Круговорот веществ в экосистемах. Потоки энергии в экосистемах. Трофические цепи и экологические пирамиды

Понятие экологических систем, их классификация, типы и составляющие. Свойства и функции экосистем.

Основной функциональной единицей экологии является экосистема.

В природе живые организмы и популяции, которые они составляют, никогда не существуют отдельно друг от друга и всегда связаны со средой обитания. Популяции разнообразных видов всегда составляют сообщества, в которых все живые организмы находятся во взаимодействии. Такие сообщества живых организмов немецкий ученый Мёбиус в 1877 году предложил называть биоценозами (от сочетания греческих слов bios – жизнь + cenosis – сообщество).

Итак, биоценоз – это совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема и взаимодействующих друг с другом.

Интересным является тот факт, что названия сухопутным биоценозам дает сочетание преобладающих в данном сообществе растений. Если преобладают деревья, то это лес, парк или сад, если травянистые растения, то - луг, поле или степь. Но нигде мы не встретим биоценоз зайцев или волков.

Биоценозы – это открытые системы. В природе они не занимают четко ограниченные зоны и нередко могут сливаться, переходя друг в друга.

Сочетание неживых компонентов среды обитания, с которыми связан биоценоз, получили название биотопа. Взаимосвязанное сообщество биоценоза и биотопа в современной экологии получило название экологической системы или экосистемы. Термин «экосистема» был предложен в 1933 году английским экологом А. Тэнсли.

Экосистема (биогеоценоз) – это совокупность растительного (фитоценоз), животного (зооценоз) мира, мира микроорганизмов (микробоценоз), обитающих на определенной территории (эдафотоп) с однотипными условиями обитания (климатоп, представленный газами атмосферы и водой), которые взаимосвязаны и взаимодействуют между собой, имеют определенный тип обмена веществ и энергии и которые находятся в постоянном развитии и движении. Любая экосистема выполняет три основные функции:

- синтез органических питательных веществ;

- круговорот питательных веществ и энергии;

- устойчивость.

В отличие от биоценоза, границы которого очерчены преобладающим растительным сообществом, экологическая система не имеет явных границ, в связи с чем по размеру их подразделяют на четыре класса.

Микроэкосистемы – минимальная по размеру, но вполне автономная единица природы, в которой имеется круговорот веществ. Например, подушка лишайника на камне или пне дерева, где образовалось взаимовыгодное сообщество, состоящее из зеленой водоросли – продуцента, обеспечивающего сообщество органическими веществами, и гриба – консумента и, возможно, редуцента, который закрепляет лишайник на субстрате и обеспечивает сообщество минеральными веществами и водой.

Мезоэкосистема – экосистема среднего размера, которая состоит из одного или нескольких растительных сообществ. Например – лес или национальный парк Беловежская Пуща или озеро Нарочь.

Макроэкосистема – крупные экосистемы, представленные крупным сухопутным сообществом (биомом) материка или экосистемой моря, океана. Крупные сочетания экосистем ‑ биомы представляют собой природную зону или область с определенными климатическими условиями и существующим набором доминирующих видов растений и животных, составляющих географическое единство. Выделяют 9 основных типов биомов: 1) тундра, 2) тайга, 3) леса умеренной зоны, 4) степи умеренной зоны, 5) растительность средиземноморского типа, 6) пустыни, 7) тропические саванны и лугопастбищные земли, 8) тропическое редколесье, 9) тропические леса.

Глобальная экосистема – самая большая и единственная экосистема всей нашей планеты, состоящая из сочетания всех живых организмов Земли и среды их обитания. Глобальная экосистема Земли называется биосфера.

Существование экосистем возможно лишь при притоке из окружающей среды не только энергии, но того или иного количества веществ. Все реальные экосистемы, в совокупности составляющие биосферу Земли, принадлежат к открытым системам и делятся на следующие типы:

- естественная без дотаций (лес, степь);

- естественная с дотациями (парки);

- искусственная с дотациями (агроценозы);

- урбанизированная.

Трофическая (функциональная) структура биоценозов. Цепи питания. Любой биоценоз включает несколько трофических (пищевых) уровней или звеньев, обеспечивающих обращение энергии в сообществе.

Первый уровень представлен растениями. Их называют автотрофами (греч. autos – сам и trophe - питание) или продуцентами (лат. producentis - создающий). Эти организмы из неорганических компонентов окружающей среды СО₂ и Н₂О, используя энергию солнца, создают (продуцируют) органические питательные вещества. В процессе фотосинтеза образуется также молекулярный кислород, жизненно важный для большинства живых организмов Земли.

Второй и последующие уровни трофической цепи представлены животными. Их называют гетеротрофами (греч. геторос -другой) или консументами (лат consumo – потреблять).Их функцией является потребление органических веществ и их распределение в экосистеме.

Последний уровень представлен в основном бактериями и грибами, питающимися мертвым веществом. Их называют редуцентами (лат. reducentis - возвращать). Они разлагают органическое вещество до исходных минеральных элементов - воды и некоторых газов.

Такое взаимодействие всех групп организмов в экосистеме называют круговоротом веществ и энергии.

Перенос запасенной автотрофами энергии в виде химических связей продуктов фотосинтеза к потребителям (гетеротрофам) через последовательный ряд организмов, происходящий в результате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью. Число звеньев в пищевой цепи бывает от 3 до 5 (рис. 2).