Экосистема. Структура экосистемы.

Экосистема – совокупность продуцентов, консументов и детритофагов взаимодействующих друг с другом и с окружающих их средой посредством непосредственного обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течении продолжительного времени. Таким образом, для существования экосистемы характерны 3 признака:

1) Экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов.

2) В рамках экосистемы осуществляется полный цикл начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

3) Экосистема сохраняет устойчивость в течении некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой в биологических и абиотических компонентах.

Примером природной экосистемы является: озеро, лес, тундра, океан, биосфера.

Продуценты – в основном зеленые растения осуществляющие фотосинтез, те поглощение воды и диоксида углерода в глюкозу и кислород. Для этого процесса необходима световая энергия Солнца. Из сахаров и минеральных элементов питания биогенов получаемых из воды и почвы растения синтезируют все сложные вещества входящие в состав организмов. Молекулы с помощью которых они улавливают световую энергию необходимую для фотосинтеза являются хлорофиллы с зеленой окраской. Таким образом роль продуцентов заключается в том, что используя световую энергию из простых неорганических веществ продуцируют сложные вещества: через глюкозу образуют белки и углероды. Животные питаясь растениями используют их как источник энергии и материал для формирования своего тела.

Консументы – самые разнообразные организмы: черви, рыбы, насекомые, человек и т.д. Животные питающиеся продуцентами (травоядные или фитофаги или консументы 1-го рода). Вторичные консументы питаются первичными. Консументы 2-го рода и т.д. – плотоядные. Бывают консументы 4-го и далее порядка. Некоторые виды животных соответствуют нескольким таким уровням (человек – овощи – 1й; мясо – 2й; рыбу – 3й).

Детритофаги – мертвые растительные и животные остатки – дедрито. Существует множество организмов питающихся ими. Такие консументы называются детритофагами: грифы, черви, раки, термиты и т.д.

Редуценты – значительная часть дедрито в экосистеме: опавшие листья и древесина в своем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессе жизнедеятельности грибов и растений, т.к. грибы и бактерии столь специфичны, их обычно выделяют в особую подгруппу детритофагов и называют редуценты.

Типы взаимоотношений между различными категориями организмов в экосистеме

1) Пищевые – являются важнейшими между организмами. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при которых один организм поедается другими и т.д. Ряд таких звеньев называется пищевой цепью. Продуценты, консументы, детритофаги – разные звенья этой цепи называемой пищевой или трофической.

2) Мутуалистические – под этим видом взаимоотношений понимают, что один из видов извлекает выгоду, а другому наносится вред. Однако существует не мало случаев когда виды вступают во взаимовыгодные отношения (мутуализм). Классический пример: цветок и насекомое.

3) Конкурентные – растущие бок о бок растения должны конкурировать между собой за воду, биогены, свет и пространство. Конкуренция между растениями различного типа может существенным образом отражаться на характере экосистемы в целом. В стабильной экосистеме животные если конкурируют то редко, конкуренция сводится к минимуму счет того, что разные виды животных приспособлены к питанию разной пищей в разных местах в разное время.

Абиотические факторы

- химические и физические факторы среды. Все факторы действуют на организм одновременно. Степень присутствия или отсутствия каждого из них существенно отражается на жизнеспособности организмов, но не одинаково для разных видов, что существенно влияет на экосистему в целом. На пример: некоторые растения предпочитают влажную почву, а некоторые сухую.

Воздействие абиотических факторов на примере температуры:

8-18 – зона усиливающегося стресса,

8-38 – диапазон устойчивости (толерантности),

8-28 – зона оптимума.

Результаты показывают, что по мере повышения температуры от некоторой точки до которой рост невозможен, растения развиваются все лучше и лучше и достигает максимального уровня. Затем при дальнейшем превышении температуры (28-38) растение будет себя чувствовать все хуже и хуже, появляются нарушения и оно погибает. Температура, при которой наблюдается максимальный рост (18-28) – зона оптимума. Весь интервал температуры, когда возможен рост, называется диапазоном устойчивости (толерантности). Точки, ограничивающие его - предел устойчивости. Подобные эксперименты были проведены и для других абиотических факторов. Результаты аналогичные. Это позволило сформулировать фундаментальный биологический принцип. Для каждого вида растений и животных существует оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости в отношении каждого фактора среды. Лабораторные исследования позволили сделать еще один вывод, т.к. в ходе исследования менялся один фактор, а остальные оставались в зоне оптимума, то, следовательно, наблюдали действие закона лимитирующих факторов, а именно даже единственный фактор за пределами своего оптимума приводит к стрессовому состоянию, а за пределом устойчивости к гибели. Такие факторы лимитирующие. Это относится к любому влияющему на рост параметру, которого слишком много или слишком мало. Так стресс и гибель растения вызывают как чрезмерный полив и избыток удобрений, так и их недостаток. И так, в своем развитии любой организм ограничен минимальным количеством какого-либо компонента для жизнедеятельности и добавление другого компонента не заменит недостаток лимитирующего.

 

Экологические пирамиды

Графически структуру экосистемы представляют в виде экологической пирамиды (пирамида Элтона). Также существуют пирамиды чисел, биомасс, энергий. Пирамида чисел представляет собой первое приближение к изучению трофической структуры. Установлено основное правило, согласно которому, в любой среде растений больше чем животных, травоядных больше чем плотоядных, насекомых больше чем птиц. Можно констатировать, что при переходе одного трофического уровня к другому число особей уменьшается, а размеры из увеличиваются.

Пирамида биомасс более полно отображает пищевые взаимоотношения, тк она показывает биомассу в данный момент времени, на каждом уровне пищевой цепи.

Пирамида энергии показывает эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей. Она стремится путем подсчета количества энергии аккумулированной единицей поверхности и за единицу времени, и которое используется организмом на каждом трофическом уровне. Расчет теоретической экосистемы сведенный к одной элементарной пищевой цепи провел американец Одум. Исходная продукция люцерна посеянная на 4 га. Люцерной можно прокормить 4-5 телят, которыми питается 12-летний мальчик.

Расчеты проведенные на основе этих показателей свидетельствуют о том, что эффективность всех 3х уровней невысокая. Так люцерна использует 0,24% всей солнечной энергии, телята 8% и только 0,7% энергии накопленной телятами приходится на рост и развитие мальчика. Очевидно, что для мальчика достаточно 1/10⁶ части всей солнечной энергии, которая поступает на 1 га занятой люцерной в поле. Таким образом КПД при переходе от одного звена пирамиды ее вершины значительно уменьшается. Это всеобщее явление: зеленые растения используют 0,1-1,2% солнечной энергии, фитофаги 3-10%, консументы 2-го порядка от 2-12%.

Нельзя не принимать во внимание то, что существенная часть энергии расходуется на удовлетворение энергетических потребностей организма. Следует отметить, что биомасса выпавшая из цепи питания не теряется для экосистемы, она служит основой других цепей питания.