Источники энергии для организмов. Автотрофы и гетеротрофы

Материальный и энергетический баланс биосферы

Лекция 6.

Сукцессия экологической системы

Динамика экосистем.

Любой биогеоценоз динамичен, в нём постоянно происходят изменения в состоянии жизнедеятельности его членов соотношений популяций. Все многообразные изменения, происходящие а любом сообществе, относятся к двум основным типам: циклические в поступательные.

Циклические изменения сообществ отражают суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявлений эндогенных (внутренних) ритмов организма.

Поступательные изменения в сообщества приводят в конечном итоге к смене этого сообщества другими, с иным набором господствующих видов. Причиной подобных смен могут быть внешние по отношению к ценозу факторы, длительно действующие в одном направлении. Например, осушение болотных почв в результате мелиорации, усиленный выпас скота, загрязнение водоёмов и т.п.

Закономерный и направленной процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой называют сукцессией.

Сукцессия (от лат сукцессия – преемственность, наставление) – это процесс взаимодействия сообществ. В основе сукцессии лежит понятие биологического круговорота в данном ценозе. Каждый живой организм в результате жизнедеятельности меняет вокруг себя среду изымая из неё часть веществ и насыщая ее продуктами метаболизма. При более или менее длительном существовании популяций они меняют свое окружаете в неблагоприятную сторону и в результате оказываются вытесненными популяциями других видов, для которых вызванные преобразования среды оказываются экологически выгод-ными. Происходит смена господствующих видов более устойчивых и соответствующих конкретным абиотическим условиям среды.

Различают сукцессии зоогенные, вызванные сильным воздействием животных, фитогенные, антропогенные (под воздействием хозяйственной деятельности человека), катастрофические (следствие пожара, сильного ветра, загрязнения воды, атмосферы и т.п.). Человек воздействует на экосистемы, находящиеся на определенных этапах сукцессии, и от этого зависит дальнейшее развитие экосистемы.

Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Протекающие через живые организмы потоки вещества и энергии в процессе обмена веществ весьма велики. Человек, например, за свою жизнь потребляет десятки тонн пищи и воды, тысячи кубометров воздуха.

Чрезвычайно высокая интенсивность потоков вещества из неорганической природы в живые тела давно привела бы к полному исчерпанию запасов необходимых для жизни соединений, т.е. биогенных элементов. Но этого не происходит, и жизнь не прекращается, так как указанные элементы постоянно возвращаются в окружающую среду. И происходит это благодаря биоценозам, в которых в результате пищевых отношений между видами синтезированные растениями сложные органические вещества превращаются в конце концов в такие простые соединения, как диоксид углерода, вода, ряд элементов, которые могут быть снова использованы растениями в процессе фотосинтеза. Так возникает биологический круговорот вещества. Следовательно, биоценоз, будучи и сам по себе сложной системой живых организмов, является частью еще более сложной системы. В последнюю помимо живых организмов входит и их неживое окружение, которое содержит различные вещества и энергию, необходимые для развития и обеспечения жизнедеятельности.

Любую совокупность организмов и неорганических компоненте окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экологической системой, или экосистемой.

Природные экосистемы могут быть самого различного объема и протяженности. Это и капля воды с ее обитателями, и лужа, пруд, луг, тайга, степь.

Однако любая экосистема, независимо от размера, включает в себя живую часть (биоценоз) и ее физическое, т.е. неживое, окружение. При этом малые экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до глобальной экосистемы Земля. Аналогично общий биологический круговорот вещества на планете также складывается из взаимодействия множества более мелких, частных круговоротов.

Сразу отметим, что понятия «экосистема» (термин предложен А.Тенсли в 1935 г.) и «биогеоценоз» близки по сути. Первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, а «биогеоценоз» — понятие территориальное, относящееся к таким участкам суши, которые заняты фитоценозами. Концепции экосистем и биогеоценозов, дополняя и обогащая друг друга, позволяют рассматривать функциональные связи сообществ и окружающей их абиотической среды в разных аспектах и с разных точек зрения.

Экосистема может обеспечить круговорот веществ только в том случае, если включает четыре необходимые для этого части: 1)запасы биогенных элементов; 2) продуценты; 3) консументы; 4) редуценты.

На их сложном и постоянном взаимодействии основан первый (основной) пришит функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Данный принцип гармонирует с законом сохранения массы. Так как атомы не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых, различных химических соединениях и запас их практически неограничен. Именно это и происходит в природных экосистемах.

Необходимо подчеркнуть, однако, что биологический круговорот не совершается исключительно за счет вещества, поскольку он — результат деятельности организмов, для обеспечения жизнедеятельности которых требуются постоянные энергетические затраты, поставляемые Солнцем. Энергия солнечных лучей, поглощаемая зелеными растениями, в отличие от химических элементов, не может использоваться организмами бесконечно. Данное заключение вытекает из второго закона термодинамики: энергия при превращении из одной формы в другую, т.е. при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде.

Следовательно, каждый цикл круговорота, зависящий от активности организмов и сопровождаемый потерями энергии из них, требует все новых дотаций энергии. Существование экосистем любого ранга и вообще жизни на Земле обусловлено постоянным круговоротом веществ, который в свою очередь поддерживается постоянным притоком солнечной энергии. В этом состоит второй основной принцип функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

6.2. Трофические отношения между организмами: