Лекция 3.
Тема: Экосистема
План:
1. Экосистема. Ранги экосистем
2. Состав и структура экосистемы
3. Энергия экосистемы
4. Экологические пирамиды
5. Циклические и поступательные изменения
6. Сукцессии
7. Искусственные экосистемы
Экосистема. Виды экосистем
Термин "экосистема" введен в экологию английским ботаником А. Тенсли (1935). Экосистема - любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды, функционирующих как единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией. Основные свойства экосистемы: способность осуществлять круговорот веществ; противостоять внешним воздействиям; производить биологическую продукцию. Понятие экосистема применяется к единицам различной величины. Выделяют обычно экосистемы различного ранга:
Микроэкосистемы (небольшой водоем, труп животного с населяющими его организмами, аквариум, лужица).
Мезоэкосистемы (лес пруд, река и т.п.).
Макроэкосистемы (океан, континент, природная зона и т.п.)
Глобальная экосистема – биосфера в целом.
Все более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга. Каждая экосистема имеет характерный набор растений, животных и микроорганизмов.
Принцип организации экосистем:
1) относительная однородность;
2) интенсивность обмена веществ и энергии между компонентами;
3) открытость в территориальном отношении;
4) стабильность во времени;
5) саморегуляция.
Состав и структура экосистемы
Совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы. Пути взаимодействия разных категорий организмов – это ее биотическая структура.
Организмы, входящие в экосистему, различаются по способу питания.
|
|
1. Автотрофы (самопитающиеся) – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – углекислого газа и воды с помощью фотосинтеза или хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют зелёные растения с помощью пигмента хлорофилла. Хемосинтез – бактерии, живущие за счёт энергии окисления водорода, серы, железа и др. Автотрофы это производители продукции экосистем или продуценты.
2. Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это животные, грибы, большая часть бактерий. Они потребители и деструкторы (разрушители). В зависимости от источников питания гетеротрофов делят на консументов – потребителей живого органического вещества других организмов (растительноядных и плотоядных), сапрофагов – питающихся мёртвым органическим веществом и редуцентов – разлагающих органическое вещество до углекислого газа, воды и минеральных элементов. Все группы организмов тесно взаимодействуют между собой, образуя потоки вещества и энергии. Их совместная жизнедеятельность поддерживает структуру экосистемы, обеспечивает её самоочищение.
В экосистемах выделяют следующие типы взаимоотношений между организмами:
Трофические связи наблюдаются, когда один вид питается другим - либо живыми особями, либо продуктами их жизнедеятельности (стрекозы, ловящие на лету других насекомых, и жуки-навозники, питающиеся пометом крупных копытных, и пчелы, собирающие нектар растений).
Топические связи характеризуют любое физическое или химическое изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Эти связи крайне разнообразны. Они заключаются в создании одним видом среды для другого. Морские желуди, поселяющиеся на коже китов, личинки мух, обитающие в лепешках навоза, лишайники на стволах деревьев связаны прямой топической связью с теми организмами, которые предоставляют им субстрат или среду обитания.
|
|
Форические связи - это участие одного вида в распространении другого. В роли транспортировщиков выступают животные. В роли транспортировщиков выступают животные. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называют зоохорией, перенос других, более мелких животных— форезией (от лат. форас— наружу, вон) (жуки-навозники - клещи: нередко ползают с поднятыми подкрыльями, т.к. не в состоянии их сложить из-за густо усеявших тело клещей.). Перенос осуществляется обычно с помощью специальных и разнообразных приспособлений. Животные могут захватывать семена растений двумя способами: пассивным и активным. Пассивный захват происходит при случайном соприкосновении тела животного с растением, семена или соплодия которого обладают специальными зацепками, крючками, выростами (череда, лопух). Распространителями их обычно служат млекопитающие, которые на шерсти переносят такие плоды иногда на довольно значительные расстояния. Активный способ захвата—поедание плодов и ягод. Не поддающиеся перевариванию семена животные выделяют вместе с пометом.
Фабрические выражаются в использовании для создания различных сооружений частей тела др. организмов, их выделений, а иногда и целых живых особей (гнезда птиц, подстилка в норах, проживание в дуплах деревьев).
|
|
Энергия экосистемы
Энергетические потоки. Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии - единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого в соединении с углекислым газом и водой рождает процесс фотосинтеза. Солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам.
Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую или трофическую цепь: от автотрофов - продуцентов (создателей) к гетеротрофам - консументам (пожирателям) и так 4-6 раз с одного трофического уровня на другой. Трофический уровень - это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, второй - это растительноядные консументы (фитофаги), третий - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными консументами (зоофаги), четвертый - консументы, потребляющие других плотоядных паразиты. Большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий теряется. Приблизительно потери составляют 90 %: на каждый следующий уровень передается не более 10 % энергии от предыдущего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника 10 Дж.
Различают два вида трофических цепей: А - цепи выедания, илипастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирующих растений, и Б - детритные цепи разложения, которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов, экскрементов животных. Таким образом, входя в экосистему, поток лучистой энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, но источник энергии общий - солнечный свет.
Биологическая продуктивность экосистем. Продуктивность экологической системы - это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосиносинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое затем может быть использовано в качестве пищи.
Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Количество создаваемой автотрофами биомассы называется первичной продукцией (Р). Общее количество биомассы называют при этом валовой продукцией, а прирост биомассы — чистой продукцией. Часть энергии идет на поддержание жизни, дыхание самих растений и теряется для сообщества в виде потерь на дыхание; они составляют 40-70% от валовой продукции. Разница между валовой продукцией и дыханием как раз и составляет чистую продукцию. Таким образом, чистая продукция является скоростью наращивания биомассы, доступной для потребления гетеротрофами.Скорость образования первичной продукции, т.е. количество биомассы, образующейся в единицу времени, называют биологической продуктивностью (биопродуктивностью) экосистемы. Количество биомассы, создаваемой на последующих трофических уровнях, называют вторичной продукцией. Эту группу организмов объединяют во второй трофический уровень, который представлен консументами.
Все живые компоненты экосистемы - продуценты, консументы и редуценты - составляют общую биомассу сообщества в целом или его отдельных частей, тех или иных групп организмов. Биомассу обычно выражают через сырой и сухой вес, но можно выразить и в энергетических единицах - в калориях, джоулях.
Экологические пирамиды
Функциональные взаимосвязи, т.е. трофическую структуру можно изобразить графически в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Известны три основных типа экологических пирамид.
1) Пирамида чисел - отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона).
2) Пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества - общий сухой вес, калорийность и т.д.
3) Пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последующих трофических уровнях.