Экосистемы

Сообщества организмов находятся в тесных метериально-энергетических связях с

неорганической средой обитания. Растения живут за счёт непрерывного потребления

углекислого газа, кислорода, воды и минеральных солей. Животные живут за счёт

растений, потребляя синтезируемое ими органическое вещество, но также нуждаются в

воде, кислороде и минеральных компонентах. В любом местообитании количество

имеющихся на данных момент запасов неорганических веществ необходимых для

поддержания жизнедеятельности всех организмов, хватило бы на более или менее

ограниченный промежуток времени, если бы эти запасы не восстанавливались.

Возвращение биогенных элементов в среду, где они могли бы снова использоваться

растениями для синтеза нового органического вещества, происходит в процессе

разложения мертвой органики преимущественно бактериями и грибами. Таким

образом, сообщество формирует с неорганической средой определённую систему,

в которой поток атомов, движущийся под влиянием различной деятельности

организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

Экосистема – это исторически сложившаяся система использования

совокупностью организмов определённого пространства в целях питания, роста и

размножения. Изучая данный раздел, студенты должны с особым вниманием

рассмотреть структуру экосистемы, поток энергии в экосистеме, процессы

продуцирования биологического вещества в экосистемах, динамику экосистем.

Экосистема представляет собой функциональную единицу живой природы,

включающую организмов и абиотическую среду их обитания. Биотическая, т.е.

живая составляющая экосистемы, обязательно включает два основных компонента:

автотрофных организмов - растений, которые в процессе фотосинтеза или

хемосинтеза образуют первичное органическое вещество и гетеротрофов –

животных, функции которых заключаются в потребленнии органического вещества и

его разложении до первичных составляющих. С другой стороны, биотическую часть

структуры экосистемы можно рассматривать в виде функциональных групп

организмов. Так, продуценты – это автотрофные организмы, преимущетсвенно

растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ.

Консументы – это гетеротрофные организмы потребляющие готовое органическое

вещество. Редуценты (деструкторы) – преимущественно мелкие насекомые,

грибы и бактерии, функция которых заключается в разложенни мертвого

органического вещества. Абиотическая, т.е. неживая компонента экосистемы,

слагается из климатических, гидрологических и почвенно-литологических

особенностей местобитания.

Размеры экосистем могут быть самыми различными. В качетсве отдельных

экосистем можно рассматривать и подушку лишайника на стволе дерева,

и разрушающийся пень со своим особым населением, и небольшой пруд или озеро.

К очень крупным экосистемам принадлежат, например, отдельные морские

бассейны и весь Мировой океан в целом. Самой крупной экосистемой является

биосфера Земли, которая, согласно современным предствалениями, включает в свой

состав не только самих живых орагнизмов, но и те части лифосферы, гидросферы и

атмосферы Земли, физико-химические свойства которых зависят от деятельности

живого вещества.

Энергия - количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи,

благодаря чему все явления природы связаны воедино. Существование любой

экосистемы возможно только при потоке из окружающей среды не только энергии,

но и вещества, т.е. природные экосистемы являются энергетически и структурно

открытыми системами. Суммарный поток энергии, характеризующий экосистему,

слагается из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от

близлежащих тел. Оба вида излучений определяют климатические условия среды,

но при фотосинтезе, который обеспечивает энергией и веществом гетеротрофный

компонент экосистемы, потребляется только очень небольшая доля солнечного

излучения. Тем не менее, именно за счёт этой энергии вырабатывается первичная,

основная продукция экосистемы. Первичная продуктивность экосистемы

определяется как скорость, с которой лучистая энергии солнца преобразуется

продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в виде органических веществ.

Первичную продуктивность (Р) выражают в единицах синтезированной биомассы в

единицу времени. Процесс производства органического вещества состоит из четырёх

последовательных этапов, соответсвующих различным типам продуктивности.

Валовая первичная продуктивность (РG) – это скорость накопления в процессе

фотосинтеза органического вещества, включая ту его часть, которая расходуется на

дыхание и процессы метаболизма самими растениями.

Чистая первичная продуктивность (РN) – это скорость накопления органического

вещества в растительных тканях за вычетом той его части, которая использовалась

растениями на дыхание и процессы метаболизма.

Вторичная продуктивность – скорость накопления органического вещества на

уровне консументов. Данная характеристика обозначается через Р 2, Р3 и так далее в

зависимости от пищевого (трофического) уровня животного гетеротрофа.

Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления органического

вещества, которое не потреблено гетеротрофами: РN -- (P2 + P3 + P4 + ...).

В каждый конкретный момент времени чистая продуктивность сообщества

выражается наличной биомассой, или урожаем на корню. Величина урожая в годовом

цикле зависит от времени года: весной он минимален, а осенью достигает

максимальных значений. Высокие скорости продуцирования органического вещества

наблюдаются там, где физические и химические факторы среды весьма благоприятны

для жизнедеятельности местных растений и животных. Кроме того, поступление

энергии со стороны абиотических процессов, кроме солнечного излучения, снижает

энергетические затраты организмов при потере тепла на дыхание. Например, энергия

приливов увеличивает продуктивность прибрежных морских экосистем, замещая

собой ту часть энергии, которая была израсходована на дыхание, т.к. приливная

волна приносит новые пищеые компоненты, а в процессе отлива удаляются

продукты метаболизма. В связи с этим, при оценке продуктивности экосистемы,

необходимо учитывать как расходование энергии в процессе сбора урожая, гибели

части особей при неблагоприятных погодных условиях или по причине загрязнения

их среды обитания, так и поступление энергии из различных источников, которое

способно увеличить продуктивность, снижая потери энергии при дыхании.

При рассчётах энергетического баланса экосистемы необходимо учитывать, что

на первом трофическом уровне - уровне растений-продуцентов, поглощается

до 50 % падающего света, в то время как переходит в энергию пищи от 1 до 5 %,

т.е. эффективность ассимиляции энергии у растений очень низкая. Вторичная

продукция на каждом трофическом уровне, соответвующем определённым звеньям

пищевой цепи консументов, составляет около 10 % от предыдущей. Эфективность

ассимиляции у растительноядных животных соответвует питательным своийствам

их пищи: она может достигать 80 % – при поедании семян, 60 % – при поедании

молодой листвы, от 30 до 40 % – более старых листьев и не более 20 % при поедании

древесины.

Одним их основных свойств экосистем является их изменчивость во времени,

динамизм. Например, наблюдения за полем, на котором прекратились

сельскохозяйственные работы, показывает, что пашню начинают последовательно

завоёвывать сначала многолетние травы, затем кустарники и, наконец, деревья.

Изменения в экосистемах могут происходит под воздействием различных причин.

Различают аллогенные изменения, вызванные действием геологических и

климатических сил, воздействующих на экосистему, и автогенные изменения

обусловленные воздействием процессов, происходящих в самой экосистеме,

например конкурентной борьбой видов. Однако в большинстве случаев бывает

затруднительно однозначно классифицировать причины наблюдающихся перемен.

Например, зарастание озера может быть обусловленно поступлением в водоём

из вне значительного количества органо-минеральных веществ при эрозии

почвы и разрушении рыхлых осадочных пород, а соответсвующие изменеия в

видовом разнообразии фауны и флоры могут быть вызваны внутренними

процессами, происходящими на фоне снижения межвидовой конкуренции за пищевые

ресурсы.

Автогенное упорядоченное направленное развитие экосистемы, называют

экологической сукцессией. Если сукцессия экосистемы начинается на участке который

перед этим не был занят каким-либо сообществом, например песчано-галечная

поверхность образовавшаяся в результате обвала, процесс называется первичной

сукцессией. Если же развитие экосистемы происходит на площади, которую ранее

занимало некоторое сообщество, например, заброшенное поле или вырубка, то это

будет являться вторичной сукцессией. Завершающим этапом любой сукцессии,

является возникновение обновлённой стабильной экосистемы, в которой на

единицу потока энергии приходится максимальная биомасса и максимальное

количество межвидовых взаимодействий. Это состояние называется климакс.

Эволяция экосистем, в отличие от сукцессии, представляет собой длительный

процесс их исторического развития. Характерной особенностью эволюционных

процессов является их необратимость.

 

Литература :

Основная [4]- Т. 1 - Глава 2, 3; [4] - Т.2 - Глава 8; [5] - Глава 9;

Дополнительная [3]; [10]; [19].

Вопросы для самопроверки:

 

1. В чём сходство и различие между понятиями экосистема и биогеоценоз ?

2. Всякое ли сочетание живых организмов и абиотических условий можно назвать

экосистемой?

3. Какие организмы принадлежат к автотрофам, а какие к гетеротрофам ?

4. Какие функциональные группы организмов входят в состав экосистемы ?

5. Что такое первичная и вторичная продуктивность ?

6. Как рассчитывается чистая продуктивнсть сообщетсва ?

7. Что назывется первичной и вторичной сукцессией ?

8. В чём отличия сукцессионных преобразований экосистемы от её эволюции ?