Екосистеми

Закономірності впливу факторів на організми.

Класифікація екологічних факторів.

Трофічні ланцюги.

Взаємодії в екологічних системах.

Екосистема та її складові.

ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ

ОСНОВНІ ЕКОЛОГІЧНІ ПОНЯТТЯ І ТЕРМІНИ.

ОБ’ЄКТ ВИВЧЕННЯ ЕКОЛОГІЇ.

Повітря і вода, рослинність і ґрунти, звірі і птахи та інші живі організми утворюють взаємопов’язану і взаємозумовлену систему, яка підтримує все живе і яка складається з малих систем, рівновага в яких дуже легко порушується. Молекули, об’єднуючись, утворюють клітини, клітини утворюють тканини і органи, з яких складається багатоклітинний організм, а організми, в свою чергу утворюють системи: види, популяції, біоценози, біогеоценози. На всіх рівнях життя спостерігається певна впорядкованість, обмін речовин, енергії, завдяки чому встановлюється єдність живих організмів з середовищем. Така єдність живої та неживої природи утворює екосистему. Будь-яка екосистема розміщена в просторі, хоча не має чітких меж.

Отже, екосистема – це єдиний природний комплекс, утворений за довгий період, живими організмами і середовищем в якому вони існують та перебувають в постійному взаємозв’язку в результаті кругообігу речовин та енергії.

Це безрозмірні стійкі системи живих і неживих компонентів, у яких відбуваються внутрішній і зовнішній кругообіги речовин і енергії. Отже, екосистеми – це і поле, і ліс, і космічний корабель, і біосфера в цілому. Екосистема зберігає свою стабільність завдяки складній мережі взаємозв’язків між її елементами і складається з біоценозу та біотопу.

Сукупність рослин, тварин, мікроорганізмів, що населяє певну територію і характеризується певними взаємозв’язками її членів називається біоценозом.

Біотоп – це ділянка землі з більш-менш однотиповими умовами існування, які включають не тільки неорганічні речовини (воду, грунт, мінеральні солі), а й фізико-хімічні фактор и (температуру, освітлення, хімічний склад). Іншими словами – це однорідний простір зайнятий біоценозом.

Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетичний обмін. Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній дрібною рибою, що є здобиччю великих риб, які в свою чергу споживаються людиною.

Екосистеми можуть бути різних розмірів і складності.

За природними ознаками вони бувають:

- наземні (біоми) – тундра, тайга, ліси, степи;

- прісноводні –ріки, озера, ставки та ін.;

- морські – відкритий океан, глибоководні рифові зони, прибережні води шельфу.

Наземні	Прісноводні	Морські
Тундра	Ріки	Відкритий океан
Тайга	Озера	Естуарії
Ліси	Ставки	Глибоководні рифові зони
Степи	Водосховища	Прибережні води шельфу
Пустелі	Болота

За масштабами екосистеми поділяються на:

мікроекосистеми – це невеликі тимчасові біоценози, які перебувають в обмеженому просторі (трухляві пні, мурашники);

мезоекосистеми – це системи в яких біоценози займають однотипні ділянки земної поверхні з однаковими фізико-географічними умовами (ділянка лісу, озера);

макроекосистеми – це системи, які охоплюють великі території чи акваторії, що визначаються характерними для них мікрокліматами і відповідають цілим природним зонам (екосистеми тундри, пустелі, океану і т. д.).

В кожній екосистемі є два основних компоненти: організми, з однієї сторони і фактори неживої природи – з іншої. Сукупність живих організмів називають біотою екосистеми, а неживі фактори навколишнього середовища – абіотичними.

Екосистема може включати кілька біогеоценозів. Екосистема не має чітко окреслених границь. Вивчення природних явищ навпаки показує, що більшість із них чітко окреслені територіально. Це привело до введення в екологію ще одного поняття – біогеоценозу. Це історично сформований взаємозумовлений комплекс живих (біотичних) і неживих (абіотичних) компонентів певної ділянки земної поверхні, пов’язаних між собою певним типом обміну речовин і енергії, що знаходиться в постійному розвитку і русі. Біогеоценоз – це окремий випадок, один із видів екосистеми, який має чітку територіальну прив’язаність.

БІОГЕОЦЕНОЗ

БІОТОП

АТМОСФЕРА ГРУНТ

БІОЦЕНОЗ

РОСЛИННІСТЬ ТВАРИННИЙ СВІТ

МІКРООРГАНІЗМИ

Схема будови біогеоценозу

Людина прямо чи опосередковано впливає на зв’язки і може істотно порушувати їх. Антропогенна діяльність людини завжди спрямована на біогеоценози. Вона не просто вирубує ліс, а знищує біогеоценоз, не викидає відходи виробництва в навколишнє середовище, а порушує зв’язки в біогеоценозах. Процеси поступової зміни біоценозів, що відбуваються під впливом різних факторів називаються сукцесіями.

Для прикладу: озеро наповнюється мулом і поступово перетворюється з глибокого в мілке, потім – в болото, після чого в зелений луг на якому з часом виростуть кущі та дерева. У всіх випадках сукцесій відбувається заміна одного тимчасового біоценозу іншим в результаті послідовної зміни зовнішніх умов в яких перебувають організми. Як правило, для сукцесій характерні позитивні процеси: покращується грунт, збільшується рослинний покрив, збільшується видовий склад біоценозів.

Між неорганічним середовищем екосистеми та угрупованнями організмів у ній існують тісні матеріально-ресурсні зв’язки та взаємодії. Завдяки цим взаємодіям організми отримують необхідні для них елементи живлення, воду та енергію і виділяють середовище органічні сполуки, що надходять в середовище як за життя організмів так і після їх відмирання. Отже, угруповання організмів утворюють разом з неорганічним середовищем певну систему, в якій потік енергії та речовин замикається в кругообіг. Крім цих зв’язків, між організмами в екосистемі існують постійні живильні взаємозв’язки, на основі яких формуються ланцюги живлення.

Ланцюг живлення – це перенесення енергії в процесі харчування від джерела через ряд організмів до інших організмів, шляхом поїдання одних іншими.

Джерелом енергії для всіх організмів є Сонце, тому першою ланкою будь-якого ланцюга живлення є рослини, які перетворюють у процесі фотосинтезу світлову енергію на хімічну і утворюють органічну речовину. Рослинами живляться рослиноїдні тварини, якими в свою чергу живляться дрібні хижаки, що стають здобиччю більших хижаків. Характерною ознакою такого трофічного ланцюга є те, що із зростанням його рівня збільшується розмір тварин і зменшується їх кількість. У трофічних ланцюгах паразитів, навпаки, зміни відбуваються від більших за розміром і менш численних організмів до менших за розміром і більш численних.

Ланцюги живлення поділяються на два типи:

- ланцюг пасовищ (від рослин до травоїдних тварин потім – хижаків, що харчуються травоїдними тваринами);

- детритний ланцюг (детрит – дощові черв’яки – хижі птахи). Детрит – це мілкі органічні часточки, залишки розкладу тварин та рослин разом з бактеріями, що в них знаходяться.

У біоценозі може бути кілька паралельних ланцюгів живлення, між якими існують зв’язки. Складна система трофічних ланцюгів забезпечує цілісність і динамічність біоценозу. Продуктивність екологічних систем і співвідношення в них різних трофічних рівнів зображують у вигляді піраміди. Розрізняють три основні типи екологічних пірамід:

- піраміда чисел – відображає чисельність окремих організмів;

- піраміда біомаси – характеризує загальну суху масу або її енергетичну цінність;

- піраміда енергії – показує величину потоку енергії.

Порушення трофічних зв’язків може бути трагічним для природи. Внаслідок нерозумного втручання у взаємозв’язки природи, можуть відбуватися різні екологічні порушення. Прикладом може служити знищення в мисливських господарствах Скандинавії хижих птахів, що привело спочатку до спалаху в розмноженні, а потім до масової загибелі інших видів птахів внаслідок епідемії кокцидіозу.

Це цікаво!

На острові Калімантан, для боротьби із збудником малярії, знищували пестицидом ДДТ москітів, який потрапив на тарганів, що не гинули, а ставали отруйними для ящірок. Оскільки ДДТ має нервово-паралітичну дію, то ящірки поїдаючи тарганів ставали менш рухливими і були легкою здобиччю для котів. До ДДТ коти дуже чутливі, через що гинули. Внаслідок цього лісові пацюки (носії збудника малярії) почали швидко розмножуватися в місцях, де не було котів. Коли завезли нових кішок, вони, крім пацюків, почали поїдати ящірок, причому настільки ефективно, що це привело до масового зростання кількості гусениць, якими живляться ящірки. Гусениці, в свою чергу, з’їдали солому на дахах будинків.

Нині на землі існує понад 2 млн. видів живих організмів. Усі вони пристосовані до життя в різних умовах середовища, з яким так чи інакше взаємодіють. Середовище складається з багатьох елементів, умов, явищ, тобто факторів, вплив яких на живі організми вивчає екологія. Отже, екологічний фактор – це будь-яка умова середовища, що прямо чи опосередковано впливає на організми протягом хоча б однієї з фаз їх розвитку і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами пристосування наступає смерть).

Екологічні фактори за характером походження класифікуються на:

- абіотичні – зумовлюються дією неживої природи і поділяються на:

кліматичні (світло, тепло, волога, тиск);

ґрунтові (механічний склад, вологість, повітропроникність, щільність);

хімічні (газовий склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів).

- біотичні – зумовлені дією одних організмів на інші, включаючи всі взаємовідносини між ними, які бувають:

фітогенні (рослинні організми);

зоогенні (тварини);

мікрогенні (віруси, бактерії);

- антропогенні – вплив на живу природу життєдіяльності людини.

Усі екологічні фактори мінливі, тому організми змушені весь час пристосовуватись до них. Специфічні пристосувальні механізми і реакції живих істот на зміни екологічних факторів називаються адаптаціями. Здатність до адаптації – одна з властивостей життя, що забезпечує саму можливість його існування.

Пристосувальні реакції організмів залежать від періодичності впливу на них екологічних факторів і за цією ознакою вони бувають:

- первинні періодичні – це явища пов’язані з обертанням Землі (зміна пори року, добова зміна освітлення). Цим факторам властива періодичність, вони були ще до виникнення життя на Землі. Організми, що виникали, змушені були адаптуватися до них.

- вторинні періодичні є наслідком первинних (вологість, температура, опади).

- неперіодичні фактори (нециклічні) – це різні стихійні явища а також антропогенні фактори, так як вони виявляються раптово і нерегулярно. Коли рівень їх впливів виходить за межі пристосувальних можливостей організмів змінюються багато абіотичних і біотичних факторів.

Один і той самий фактор по різному впливає на організми, що співіснують разом. Наприклад сильний вітер може завдати шкоди великим деревам, особливо тим, що ростуть на відкритій місцевості, і не вплинути на рослинність.

Більшість екологічних факторів змінні в просторі і часі (температура, світло, опади, вітер). Відносно стійкими протягом тривалого періоду є сила гравітації, сольовий склад океану, властивості атмосфери.

Екологічні фактори можуть впливати на організми як подразники, зумовлюючи пристосувальні зміни функцій організму; як обмежувачі, унеможливлюючи існування за даних умов; як сигнали про зміни інших факторів.

У впливі факторів на організми існують певні закономірності, зокрема:

1. Закон оптимуму твердить, що кожен екологічний фактор впливає на живі організми позитивно чи негативно залежно від сили прояву його дії. Сприятливу силу впливу фактора, тобто таку, що забезпечує найкращі умови життєдіяльності особин, називають зоною оптимуму екологічного фактора. Будь-які відхилення від оптимуму негативно позначаються на розвитку організмів. Чим сильніше відхилення від оптимуму, тим більше проявляється пригноблююча дія чинника на організм. Мінімальні та максимальні відхилення є критичними, тобто за їх межами життя неможливе, отже наступає смерть. Межі між критичними точками називаються екологічною валентністю. (Рис.1)

2. Взаємодія факторів, суть якої полягає в тому, що зона оптимуму і критичні межі витривалості живих істот можуть змінюватися залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють одночасно інші фактори. Наприклад, сильний мороз легше витримувати в безвітряну погоду, або при низькій вологості повітря. Взаємодія факторів виявляється також в їх частковій взаємозамінності (але не в безмежній). Наприклад, в’яненню рослин можна запобігти збільшенням вологості ґрунту та зниженням температури повітря. Ця закономірність є важливою у сільськогосподарському виробництві, тому що дає змогу створити оптимальні умови для життєдіяльності культурних рослин та свійських тварин.

3. Обмежувальний фактор. Якщо хоч один з екологічних факторів наближається до критичної межі або перевищує її, то, незважаючи на оптимальну дію інших умов середовища, організму загрожує загибель, а цей фактор стає для нього обмежувальним. Лімітуючими можуть бути, як абіотичні (нестача тепла, вологи або їх надлишок), так і біотичні фактори (зайнятість території сильнішим конкурентом).

Для нормального існування організмів їм потрібен комплекс факторів в певних межах витривалості (толерантності) при якому особини можуть виживати, рости, розмножуватись, тобто підтримувати свою чисельність.

Сукупність всіх факторів (умов) і ресурсів (поживи) середовища, в межах якої може існувати вид в природі, називається екологічною нішею.

Серед абіотичних факторів особливе місце займає група кліматичних до яких належать: температура, світло, вологість.

Температура один з найважливіших кліматичних факторів. Від неї залежать усі життєво необхідні процеси, що відбуваються в організмі: обмін речовин (метаболізм), ріст, розвиток. На земній поверхні температура мінлива і залежить від географічної широти, висоти місцевості над рівнем моря, пори року, сезону, часу доби. Життя і розмноження кожного виду живих організмів можливе лише в певних межах температури: мінімальна – оптимальна – максимальна. Різка зміна критичних значень температури може спричинити сповільнення або прискорення фізіологічних процесів, загибель організму.

Згідно із законом Вант-Гоффа, з кожним підвищенням температури на 10ْ С швидкість більшості хімічних реакцій в організмі збільшується у 2-3 рази. Для більшості видів організмів температурний інтервал становить від 0ْ до 50ْ С. Та є такі організми, які існують при температурі, що виходить далеко за ці межі (бактерії гарячих джерел витримують температуру до 88-100ْ С, синьо-зелені водорості –80ْ С).

Це цікаво! Тривалість життя людини в країнах з теплим кліматом нижча ніж в холодних країнах. Наукові це пояснюють впливом підвищеної температури на прискорення протікання процесів метаболізму в організмі, що спричиняє швидше старіння організму.

Температура всіх мікроорганізмів, рослин, більшості тварин (крім ссавців і птахів) залежить від температури зовнішнього середовища. Тому вони називаються пойкілотермними, або холоднокровними. Ссавці і птахи мають здатність підтримувати відносно сталу температуру тіла незалежно від температури середовища. Через це їх називають гомойотермними, або теплокровними. Обидва типи організмів здатні регулювати температуру свого тіла. Така їх захисна реакція називається терморегуляцією.

Це цікаво! В Каліфорнії в гарячих джерелах живе рибка, яка не гине при +52 ْ С. Холодостійкість дорослого метелика капусниці, кропив’янки коливається від -8 ْ С до - 20 ْ С. Коловертки, після висихання калюж, де вони живуть, здатні витримувати охолодження до -60 ْ С, і за нормальних умов оживати.

Температура тіла окремої бджоли така сама, як і навколишнього середовища, бджолина сім’я у вулику виділяє стільки тепла, щоб у ньому встановилася температура +34-35 ْ С, що необхідно для розвитку личинок.

За температурним режимом виділяють чотири пояси:

- Тропічний – середня температура не нижча +15-20ْ С і не опускається нижче 0 ْС. Вегетація рослин продовжується весь рік.

- Субтропічний – середня температура + 4ْ С. Зниження до 0ْ С спостерігається рідко.

- Помірний – добре виражена сезонна зміна пір року, зимою випадає сніг, восени та весною характерні приморозки.

- Холодний – прилягає до Південного та Північного полюсів. Характерні температури нижче 0ْ С.

Світло є важливим екологічним фактором, інтенсивність якого змінюється за сезонами року і протягом доби. Основним його джерелом є сонячна радіація. Із загального потоку, який досягає поверхні землі, видиме світло становить 45%, інфрачервоне випромінювання – 45% і ультрафіолетове – 8-10%.

Видиме світло є важливим для зелених рослин – вони використовують його для фотосинтезу. Світло необхідне і для тварин. Без нього вони не можуть орієнтуватися в просторі за допомогою органів зору.

Інфрачервоне випромінювання –джерело теплової енергії. Воно поглинається тканинами організмів і зумовлює їх нагрівання, від чого залежить інтенсивність фізіологічних процесів.

Ультрафіолетове випромінювання (290-380 нм) може бути короткохвильовим та довгохвильовим. Землі досягає друге, а перше згубно діє на все живе і майже повністю затримується озоновим шаром. Невеликі дози довгохвильового випромінювання необхідні для багатьох видів організмів, так як воно має бактерицидну дію, сприяє синтезу вітаміну Д в організмі.

Це цікаво! Квітки рослин по різному реагують на сонячне світло: одні розкриваються до світанку, інші – навпаки, з настанням сутінок. З використанням цієї властивості квіток у місті Упсала (Швеція) у ХVІІІ ст. було створено квітковий годинник, який починав показувати час з 3-5 години ранку і закінчував о 24-й годині ночі.

Вода – найпоширеніша на Землі речовина (займає 71% суші) і є основним компонентом клітин, розчинником, транспортним засобом для перенесення поживних речовин. За її участю відбуваються біохімічні реакції в організмах. Існує вода в трьох агрегатних станах – рідкому, твердому та газоподібному.

Оскільки вода є середовищем існування для багатьох організмів, для них мають значення такі її властивості, як густина, вміст розчинених у ній кисню і вуглекислого газу, прозорість, швидкість течії, кислотність, насиченість її солями.

Вода має високу теплоємність, тому є важливим терморегулятором: влітку водойми поглинають теплоту, а взимку віддають її в середовище. Теплоти, яка виділяється при охолодженні 1м ³ води на 1 ْ С, достатньо для того, щоб на 1 ْ С нагрілося 3000 м ³ повітря. У місцевостях, де є великі водойми, не буває різких коливань температури взимку і влітку, вдень і вночі.

Вода не тільки здійснює безпосередній фізіологічний вплив на ріст і розвиток рослин а й видозмінює такі важливі екологічні фактори, як температура, аерація грунту, засвоєння елементів живлення.

Це цікаво! Затяжні дощі негативно впливають на рослини. Стікаючи по листках, дощова вода вимиває з них вуглеводи, кислоти, поживні сполуки. Дощ, що іде протягом двох діб, вимиває з листя більше половини калію. Погожої сухої осені в листках рослин в результаті фотосинтезу нагромаджуються цукри. Коли стає холодніше, з них утворюються антоціани – червоні, фіалкові, пурпурно-золотаві пігменти, які забарвлюють листя. В дощову осінь цукри вилучаються з листя, антоціанів у ньому майже немає, тому воно стає бляклим.

Біотичні фактори створюються сукупністю організмів у результаті їх взаємодії. Кожен організм відчуває на собі вплив інших живих істот, сам впливає на них, вступає у взаємозв’язки з представниками свого або інших видів.

Суть біотичних взаємозв’язків яскраво змалював у своєму вірші „Храм природи” Еразм Дарвін, дідусь Ч. Дарвіна:

…Тут хижий вовк, заради вовченят

Тримає у страху серця невинних стад;

Орел, шугаючи із піднебес стрілою,

Погрожує голубці смертю злою;

Голубка ж, мов вівця, з благоговінням

З’їда ростки і скльовує насіння.

Сові, полюючи у темні ночі,

Плювать на солов’я талант співочий.

Тому ж не жаль нічного світляка,

Його й вогненне сяйво не ляка;

Світляк, осяявши гайок безмовний,

З’їдає тишком-нишком квіт ще сонний.

Біотична взаємодія може бути прямою і непрямою. Прямі взаємозв’язки виявляються у безпосередньому впливі одних організмів на інші, а непрямі – опосередковано, через проміжні ланки. Зв’язки між організмами – необхідна умова існування. З одного боку, вони пом’якшують тиск навколишнього середовища, а з другого – завжди становлять певну небезпеку, загрозу існуванню індивіда.

Дата добавления: 2014-01-15