экосистему путем упрощения и распада. Каждая экосистема имеет определенное постоянство и может противостоять неблагоприятным влияниям, но такой запас прочности не безграничен. К сожалению, это не всегда учитывается, хотя в течение истории человечества примеров разрушения экосистем было более чем достаточно.