Состав и структура экосистемы

Экосистема является основным объектом изучения экологии, она образованы живыми организмами и факторами неживой (абиотической) среды, которые связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.

Экосистема – совокупность в определенном пространстве живых организмов и среды их обитания, связанных информационными и вещественно-энергетическими взаимодействиями.

В экологию термин «экосистема» был введен английским ботаником А. Тенсли в 1935 году [1]. К экосистемам относят как искусственные простые комплексы (аквариум, космический корабль, горшок с цветком), так и естественные сложные комплексы (лес, озеро). Живые и неживые компоненты этих комплексов оказывают взаимное влияние друг на друга, за счет чего осуществляется поддержание жизни на Земле.

Экосистемы можно разделить на две большие группы: водные и наземные.

Абиотический компонент наземной экосистемы называется биотопом или экотопом (гр. topos - место) и включает в себя всю совокупность условий неживой природы (ландшафт, почвенные и климатические условия).

Биотический компонент наземной экосистемы называется биоценозом и представляет собой множество всех живых организмов, обитающих в данном экотопе. (рис.3.1).

Поскольку абиотические и биотические компоненты в рамках экосистемы неразрывно связаны друг с другом биоценоз невозможно изучать в отрыве от биотопа, поэтому используют понятие – биогеоценоз (биотоп+биоценоз).

Рис. 3.1 Структура экосистемы [1]

Биогеоценозом является совокупность биотических и абиотических компонентов в рамках определенного участка земной поверхности. Термин «биогеоценоз» был введен В.Н. Сукачевым в 1942 г. [2]. В отличие от экосистемы к биогеоценозу относятся лишь природные образования (луг, лес и т.п.), поэтому эти два термина не являются синонимами. Понятие экосистемы более широкое, поскольку подразумевает любую совокупность организмов и абиотических факторов среды обитания, т.е. относится как к природным, так и искусственным комплексам.

Экосистема не зависит от внешних источников веществ и энергии, кроме энергии солнечного света, в рамках экосистемы осуществляется круговорот веществ. Биосфера нашей планеты является самой крупной экосистемой.

В не зависимости от размеров экосистемы обычно не имеют четких границ, между ними существует переходная зона, называемая экотоном.

В экотоне обитают представители обеих смежных экосистем, а так же могут встречаться виды живых организмов, не относящихся к данным экосистемам, поэтому экотон характеризуется большим разнообразием организмов.

По типу питания все живые организмы можно разделить на две большие группы – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы способны самостоятельно производить органическое вещество своего тела из неорганических (от лат. auto -сам, troрhe -пища, т.е. «сами являющийся пищей»).

Гетеротрофы потребляют готовое органическое вещество, посредством питания другими организмами или продуктами их жизнедеятельности (гр. heteros - другой, trophe - пища, т.е. «питающиеся другими»).

В зависимости от источников питания биотические компоненты можно разделить на три группы.

Первая группа организмов – продуценты (лат. producens – создающий, производящий). Продуценты по типу питания являются автотрофами, они выполняют функцию образования нового органического вещества в экосистеме. В качестве источников питания эти организмы используют простые неорганические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфаты и др.). Источниками энергии для таких организмов являются либо солнечный свет, либо энергия химических реакций. На основании используемого источника энергии можно выделить фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы осуществляют процесс фотосинтеза за счет энергии солнечного света, питательными веществами для них в основном являются углекислый газ и вода. Фотоавтотрофами являются зеленые растения и некоторые бактерии.

В ходе процесса фотосинтеза образуются углеводы и сахара (СН₂О)_n, являющиеся продуктами питания гетеротрофных организмов.

n СО₂ + n Н₂O = (СН₂О)_n + O₂

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

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

Хемоавтотрофы используют энергию, образующуюся 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.

Зеленые растения играют главную роль в синтезе органических веществ. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика. Фотосинтезирующими организмами на Земле ежегодно производится около 150 млрд. т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Ко второй группе организмов относятся консументы (лат. consume - потреблять), являющиеся гетеротрофными организмами.

Консументы потребляют готовое органическое вещество в процессе питания и осуществляют процесс разложения органических веществ. Их делят на фаготрофов (rp. phagos - пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros - гнилой).

К Фаготрофам относятся в основном крупные животные (макроконсументы), питающиеся непосредственно растительными или животными организмами.

К Сапротрофам относятся как мелкие организмы (муравьи, черви и др.), так и крупные животные (гиены, шакалы, вороны и др.), использующие для питания органические вещества мертвых остатков.

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

- фитофаги (растительноядные) являются консументами первого порядка, питающиеся исключительно растениями. Например, птицы питающиеся семенами, травоядные животные.

- хищники (плотоядные) – консументы второго порядка, питающиеся только растительноядными животными (фитофагами), а также консументы третьего порядка, питающиеся исключительно плотоядными животными. Например, птицы, питающиеся хищными насекомыми, тунец, питающийся сельдью являются вторичными консументами. Ястреб и сокол, которые охотятся на змей и горностаев, а также акула, питающаяся другими рыбами – третичные консументы.

- эврифаги (всеядные) употребляют в пищу как растительную, так и животную пищу (свиньи, крысы, лисы, человек).

Третьей группой организмов являются редуценты (лат. reductio - восстановление), или деструкторы (лат. destructio - разрушение).

Редуценты участвуют в последней стадии разрушения (минерализации) органических веществ, которые они преобразуют в неорганические соединения (СО₂, Н₂О и др.). Таким образом, редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов.

Редуцентами являются в основном микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы.

Редуценты играют существенную роль в круговороте веществ. Обеспечивая переработку органических остатков и предотвращая их накопление в биосфере, редуценты восстанавливают запасы минеральных веществ, необходимые продуцентам.

В каждом биоценозе облик определяется одним или несколькими видами. Например, в лесу может сосуществовать несколько десятков видов растений, но только один или два вида дают 90% древесины. Такие виды называют доминирующими. Те виды, которые живут за счет доминирующих видов являются предоминантами (например, насекомые, обитающие на сосне).

Некоторые виды осуществляют средообразующую функцию и являются эдификаторами (от лат. эдификатор - строитель). В качестве примера можно привести таежные еловые леса, где под пологом ели создается особый микроклимат (затененность, повышенная влажность воздуха), обеспечивающий существование специфических видов животных и растений.

Поскольку все виды в биоценозе связаны с доминирующими видами и эдификаторами, формируются своеобразные структурные единицы – консорции.

Консорция (от лат. консорциум –сотоварищество) представляет собой совокупность популяций организмов, жизнедеятельность которых в пределах одного биоценоза связана с центральным видом – автотрофным растением.

Центральным видом, как правило, является эдификатор, который определяет особенности биоценоза. Популяции остальных видов консорции образуют ее ядро. В качестве примера консорции можно привести растение со всеми организмами, которые связаны с ним (паразиты, вредители и др.).

Распределение организмов в биогеоценозе имеет ярусный характер. Ярусность обусловлена вертикальным расслоением биоценоза на разновысокие структурные части. Ярусность наиболее четко выражена в растительных сообществах. Органы питания растений располагаются на разной глубине (или высоте), благодаря чему могут свободно сосуществовать. За счет ярусного строения биогеоценоза обеспечивается увеличение плотности популяции, ослабление конкуренции между видами, более полному и разнообразному использованию условий среды.

В лесу выделяют шесть ярусов:

1. Ель, сосна, осина, береза (деревья первой величины)

2. рябина, черемуха (деревья второй величины)

3. шиповник, лещина (кустарники)

4. багульник, иван-чай (подлесок из высоких кустарничков и крупных трав)

5. клюква, кисличка (низкие кустарнички и мелкие травы)

6. напочвенные лишайники, мхи.

Разнообразие организмов по видам и формам питания создает сложные трофические (пищевые) взаимодействия. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганическую форму, создавая цепь последовательной передачи вещества от одних организмов к другим, которая называется трофической цепь.

Дата добавления: 2014-10-31