Структура и свойства экосистемы

Как известно, живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии, образуя экосистемы.

Экосистема – это совокупность всех живых организмов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

Экосистема основная функциональная единица в экологии, поскольку в неё входят и организмы и неживая среда - компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той её форме, которая существует на Земле.

В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп (гр. topos - место) – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – биоценоз (гр. koinos – общий) - совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп (рис.3.1). Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества.

Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз (биотоп+биоценоз).

Биогеоценоз – участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферы остаются однородными и имеют одинаковый характер взаимодействия между ними.

Признаки экосистем:

1) независимость от внешних источников вещества и энергии, но не от солнечного света. Энергия – это способность совершать работу.

2) способность обеспечивать круговорот вещества.

Примеры экосистем: лес, озеро, отдельно стоящий дуб. Биосфера – самая крупная экосистема.

Иногда экологическую систему называют биогеоценозом, но эти два понятия не являются синонимами.

Экологическая система – любая совокупность организмов и окружающей их среды. (горшок с цветком, пилотируемый космический корабль, террариум).

Биогеоценозы – это природные образования. Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экологическая система – биогеоценоз.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между двумя смежными экосистемами называется экотоном. Экотон включает в себя представителей обеих смежных экосистем, а также нередко виды живых организмов, которые не встречаются в данных экосистемах, в результате экотон обладает большим разнообразием организмов, чем близлежащие территории.

Рис. 3.1 Структура экосистемы

Все живые организмы по типу питания делятся на две большие группы – автотрофы и гетеротрофы. Функционально биотические компоненты можно разделить на три группы.

Первая группа организмов – продуценты (лат. producens – создающий, производящий) или автотрофные организмы (от лат. auto -сам, troрhe -пища), т.е. «сами являющийся пищей»

Продуценты или автотрофы - это такие организмы, которые в качестве питательного материала используют простые неорганические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфаты и др. В качестве энергетического материала продуценты используют либо солнечный свет, либо энергию химических реакций. Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - в основном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все фотосинтезирующие организмы: зеленые растения и некоторые бактерии. В процессе жизнедеятельности они синтезируют на свету органические вещества -углеводы, или сахара (СН₂О)_n, которыми питаются животные:

n СО₂ + n Н₂O = (СН₂О)_n + O₂

Фотосинтез (гр .photos – свет, synthesis – соединение, составление) – синтез клетками растений, водорослей и некоторых бактерий органических веществ из неорганических (CO₂, H₂O, NH₃, PO₄^3-) при участии энергии солнечного света. В качестве побочного продукта выделяется кислород.

6CO₂ + 6H₂O + солнечная энергия = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

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

2NH₃ + 3О₂ = 2HNO₂ + 2Н₂О + Q.

2HNO₂ + О₂ = 2HNO₃+ Q

Химическая энергия (Q), выделенная при этих реакциях, используется бактериями для синтеза органических веществ.

Главная роль в создании органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосинтезирующими организмами на Земле создается около 150 млрд. т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая группа организмов – консументы (лат. consume - потреблять), или гетеротрофные организмы (гр. heteros - другой, trophe - пища), т.е. «питающиеся другими».

Консументы или гетеротрофы используют в качестве источника и энергии, и питательного материала готовое органическое вещество. Консументы осуществляют процесс разложения органических веществ. Их делят на фаготрофов (rp. phagos - пожирающий) и сапротрофов (гр. 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. К этой группе относятся как мелкие организмы (муравьи, черви и др.), так и крупные животные (гиены, шакалы, вороны и др.).

В зависимости от источников питания фаготрофы подразделяются на три основных класса:

- фитофаги (растительноядные) – консументы первого порядка, питающиеся исключительно растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву. Олени и зайцы питаются ветками и листьями. Кузнечики потребляют все части растений.

- хищники (плотоядные) – консументы второго порядка, которые питаются иключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы третьего порядка, питающиеся только плотоядными животными. Например, пауки и птицы, которые едят хищных насекомых, и тунец, который питается сельдью – вторичные консументы. Ястреб и сокол, которые охотятся на змей и горностаев, а также акула, питающаяся другими рыбами – третичные консументы.

- эврифаги (всеядные) – могут поедать как растительную, так и животную пищу. Например, свиньи, крысы, лисы, тараканы и человек.

Третья группа организмов - редуценты (лат. reductio - восстановление), или деструкторы (лат. destructio - разрушение).

Редуценты или деструкторы - это консументы, участвующие в последней стадии разрушения, т.е. в минерализации органических веществ, которые они восстанавливают до неорганических соединений (СО₂, Н₂О и др.). Редуценты очищают природную среду от отходов, они возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. Таким образом жизненный цикл возобновляется.

К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы. Их выделяют в отдельную группу потому, что роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без них в биосфере накапливались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические (пищевые) взаимодействия. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганическую форму. Таким образом образуется цепь последовательной передачи вещества от одних организмов к другим, которая называется трофической цепью.