Екосистеми та їхня структура
План
1.Класифікація екосистем.
2.Функціонування екосистем.
3.Потоки речовини та енергії в екосистемах.
4.Типи екосистем.
5.Поняття про сукцесії.
Класифікація екосистем
Поняття екосистеми є визначальним в екології. Екосистему утворюють сукупність живих організмів і неживе середовище. Поняття в науці сформувалося поступово. У 1877р. обмежену одиницю, розміри якої достатньо малі для досконального вивчення, К.Мьобіус назвав біоценозом. У 1887р. Стефан Форбс, описуючи озеро, визначив характерні риси такої системи: по-перше, вона складається з усіх організмів , які проживають у цьому районі, а також із навколишнього фізичного і хімічного середовища; по-друге, всі компоненти екосистеми взаємодіють між собою і впливають один на одного. Вчені дійшли висновку, що всяка одиниця (біосистема), яка містить усі організми, що функціонують разом на даній ділянці, і взаємодіє з фізичним середовищем у такий спосіб, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури і кругообіг речовин між живою і неживою частинами, і є екологічною системою, або екосистемою. Термін “екосистема” у 1935р. запропонував англійський геоботанік А.Тенслі й визначив її як сукупність спільно існуючих організмів (та умов їхнього існування), пов”язаних між собою обміном речовин, енергії та інформації.
Або екосистема – це незалежна й динамічна біолого-фізико-хімічна система, що постійно змінюється.
Життя екосистем біологи починають вивчати з нижчих за рівнем ( окремих озер, боліт, річок, невеликих лісових масивів, полів тощо). Як правило, чітких меж між екосистемами не існує, мають місце поступові переходи ( наприклад, від лучних до лісових, від болотних до озерних, від середньогірських до високогірних). Ці перехідні зони називають екотонами.
У межах кожної екосистеми діє більш чи менш повний біологічний кругообіг речовин за участю продуцентів, консументів та редуцентів.
Класифікація екосистем
Екосистеми
Стійкі короткочасні
Для кожної системи характерний певний видовий склад, чисельність організмів, біомаса, інтенсивність процесів продукування і деструкції органічних речовин.
Виділяють і такі екосистеми:
· мікроекосистеми (наприклад, стовбур гниючого дерева);
· мезоекосистеми (ліс, ставок, озеро);
· макроекосистеми (біосфера Землі).
Крім природних екосистем , існують також штучні екосистеми, наприклад, космічна станція, акваріум, вазон з кімнатною рослиною тощо.
У тих випадках, коли йдеться про природні біосистеми, які охоплюють певну територію, замість поняття “екосистема” в європейській літературі , часто використовується термін “біогеоценоз”, що його запропонував В.Н.Сукачов.
Ю.Одум виділив 3 групи природних екосистем: наземні (біоми), прісноводні, морські:
 | |||||||
 |  |  | |||||
Апвелінг – процес вертикального руху води в океані, в результаті якого на поверхню води підіймаються глибинні води, багаті азотом, фосфором і іншими елементами, що сприяє розвитку фітопланктону.
Естуарій – розширене у вигляді віяла гирла ріки, що впадає в море (дельта річки).
В основі класифікації екосистем лежать визначені ознаки: для наземних – тип рослинності, для прісноводних – фізичні властивості води.
Кожна екосистема має 2 головних компоненти:
- автотрофний – організм, що утворює своє тіло з мінеральних речовин і енергії;
- гетеротрофний – який живить свій організм готовими органічними речовинами чи істотами.
Для характеристики екосистем використовують такі ознаки:
1) видовий склад живих організмів, типовий для даної екосистеми;
2) співвідношення в екосистемі організмів з різними типами живлення;
3) розмір створюваної в екосистемі первинної та вторинної біопродукції (первинна продукція – органічна речовина, що створюється рослинами за одиницю часу, наприклад, за рік; вторинна продукція – біомаса тварин, що постійно збільшується , або споживачі первинної органічної продукції);
4) інтенсивність потоку енергії через екосистему та швидкість кругообігу речовин;
5) режим абіотичних умов та ресурсів (простір, світло, температура, вода, грунт, повітря тощо).
Склад екосистем:
1) неорганічні речовини;
2) органічні речовини;
3) кліматичні умови;
4) продуценти-автотрофи (зелені рослини, бактерії);
5) фаготрофи – тварини;
6) сапротрофи – бактерії чи грибки, що руйнують.
Неорганічні речовини включаються вкругообіг. Живим організмам необхідні у порівняно великій кількості шість елементів: вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка.
Органічні сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди, гумус і ін.) об”єднують біотичну і абіотичну частини екосистеми. Це дуже важливі компоненти останньої. У процесі фотосинтезу зелені рослини використовують енергію сонячного світла для перетворення двох простих сполук з низьким вмістом енергії (вуглекислий газ і вода) у складніші органічні сполуки, де частина сонячної енергії перебуває в запасі у формі хімічної енергії. В процесі фотосинтезу як побічний продукт утворюється кисень. Для здійснення фотосинтезу і створення складних органічних речовин зеленим рослинам необхідні не тільки сонячне світло, вода, вуглекислий газ, а й незначна кількість деяких мінеральних елементів, що розчинені у воді, оточують водні рослини або знаходяться у волозі грунту навколо коренів наземних рослин.
Органічні речовини – це не тільки джерело енергії, а й матеріал. що його використовує організм для побудови своїх тканин. Речовина та енергія в процесі фотосинтезу утворюють єдине ціле; продукти фотосинтезу можуть переходити від зелених рослин до інших організмів, що складають екосистему. Врешті-решт, продукти фотосинтезу розщеплюються в процесі дихання, а вивільнена при цьому енергія використовується для отримання поживних рослин та енергії, підтримання цілісності організму та його функцій, на ріст, рух, розвиток, розмноження тощо. Хімічні компоненти їжі – вуглекислий газ, вода і неорганічні речовини – можуть знову використовуватися зеленими рослинами, так що речовина в цій екосистемі може здійснювати безконечний кругообіг, і крок за кроком перетворюється в некорисну теплову енергію. Тому екосистемі потрібне постійне поновлення енергії ззовні.
Продуцентами в екосистемі називають зелені рослини, оскільки вони самі утворюють для себе їжу. На перший погляд здається, що зелені рослини незалежні від інших організмів; однак вчені стверджують, що якби на Землі існували тільки зелені рослини, то, кінець кінцем, усі мінеральні речовини виявилися б зв”язаними в цих рослинах і ріст рослин припинився б. Цього не відбувається тому, що інші організми – редуценти (або мікроконсументи) використовують поживні речовини, що містяться у мертвих рослинах, і як джерело енергії, і як їжу, розкладаючи при цьому органічні сполуки на простіші неорганічні. У такому вигляді їх здатні поглинати й використовувати живі рослини. До редуцентів належать бактерії. гриби, а також тварини, які живляться мертвими організмами, - деякі комахи, черви тощо.
Енергія та елементи живлення, що містяться в організмах живих продуцентів, споживаються в більшості природних екосистем не тільки редуцентами, а й макроконсументами, або фаготрофами. Макроконсументи – це гетеротрофічні організми, переважно тварини, які живляться іншими організмами або частинками органічної речовини. Серед них є травоїдні ( тварини, що живляться рослинною їжею), всеїдні ( тварини, що споживають як рослинну, так і тваринну їжу), м”ясоїдні, а також паразити.
Процес розкладу в екосистемах важливий, оскільки закінчується поверненням у кругообіг елементів мінерального живлення, допомагає утворенню їжі для деяких організмів у ланцюгу живлення.
Функціонування екосистем.
Умовою існування і нормального функціонування будь-якої екосистеми є наявність усіх ланок трофічного ланцюга (тобто ланцюга живлення). В основі будь-якої екосистеми лежить ланцюг живлення. Основні типи ланцюгів живлення – пасовищний і детритний. Пасовищний ланцюг живлення – це ряд живих організмів, в якому кожний вид живиться попередниками в ланцюзі та, в свою чергу, служить їжею для видів, які посідають вищий рівень. Початок пасовищного ланцюга – автотрофні (ті, що живляться самі) організми, які спроможні синтезувати складні органічні сполуки з неорганічних, використовуючи найчастіше енергію сонячного світла, - це зелені рослини і фотосинтезуючі бактерії.
Автотрофні організми утворюють верхній ярус, або “зелений пояс”. Він є дуже важливою частиною сукупності, оскільки всі організми екосистеми так чи інакше залежать від постачання органічними речовинами, що їх синтезують рослини, і тому належать до гетеротрофів.
Ті організми, що живляться рослинами, належать до другого трофічного рівня; хижаки, які живляться травоїдними,- до третього. Добре відомі такі ланцюги живлення, як “трава – заєць – вовк”, “рослини - комахи – птахи” тощо. Людина в цій класифікації, яка споживає і рослинну, і тваринну їжу, посідає проміжне становище між другим і третім трофічними рівнями.
У детритних ланцюгах організми споживають мертву органічну речовину, поступово розкладаючи її на чимраз простіші сполуки –аж до неорганічних. Присутність детритних ланцюгів живлення необхідна кожній екосистемі, оскільки саме вони замикають кругообіг елементів, який без участі живих організмів відбувався б украй повільно. Вчені відносять грунти, де розкладаються речовини, коріння, тощо, до нижнього коричневого ярусу.
В екосистемах мають місце такі явища як коменсалізм, мутуалізм і нейтралізм – різні форми співіснування живих істот ( симбіоз).
Коменсалізм – коли для одного партнера співіснування є вигідним, а для іншого – нейтральним;
мутуалізм – коли співіснування організмів є взаємовигідним;
нейтралізм – коли співжиття організмів не приносить їм ні позитивних, ані негативних наслідків.
Кожен вид в екосистемі має своє функціональне місце – екологічну нішу, де він не конкурує з іншими видами за джерело енергії. Це фізичний простір, який займають організми кожного виду, з їхньою функціональною роллю в спільноті, розміщенням по відношенню до зовнішніх екологічних факторів, характером реакції на зміни факторів і морфоструктурним пристосуванням.