Классификация и свойства экосистем
Лекция 3.
1. Функциональные свойства и структура экосистемы.
2. Примеры экосистем.
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.
Экосистема -основная функциональная единица в экологии, поскольку в неё входят и организмы и неживая среда - компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той её форме, которая существует на Земле.
Компоненты и процессы, обеспечивающие функционирование экосистемы, рассмотрим на рисунке, где схематически представлено взаимодействие трёх компонентов, а именно :
1. сообщества
2. потока энергии
3. круговорота веществ
Поток энергии направлен в одну сторону, часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом и переходит на качественно более новую ступень, трансформируясь в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии деградирует, проходит через систему покидает её в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток). Энергия может накапливаться, затем снова высвобождаться или экспортироваться, но её нельзя использовать вторично. В отличие от энергии, элементы питания, в том числе биогенные элементы, необходимые для жизни (углерод, азот, фосфор и т.д.), и вода могут использоваться многократно. Эффективность повторного использования и размеры импорта и экспорта элементов питания сильно варьируют в зависимости от типа экосистемы.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |  |
источник энергии хранилище энергии
|
|
Гетеротрофы (организмы, нуждающиеся в готовой пище).
На функциональной схеме сообщество изображено в виде пищевой сети, образованной автотрофами и гетеротрофами, связанными между собой соответствующими потоками энергии, круговоротами биогенных элементов.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масштабы изменения среды на входе и выходе сильно варьируют и зависят от размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей); от интенсивности обмена (чем он интенсивнее, тем больше приток и отток); сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления); стадии и степени развития системы.
С точки зрения трофической структуры (от греч. trophe - питание) экосистему можно разделить на два яруса:
1) верхний автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений.
2) нижний гетеротрофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс», в котором преобладает использование, трансформация и разложение сложных соединений.
С биологической точки зрения в составе экосистемы удобно выделять следующие компоненты:
1) неорганические вещества (C, N, CO2, H2O и др.) включающееся в круговороты.
2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества), связывающие биотическую и абиотическую части.
3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы.
4) продуцентов, автотрофных организмов, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ.
5) макроконсументов или фаготрофов (от греч. phagos - пожиратель) - гетеротрофных организмов, основном животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества.
6) микроконсументов, сапротрофов, деструктрофов - гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапротрофами из растений и других организмов.
Рассмотрим примеры экосистем:
Пруд и луг.
Абиотические вещества: неорганические и органические соединения и отдельные элементы O2, S, P, N, CO2, аминокислоты, гуминовые кислоты и большая часть жизненно важных элементов питания находятся в растворе и непосредственно доступно организмам, но значительное их количество держится в запасе в виде нерастворенных частиц вещества, а также в самих организмах.
Скорость высвобождения элементов питания в раствор, поступление солнечной энергии, а также температурный цикл, долгота дня, и другие климатические условия - таковы самые важные переменные, ежедневно регулирующие интенсивность функционирования всей экосистемы.
Продуценты.
Продуцентов пруда можно подразделить на два главных типа :
1. укоренённые или крупно плавающие растения (макрофиты), обычно встречающиеся только на мелководье.
2. мелкие плавающие растения, как правило, водоросли, называемые фитопланктоном, которые распространены в толще воды на глубину проникновения света. При изобилии фитопланктона вода становится зеленоватой, в других случаях продуценты незаметны. Играют большую роль, чем укоренённые.
Среди продуцентов луга преобладают укоренённые растения, но на почве, камнях и стеблях высших растений встречаются мелкий фотосинтезирующие организмы, такие как водоросли, мхи, лишайники.
Макроконсументы.
Первичные макроконсументы или растительноядные животные питаются непосредственно живыми растениями или их частями.
В пруду имеются два типа первичных макроконсументов :
· зоопланктон (животный планктон)
· бентос (донные формы), соответствующие двум типам продуцентов.
В экосистеме луга растительноядные животные также делятся на две группы :
Мелкие - растительноядные насекомые и другие беспозвоночные.
Крупные - травоядные грызуны и копытные млекопитающие.
Вторичные консументы, или плотоядные, такие как хищные насекомые и хищные рыбы в пруду и хищные насекомые, пауки, птицы, млекопитающие на лугу, питаются первичными консументами или другими вторичными консументами (становясь тем самым третичными консументами).
Сапротрофные организмы - представлены на лугу и в пруду бактериями, жгутиковыми и грибами.
Как видим, структура и функции водных и наземных экосистем в принципе сходны, однако видовой состав и размеры трофических компонентов этих экосистем различны. Наиболее резкое различие между экосистемами - в размерах зелёных растений. Наземные автотрофы обычно не так многочисленны, но они значительно крупнее водных. Наземные автотрофы используют значительную часть своей энергии на построение опорной ткани, которая необходима в связи с тем, что плотность (а значит и поддерживающая способность) воздуха значительно меньше, чем воды.
Примеры основных экосистем :
классификация по биомам, основанная на типе растительности и основных стабильных физических чертах ландшафта.
Наземные биомы.
Биом - крупная региональная или субконтинентальная биосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности. Наземные экосистемы выделяют на биомы, а типы водных экосистем по геологическим и физическим особенностям.
Тундра : арктическая и альпийская ;
Хвойные леса ;
Листопадный лес умеренной зоны ;
Степь умеренной зоны ;
Саванна ;
Чапараль - район с дождливой зимой и засушливым летом ;
Пустыня ;
Полувечнозелёный тропический лес : выражены влажный и сухой сезоны ;
Вечнозелёный тропический дождевой лес ;
Пресноводные экосистемы.
Лентические (стоячие воды) : озёра, пруды ;
Лотические (текучие воды) : реки, ручьи ;
Заболоченные угодья : болота, болотистые леса ;
Морские экосистемы.
Открытый океан (пелагическая) ;
Воды континентального шельфа (прибрежные) ;
Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством) ;
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, солёные марши) ;
1. среды (ветер, мороз).