Синекологія – наука про екосистеми. Екосистеми та їх характеристика

 

Основною (елементарною) функціональною одиницею біоекології є екосистема. Екосистема – це єдиний природний комплекс, створений за довгий період живими організмами та середовищем, в якому вони співіснують, і де всі компоненти тісно пов’язані обміном речовин і енергії. Вперше поняття «екосистема» було введене в наукову мову англійським вченим А.Тенслі в 1935 році.

В екології розрізняють такі види екосистем:

– мікроекоеистеми (наприклад, болітце, пеньок з грибами тощо);

– мезоекосистеми (н-д, ділянка лісу, озеро);

– макроекосистеми (н-д, континенти, океани)

– глобальна екосистема – біосфера нашої планети.

Також виділяють такі типи екосистем:

– водна, суходільна;

– природна, антропогенна.

Дуже часто екосистему ототожнюють з біогеоценозом. Але біогеоценоз – це однорідна ділянка, земної поверхні з певним складом живих організмів і неживих компонентів (ґрунт, атмосфера, вода), поєднаних обміном речовин та енергії в єдиний природний комплекс. Поняття ж «екосистема» більш загальне.

Біогеоценоз та екосистема мають такі структурні компоненти: біотоп та біоценоз.

Біотоп – це однорідний за абіотичними факторами середовища простір, зайнятий біоценозом; тобто, біотоп – місце життя виду організмів.

Біоценоз – це спільнота організмів, що мешкають у межах одного біотопу. Залежно від місцевості, відношення до людської діяльності, ступеня насичення, повноцінності розрізняють біоценози: суші та води;природні та антропогенні; насичені та ненасичені; повночленні та неповночленні.

Біоценоз = Фітоценоз + Зооценоз + Мікробіоценоз + Мікоценоз

Фітоценоз – це сукупність популяцій усіх видів рослин.

Зооценоз – це сукупність усіх видів тварин.

Мікробоценоз – це сукупність усіх видів бактерій.

Мікоценоз – це сукупність усіх видів грибів.

Наступним, не менш важливим поняттям є ланцюг живлення (трофічний ланцюг). Це – взаємовідносини між організмами під час переносу енергії їжі від джерела (зеленої рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні. На цьому шляху переносу енергії діють автотрофи – представники рослинного світу та гетеротрофи різного ступеня.

Монофаги – (грець. monos – один + phagos – поїдати) – живляться одним видом їжі. Наприклад, колорадський жук, шишкар тощо.

Поліфаги (грець. роlуs – багато) живляться різними організмами (н-д, лисиця, сорока, ведмідь). В природі харчові ланцюги неізольовані один від одного, а тісно переплетені. Це сплетіння трофічних ланцюгів називається харчовою мережею.

Розрізняють ланцюги живлення:

– пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини і далі – до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин);

– детритні (ланцюги розкладу від детриту через мікроорганізми до детритофагів і їх споживачів хижаків).

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю. Біомаса – це загальна маса особин одного виду, груп видів чи спільноти в цілому (рослини, тварини, мікроорганізми), що припадає на одиницю поверхні (об’єму), місця проживання (в сирому чи сухому вигляді). Вимірюється в кг/га, г/м2(м3) чи в Дж (одиницях енергії). Найбільшу біомасу на суші мають безхребетні та ґрунтові організми (біомаса дощових червів може сягати 1000-1200 кг/га). Близько 90% біомаси біосфери припадає на біомасу наземних рослин, які за допомогою фотосинтезу – біосферного процесу – засвоюють вільну енергію та забезпечують існування усього живого. Початком біологічного кругообігу речовин є фотосинтез. Механізм фотосинтезу детально ще й досі не вивчений. Найбільшою є біомаса тропічних лісів (до 1700 т/га), а. найменшою – тропічних і субтропічних пустель (близько 2,5 т/га). Біомаса лугових степів становить близько 250 ц/га (наземна), лісової смуги (Полісся) – до 3500-4000 ц/га (наземна), 960 ц/га (підземна).

Наземні рослини за масою майже в 100 разів перевищують масу наземних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків. Швидкість продукування біомаси на даній площі за одиницю часу називають біопродуктивністю. Розрізняють 2 види біопродуктивності – первинну та вторинну. Первинна біопродуктинвість, наприклад, материків – 53 млрд. т органічної речовини, Світового океану – до 30 млрд. т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся, Сибіру, а в океані – зони підйому збагачених фосфором і азотом глибинних вод біля материків у тропіках, а також материкові мілини холодних морів.

Протягом останніх десятиріч дедалі найчастіше вживається термін «агроценоз». Агроценози – це молоді біоценози, що формуються в наш час, для яких характерним є видова бідність і одноманітність, і, які підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних та агрохімічних заходів. Це – поля, городи, сади, підводні плантації мідій. Агроценози дають людству близько 90% продуктів харчування.

Агроценози – результат екстенсивного розорювання земель, неграмотних меліорацій, активного випасу худоби, вирубки лісів, суперхімізації земель, а також тривалого вирощування тих самих культур на одних і тих же полях. Вони існують дуже нетривалий час: зернові агроценози – 1 рік; садові агроценози – 30-40 років.

В межах будь-якої екосистеми відбувається кругообіг речовин. Розрізняють біологічний (малий) і геологічний (великий) кругообіги речовин, а також кругообіги Н2О, Н2, СО2– як найважливіших, з екологічної точки зору, компонентів атмосфери, а також кругообіги сірки, вуглецю, фосфору – як найважливіших життєвих речовин біосфери. Кругообігречовин – це їх багаторазова участь у природних процесах, що споконвічно відбуваються в геосферах. Велику роль у кругообігу речовин, а точніше – хімічних елементів, відіграють живі організми, на що вперше звернув увагу франц. вчений Ж. Ламарк. Академік В.І. Вернадський дослідив це питання, сформулював основні закони біогеохімічного кругообігу.

Малий (біологічний, біотичний) кругообіг має місце в межах малих екосистем, а великий (геологічний) кругообіг – у межах планети, між океанами і континентами. Під час кругообігу відбувається колоподібна циркуляція речовин між повітрям, ґрунтом, водою, рослинами, тваринами, мікроорганізмами, в результаті якої мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, надходять з навколишнього середовища до складу рослинних організмів, а від них, через ланцюги живлення у вигляді органічних речовин – до тварин, далі через ланку редуцентів – знову у навколишнє середовище (в ґрунти, води, повітря) у вигляді неорганічних речовин. Завдяки наявності у атмосфері та гідросфері великого резервного фонду С, N2, O2, S, Р кругообіги можуть відносно швидко саморегулюватися. Під час кругообігу відбуваються дуже характерні зміни енергії у процесі переходу з одного трофічного рівня на інший. У трофічний кругообіг екосистеми в середньому залучаються близько 1% сонячної енергії, на наступні вищі трофічні ланцюги з нижчих рівнів залучається лише 10 % засвоєної організмами енергії, а також близько 80-90 % енергії розсіюється в екосистемі у вигляді тепла. Рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0,1 до 1%. Рослиноїдні тварини споживають близько 10 % енергії, акумульованої рослинами, хижаки – до 10 % накопиченої травоїдними рослинами (їх біомаси), тобто всього близько 0,001 % сонячної енергії, що надходить на землю.

СТРУКТУРИ ЕКОСИТЕМ

Видова структура екосистем

Видове багатство екосистем однієї місцевості неоднакове. Наприклад, у ялинковому лісі – 10-20 видів квіткових рослин, а на сусідньому лузі – до 120 видів. Видовий склад дрібних організмів багатший за склад великих організмів. Так, видів гризунів у степу значно менше ніж видів ґрунтових кліщів. Звідси види розрізняють – види-домінанти та види-едифікатори.

Види-домінанти (лат. dominantis – панівний) – це види, що переважають у рослинних асоціаціях. Популяції домінантних видів панують в екосистемах. Як правило, види-домінанти становлять 5-10% від загальної кількості видів у екосистемі. Однак вони утворюють 4/5 біомаси екосистеми. Рослин-домінантів виділяють поярусно. Наприклад, чорниця росте в ялиновому лісі на землі, що вкрита зеленим мохом. Домінанти: серед дерев – ялина, серед чагарників – чорниця, серед ґрунту – зелений мох.

Види-едифікатори (лат. edificator – будівельник) – це види, що мають велике значення у створенні біосередовища екосистеми, у формуванні структури біоценозу. Едифікаторами, як правило, є рослини, інколи ґрунтові тварини. У фітоценозі може бути один або кілька едифікаторів. Вони впливають на реакцію ґрунту (наприклад, ялина робить її кислою) – збіднюють або збагачують його. Едифікатори одних рослин пригнічують розвитку, інших сприяють. Наприклад, у соснових лісах едифікатором є сосна, на болотах – очерет, осоки тощо.