double arrow

Состав и функциональная структура экосистемы

Понятие об экосистемах и их классификация

ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (СИНЭКОЛОГИЯ)

Вопросы:

1 Понятие об экосистемах и их классификация;

2Состав и функциональная структура экосистемы;

3 Поток энергии в экосистемах;

4 Пищевые цепи и сети, трофические уровни;

5 Экологические пирамиды;

6 Продуктивность экосистем.

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находясь в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое со­общество) на данном участке и взаимодействующая с физи­ческой средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему. Эко­логическая система, или экосистема, - основная функциональная едини­ца в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда - ком­поненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Термин «экосистема» впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли (1871 -1955). Само же представле­ние об экосистеме возникло значи­тельно раньше. Упоминание о единстве организмов и среды можно найти в самых древних письменных памятниках исто­рии. Однако только в конце XIX в. стали появляться высказыва­ния такого рода, при этом практически одновременно в амери­канской, европейской и русской литературе (К. Мебиус, 1877; С. Форбс, 1877; В. Докучаев, 1886 и др.).

В настоящее время широкое распространение получило следующее определение экосистемы. Экосистема - это лю­бая совокупность организмов и неорганических компонен­тов, в которой может осуществляться круговорот ве­ществ. По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема - это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объеди­ненные в единое функциональное целое, возникающее на ос­нове взаимозависимости и причинно-следственных связей, су­ществующих между отдельными экологическими компонен­тами. Следует подчеркнуть, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему. А. Тенсли (1935) предложил следующее соотношение:

Экосистема = Биотоп + Биоценоз

В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г. В. Н. Сукачевым. По его определению, биогеоценоз - «это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явле­ний (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веще­ством и энергией их между собой и другими явлениями приро­ды и представляющая собой внутренне противоречивое диалек­тическое единство, находящееся в постоянном движении, разви­тии». Существует мнение, будто содержание «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характери­стики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосисте­ма» вкладывается, прежде всего ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.

Классификация экосистем. Существующие на Земле экосистемы разнообразны. Вы­деляют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дере­ва), мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.), макроэкосистемы (кон­тинент, океан и др.) и глобальную - биосфера.

Крупные наземные экосистемы называют биомами. Каж­дый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам, связанных друг с другом экосистем. Существует несколько классификаций экосистем. Например, одна из них, основанная на особенностях макроструктуры, приведена в таблице 1.

Наземные биомы здесь выделены по естественным или ис­ходным чертам растительности, а типы водных экосистем - по геологическим и физическим особенностям. Перечислен­ные в табл. 1 основные типы экосистем представляют собой ту среду, на которой развилась человеческая цивилиза­ция, представляют основные биотические сообщества, под­держивающие жизнь на Земле.

Таблица 1 - Основные типы природных экосистем и биомов (по Ю. Одуму, 1986)

Наземные биомы

Вечнозеленый тропический дождевой лес

Полувечнозеленый тропический лес: выраженный влажный и сухой сезоны Пустыня: травянистая и кустарниковая

Чапараль - районы с дождливой зимой и засушливым летом

Тропические грасленц и саванна

Степь умеренной зоны

Листопадный лес умеренной зоны

Бореальные хвойные леса

Тундра: арктическая и альпийская

Типы пресноводных экосистем

Ленточные (стоячие воды): озера, пруды и т. д.

Лотические (текучие воды): реки, ручьи и т. д.

Заболоченные угодья: болота и болотистые леса

Типы морских экосистем

Открытый океан (пелагическая)

Воды континентального шельфа (прибрежные воды)

Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыбо­ловством) Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т. д.)

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 - двуокиси углерода и воды - посредством процессов фото­синтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют 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. Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют отно­сительно небольшую роль, за исключением чрезвычайно важ­ных нитрифицирующих бактерий.

Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего новою органическою вещества в любой экосистеме, т.е., являются производителями продукции - продуцентами экосистем.

Гетеротрофы («питающиеся другими») - организмы, потреб­ляющие готовое органическое вещество других организмов и про­дуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. У некоторых групп бактерий, так же, как и у большинства растений-паразитов и насекомоядных растений совмещаются автотрофные и гетеротрофные функции. В отличие от автотрофов - продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимо­сти от источников питания и участия в деструкции гетеротрофы подразделяются на несколько категорий: консументов, детритофагов и редуцентов.

Консументы – потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:

1) растительноядные животные (фитофаги), питающиеся жи­выми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон);

2) плотоядные животные (зоофаги), поедающие других живот­ных, - различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);

3) паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина; это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различ­ные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;

4) симбиотрофы - бактерии, грибы, простейшие, которые, пи­таясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с этим и жизненно важные для него трофические функ­ции; это мицелиальные грибы - микоризы, участвующие в корне­вом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярными азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее перевари­мость и усвоение поедамой растительной пищи. Существует нема­ло животных со смешанным питанием, потребляющих и растительную, и животную пищу.

Детритофаги, или сапрофаги - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом - остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные - все они выпол­няют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты - бактерии и низшие грибы - 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.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энер­гии. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, обусловливая самоочищение экосистемы, ее среды. Это особенно хорошо проявляется в водных экосистемах, где существуют группы организмов - фильтраторов. Известно, например, какую большую роль в очищении воды озера Байкал играет небольшой рачок эпишура.

Важной характеристикой экосистем является разнообразие видового состава. При этом выявляется ряд закономерностей:

1. Чем разнообразнее условия биотопов в пределах экосистемы, тем больше видов содержит соответствующий биоценоз.

2. Чем больше видов содержит экосистема, тем меньше особей насчитывают соответствующие видовые популяции. В биоценозах тропических лесов при большом видовом разнообразии популяции относительно малочисленны. Напротив, в системах с малым видовым разнообразием (биоценозы пустынь, сухих степей, тундры) некоторые популяции достигают большой численности.

3. Чем больше разнообразие биоценоза, тем больше экологи­ческая устойчивость экосистемы; биоценозы с малым разнообра­зием подвержены большим колебаниям численности доминирую­щих видов.

4. Эксплуатируемые человеком системы, представленные одним или очень малым числом видов (агроценозы с земледельче­скими монокультурами) неустойчивы по своей природе и не могут самоподдерживаться.

5. Никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Если по какой-либо причине происходит нарушение структуры экосистемы, исчезает группа организмов, вид, то по закону цепных реакций может сильно измениться или даже разрушиться все сообщество. Но часто бывает и так, что через какое-то время после исчезновения одного вида на его месте оказываются другие организмы, другой вид, но выполняющий сходную функцию в экосистеме. Эта закономерность называет­ся правилом замещения или дублидования: у каждого вида в экосистеме есть «дублер». Такую роль обычно выполняют виды менее специализированные и в то же время экологически более гибкие, адаптивные. Так, копытных в степи замещают грызуны; на мелководных озерах и болотах аистов и цапель замещают кулики и т.п. При этом решающую роль играет не систематическое положение, а близость экологических функции групп организмов.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: