План.
- Основной объект экологии.
- Состав и функциональная структура экосистемы.
а) автотрофы
б) гетеротрофы
- Пищевые сети и трофические уровни.
- Стабильность и развитие экосистем.
Основной объект экологии – это экологическая система, или экосистема, — пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.
Термин «экосистема» введен в экологию английским ботаником А. Тенсли (1935). Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Поэтому оно приложено как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица), так и к естественным комплексам организмов и среды обитания (озеро, лес, океан). Различают водные, наземные экосистемы.
Все они образуют на поверхности планеты густую пеструю мозаику. При этом в одной природной зоне встречается множество сходных экосистем – или слиты в однородный комплекс, или разделенных другими экосистемами.
В каждой локальной наземной экосистеме есть абиотический компонент — биотоп, или экотоп, — участок с одинаковыми ландшафтными, почвенными, климатическими условиями и биотический компонент сообщество, или биоценоз, — совокупность всех живых организмов, населяющий данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию данного вида в экосистеме.
Члены сообщества так тесно взаимодействуют со средой обитания, что биоценоз часто трудно рассматривать отдельно от биотопа.
Например, участок земли – это не просто «место», но и множество почвенных организмов и продуктов жизнедеятельности растений и животных. Поэтому их объединяют под названием биогеоценоза: «биотоп + биоценоз = биогеоценоз». Биогеоценоз – это элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Понятие биогеоценоза ввел В.Н. Сукачев (1942).
Схема биогеоценоза.
Состав и функциональная структура экосистемы.
Каждая экосистема имеет собственное материально-энергетическое хозяйство и определенную функциональную структуру. В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различаемые по способу питания – автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы (самопитающие) – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ: диоксида углерода и воды – посредством процесса фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляет фотоавтотрофы – все хлорофиллоносные (зеленые) растения и микроорганизмы. Хемосинтез наблюдается у некоторых хемоавтотрофных бактерий, которые используют в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа.
Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы, большая часть бактерий.
В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они подразделяются на несколько категорий: консументы, детритофаги и редуценты.
Консументы – потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:
- Растительноядные животные;
- Плотоядные животные;
- Паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина;
- Симбиотрофы (бактерии, грибы).
Детритофаги, или сапрофаги – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных.
Редуценты – бактерии и низшие грабы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.
Важной характеристикой экосистем является разнообразие видового состава. При этом выявляется ряд закономерностей:
- Чем разнообразнее условия биотопов в пределах экосистемы, тем больше видов содержит соответствующий биоценоз.
- Чем больше видов содержит экосистема, тем меньше особей насчитывают соответствующие видовые популяции.
- Чем больше разнообразия биоценоза, тем больше экологическая устойчивость экосистемы; биоценозы с малым разнообразием подвержены большим колебанием численности доминирующих видов.
- Эксплуатируемые человеком системы, представленные одним или малым числом видов, неустойчивы по своей природе и не могут самоподдерживаться.
- Никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Если проходит нарушение структуры экосистемы, то может разрушиться все сообщество. Но бывает, что после исчезновения одного вида, на его месте оказываются другие организмы, другой вид, но выполняющий сходную функцию в экосистеме. Эта закономерность называется правилом замещения, или дублирования: у каждого вида в экосистеме есть «дублер».
Пищевые сети и трофические уровни.
Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза («кто кого и сколько поедает»), можно построить пищевые цепи и пищевые сети питания различных организмов.
Они образуются потому, что практически любой член какой-либо пищевой цепи одновременно является звеном и в другой пищевой цепи: он потребляет и его потребляют несколько видов других организмов.
Различают несколько видов:
Пастбищные пищевые цепи начинаются с продуцентов, при переходе с одного уровня на другой происходит увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяции, скорости размножения и продуктивности по биомассе.
Цепи паразитов характеризуются уменьшением размеров особей при увеличении численности, скорости размножения и плотности популяции.
Детритные цепи включают только редуценты, сходные с цепями паразитов.
Упрощенная схема одной из возможных пищевых сетей.
Благодаря определенной последовательности пищевых отношений различаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Так, первый трофический уровень во всех экосистемах образуют продуценты – растения; второй – первичные консументы – фитофаги, третий – вторичные консументы – зоофаги и т.д.
Стабильность и развитие экосистем.
В природных экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяции организмов. Они вызываются разными причинами. Кратковременные – погодными условиями и биотическими воздействиями; сезонные – большим годовым ходом температуры. Все колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят за границы устойчивости экосистемы – ее обычного размера, видового состава, биомассы, продуктивности, соответствующих географическим и климатическим условиям местности. Такое состояние экосистемы называется климаксное.
Климаксные сообщества характеризуются завершенностью адаптивного ответа на комплекс факторов среды. Устойчивость экосистемы, как правило, тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный составы.
Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным изменениям состояния биогеоценозов местности и к постоянной смене одних сообществ другими. Такие изменения называют экологической сукцессией.
Различают первичную сукцессию – постепенное заселение организмами появившейся девственной суши, оголенной материнской породы.
Вторичные сукцессии имеют характер постепенного восстановления свойственного данной местности сообщества после нанесенных повреждений.
Развитие экосистем не сводит к сукцессиям. В отсутствие нарушений среды незначительные, но стойкие отклонения от единицы (например, в относительно молодом лесу) приводят к изменению соотношения между автотрофами и гетеротрофами, постепенно увеличивают биологическое разнообразие и относительное значение детритных цепей в круговороте веществ, так что вся продукция используется полностью.
Список использованной литературы:
- Т.А. Акимова, В.В. Хаскин, «Экология», Москва, 2002 г.
- С. Розанов, «Общая экология», Санкт-Петербург-Москва-Краснодар, 2005 г.
- Т.П. Трушина, «Экологические основы природопользования», Ростов-на-Дону, «Феникс», 2001 г.
- В.И. Коробкин, Л.В. Передельский, «Экология», Ростов-на-Дону «Феникс», 2004 г.
