Загальні уявлення про екосистеми 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Загальні уявлення про екосистеми



Біосфера неоднорідна і складається з сукупності екосистем.

Екологічна система — сукупність елементів, утворених живими організмами та середовищем їх існування, пов'язаних між собою обміном речовин та енергією.

Головна спільна риса всіх екосистем — це те, що в певних ланках трофічного ланцюга екосистеми засвоюється, передається й перетворюється енергія. В екосистемах також відбуваються міграція й трансформація речовини.

Залежно від характеру циркуляції речовини екосистеми поділяються на закриті й відкриті. В закритій екосистемі речовина циркулює від продуцентів до редуцентів по колу саме в межах цієї екосистеми. Так, у ставку біогенні елементи багаторазово проходять по тому самому колу: водорості→зоопланктон→риба→бактерії→мінеральні біогенні речовини→знову водорості. У відкритих екосистемах речовина по колу не обертається. Наприклад, в екосистемі окремого дерева гусінь з'їдає листя продуцента; саму ж гусінь ловлять птахи й відносять у свої гнізда на інші дерева. Отже, речовина з даної екосистеми вилучається й переноситься в іншу.

Розрізняють також екосистеми, здатні або не здатні до саморегуляції. Механізм саморегуляції в екосистемах першого типу здійснюється за принципом негативного зворотного зв’язку. Цей принцип у спрощеному варіанті можна уявити собі у вигляді ланцюга, кожна ланка якого виступає щодо двох сусідніх або хижаком, або жертвою. Якщо з якихось причин зменшується чисельність жертви, то через нестачу їжі з часом зменшується й чисельність хижака. Зниження чисельності хижака відповідно приводить до зменшення тиску на жертву, чисельність якої збільшується. Це знову створює умови для збільшення чисельності хижака. Отже, система «хижак↔жертва» саморегулюється, тобто утримується в рівноважному стані. При цьому чисельність жертви й хижака постійно коливається навколо якогось середнього значення. Ці коливання називають хвилі життя

Елементарними екосистемами, з яких складається біосфера, є біогеоценози — замкнені екосистеми, здатні до саморегуляції. Біогеоценозом називають однорідну ділянку земної поверхні з певним складом організмів, що населяють її (бактерій, рослин, тварин, грибів), і комплексом абіотичних компонентів (ґрунтом, повітрям, сонячною енергією та іншими), які пов'язуються обміном речовини й енергії в єдину природну систему.

Складові біогеоценозу:

1) біотоп — однорідний за абіотичними факторами середовища простір;

2) біоценоз — сукупність усіх представлених у межах даного біотопу організмів.

Функціональні складові біоценозу:

1. фітоценоз — сукупність усіх продуцентів даного біотопу (вищі рослини, водорості, автотрофні бактерії);

2. зооценоз — сукупність тварин-консументів;

3. мікробоценоз — сукупність редуцентів (бактерій і грибів-сапротрофів).

Межі біогеоценозу визначаються межами фітоценозу, тобто контуру однорідної рослинності, оскільки саме рослини-продуценти є першою ланкою трофічних ланцюгів біогеоценозу. Біогеоценози водойм називають також біогідроценозами.

Будь-який біогеоценоз являє собою систему елементів, що взаємодіють, — популяцій живих організмів.

Сукупність біогеоценозів із відносно схожими характеристиками (передусім — рослинністю), які займають значну територію й розвиваються в схожих кліматичних умовах, називають біомами. Сьогодні на нашій планеті виділяють близько 30 біомів.

Біомасою біогеоценозу називають кількість живої речовини на одиниці площі в момент спостереження (статичний показник біогеоценозу). Загальна біомаса визначається сумою біомас усіх популяцій, які населяють даний біогеоценоз. Найчастіше за одиницю біомаси беруть 1 г сухої (рідше сирої) органічної речовини на 1 м2. Біомаса біогеоценозів різних типів коливається в широких межах – від 45 кг/м2 (вологий тропічний ліс) до 3 г/м2 (відкритий океан).

Продуктивністю біогеоценозу називають здатність живої речовини створювати, трансформувати й нагромаджувати органічну речовину (біомасу) — це динамічний показник біогеоценозу.

Виражають продуктивність через показники продукції. Розрізняють продукцію первинну — швидкість засвоєння сонячної енергії у вигляді органічних речовин, синтезованих продуцентами, та продукцію вторинну — швидкість трансформації й накопичення органічної речовини консументами й редуцентами. Оцінюють первинну й вторинну продукції за кількістю органічної речовини, синтезованої (первинна продукція) чи накопиченої (вторинна продукція) за одиницю часу на одиниці площі, або за кількістю енергії, запасеної в цій речовині. Найбільша первинна продукція у вологому тропічному лісі — 2200 г/м2·рік, найменша — у пустелі — 3 г/м2·рік.

Деструкція — швидкість розкладання органічної речовини до мінеральної. Процеси деструкції здійснюють редуценти — передусім гриби й бактерії. Різниця між первинною продукцією й деструкцією є показником акумуляції (накопичення) органічної речовини в біогеоценозі. Переважання продукції над деструкцією, яке супроводжується значним збільшенням у біотопі вмісту поживних речовин, називають евтрофікацією.

До кожного біогеоценозу входить багато видів, які належать до продуцентів, консументів чи редуцентів. Харчові зв'язки між цими видами утворюють трофічну мережу, або мережу живлення. Суть її полягає в тому, що в «меню» будь-якого виду, за винятком продуцентів, входить не один, а кілька або багато інших видів. Кожен із цих видів, своєю чергою, може бути їжею для кількох інших. У результаті безліч ланцюгів живлення в біогеоценозі складно переплітаються між собою, наче сітки. Зрозуміло, що чим більше видів населяють біогеоценоз, тим складнішою є його трофічна мережа.

Поступові необоротні зміни складу та структури біогеоценозу, що спричинюються зовнішніми або внутрішніми факторами, називають сукцесіями біогеоценозу. Наприклад, заростання озера й перетворення його на болото.

Сукцесії бувають повільними (тривають тисячоліття й десятки тисяч років), середніми (століття) й швидкими (десятиліття). Вони можуть відбуватися з внутрішніх причин (утворення нових видів) або під впливом зовнішніх факторів (засолення, підтоплення, вселення видів «чужих» фаун та флор); мати природне походження (у результаті підняття чи опускання суші) чи антропогенне (вирубування лісу, розорювання степу), бути прогресуючими (супроводжуватися збільшенням продуктивності й видового багатства, як у випадку заростання новоутворених річкових піщаних кіс) або, навпаки, регресуючими.

Якщо біогеоценоз не перебуває в стані швидкої або середньої сукцесії, то продукція, біомаса й видове багатство в ньому коливаються навколо певного середнього значення в результаті процесів саморегуляції за принципом негативного зворотного зв'язку. Такий біогеоценоз перебуває в стані динамічної рівноваги, або клімаксному стані.

Можливість переходу клімаксного біогеоценозу в сукцесійний стан визначається законом одного відсотка, згідно з яким зміна енергетики природної системи в межах 1 %, як правило, не виводить екосистему з рівноважного стану, і навпаки. Зміна потоку енергії в біогеоценозі більше ніж на 1 %, як у бік його зменшення, так і в бік збільшення, виводить екосистему з клімаксу й переводить її в сукцесійний стан. При цьому через велику кількість факторів, що взаємодіють, здебільшого не можна дати точний прогноз, якого характеру набере сукцесія — прогресуючого чи регресуючого, тобто шляхи розвитку біогеоценозу стають непередбачуваними.

 

Види та популяції

Під популяцією розуміють сукупність особин одного виду з єдиним генофондом, яка формується в результаті взаємодії потоку генів (схрещування, міграції, запилення, запліднення, поширення зачатків — спор, клітин, насіння, личинок, яєць) та умов довкілля. Популяція — це елементарна одиниця існування виду й та одиниця, з якою «працює» природний добір. Порівняно з видом, популяція фенотипно й генотипно зазвичай однорідніша.

Показник мінімальної чисельності популяції — така чисельність особин, за якої в популяції ще підтримується необхідний рівень генетичної неоднорідності, завдяки чому вона не вироджується. Наприклад, у популяціях із великою чисельністю схрещування відбуваються здебільшого між особинами, що не є близькими родичами. Завдяки цьому в популяції не накопичуються шкідливі мутації й вона процвітає. В популяціях з малою чисельністю переважають близькоспоріднені схрещування, збільшується фонд генетичних захворювань, популяція вироджується й у подальшому зникає. Зазвичай (принаймні у тварин) мінімальна чисельність популяції становить кілька сотень особин.

Стійкість екологічних систем зокрема і біосфери загалом значною мірою залежить від біологічного різноманіття. Чим воно більше, тим стійкіші екосистеми. Біологічне різноманіття — це інтегральне поняття, що описує варіабельність, властиву всім видам екосистем (водних та суходолу). Розрізняють генетичне, внутрішньовидове та видове різноманіття. Генетичне різноманіття — різноманіття генотипів рослин і тварин, внутрішньовидове — наявність різновидностей та популяцій у межах виду, видове — кількість та різноманіття видів на певній території. Біологічне різноманіття визначається різноманіттям окремих організмів за віком, статтю та життєвим станом, популяцій за структурними типами, генотипів, угруповань та екосистем. Основою стійкого існування екосистем є біологічне різноманіття.

Будь-яка популяція залежить не лише від генетичної різноманітності та пов'язаного з нею потоку генів, а й від факторів довкілля.

Між різними видами живих організмів існує безліч форм впливу один на одного. Основною формою такого впливу в більшості випадків є харчові зв'язки, на базі яких формуються складні ланцюги і ланки харчування. Крім харчових зв'язків, в угрупованнях рослинних і тваринних організмів виникають просторові зв'язки. Все це є підставою для формування біотичних комплексів. Виділяють різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими — від дуже сприятливих до різко негативних. Між представниками різних видів організмів, що населяють екосистему, крім нейтральних, можуть існувати наступні види зв'язків:

Конкуренція боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір. Вона тим жорстокіша, чим більш споріднені й близькі за вимогами до умов середовища види організмів, що конкурують.

Мутуалізм — представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному, так комахи, збираючи нектар, запилюють квіти.

Коменсалізм — коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому, наприклад, рибка-прилипайко знаходить захист і живиться біля акул.

Мутуалізм і коменсалізм називають ще симбіозом.

Паразитизм — одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів (кліщі, блощиці, воші, глисти, омела, деякі гриби тощо).

Хижацтво — одні організми вбивають інших і живляться ними.

Алелопатія — одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших, наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів; токсини, що виділяються під час "цвітіння" води у водоймищах, отруйні для риби та інших тварин.

 

Екологічна ніша

Місце проживання (біотоп) — це адреса виду, а екологічна ніша — це рід його заняття. Екологічна ніша — діапазон (відповідно до абіотичних та біотичних факторів) умов, за яких живе і відтворює себе популяція. Більш загальним є таке формулювання: екологічна ніша — це загальна сума всіх вимог організму до умов існування, включаючи простір, який він займає, функціональну роль у співтоваристві (наприклад, трофічний статус) та його толерантність відносно факторів середовища — температури, вологості, кислотності, складу ґрунту та ін.

Просторова ніша, або ніша місцепроживання, може бути названа «адресою» організму. Трофічна ніша характеризує особливості живлення і, відповідно, роль організму у співтоваристві, ніби його «професію». Багатовимірна ніша — це ділянка гіперпростору, вимірами якого є різні екологічні фактори. Вона охоплює діапазони толерантності з кожного фактора.


Розрізняють фундаментальну (потенційну) і реалізовану ніші. У фундаментальній організм займає її за відсутності конкурентів, хижаків та інших ворогів, у якій фізичні умови оптимальні. Реалізована ніша — фактичний діапазон умов існування організму, який або менший, ніж у фундаментальній ніші, або дорівнює їй. Фундаментальну нішу називають ще преконкурентною, а реалізовану — постконкурентною.

Принцип Гаузе: два види не можуть займати одну й ту саму екологічну нішу

Явище розподілу екологічних ніш у результаті міжвидової конкуренції називають екологічною диверсифікацією. Екологічна диверсифікація між існуючими разом видами здебільшого здійснюється за такими параметрами: просторовим розміщенням, раціоном живлення та розподілом активності в часі. Досить одного з перелічених параметрів, аби послабилась чи повністю зникла конкуренція.

У природі особини кожного виду є об'єктами одночасно внутрішньовидової і міжвидової конкуренції. У разі посилення внутрішньовидової конкуренції відбувається диференціація виду. Останній займає більшу територію, поширюючись на менш сприятливі ділянки ареалу. Якщо переважає міжвидова конкуренція, то ареал зменшується до території з оптимальними умовами. Одночасно посилюється спеціалізація виду.

Багатовимірна ніша визначає екологічний діапазон певного виду стосовно факторів зовнішнього середовища. Діапазон значень будь-якого фактора, в межах якого вид здатний існувати, називають діапазоном толерантності.

Виділяють два основних механізми запобігання надмірному розвиткові конкретних популяцій: 1) за принципом зворотного зв'язку «популяція↔ре-сурси середовища»; 2) за моделями біотичних зв'язків — «жертва↔хижак», «хазяїн↔паразит».

 

Лекція № 3

Тема: "Кругообіг енергії та речовин у біосфері"

 

ПЛАН

3.1. Біосфера як відкрита термодинамічна система.

3.2 Трофічні ланцюги.

3.3. Загальні положення про кругообіг речовин у біосфері.

3.4. Екологічні катастрофи.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-08-14; просмотров: 509; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.200.74.73 (0.035 с.)