Екосистеми. Кругообіг речовин і потік енергії

 

Спільнота організмів входить до складу більш масштабної надорганізменну структури – екологічної системи. Вона складається з живого і неживого (відсталого) компонентів і компонента биокосного походження. Існування екологічної системи підтримується кругообігом речовин і передачею енергії між утворюють її компонентами.

Екосистема і біогеоценоз. Екологічна система (екосистема) – будь-яка сукупність спільно мешкають організмів і неорганічних компонентів, при взаємодії яких здійснюється круговорот речовин і передача енергії. Термін «екосистема» був запропонований в 1935 р англійським вченим Артуром Тенслі. Пізніше, в 1940 р, російський вчений Володимир Миколайович Сукачов ввів в науку схоже поняття – біогеоценоз (від лат. Bio – життя, ge – земля і koinos – загальний).

Екосистема і біогеоценоз – поняття подібні, але не тотожні. Поняття «екосистема» більш широке. Існують екосистеми різного масштабу: мікроекосистеми (трухлявий пень, калюжа з дощовою водою, акваріум та ін.); мезоекосісте-ми (яблуневий сад, поле, ліс, ставок, річка та ін.); макроекосистеми (океан, степ, тайга та ін.); глобальна екосистема (біосфера). Отже, екосистеми не мають певного обсягу, охоплюють простору різної величини і можуть створюватися людиною для господарського використання. Біогеоценоз (ялинник, діброва, сфагнове болото, суходільний луг та ін.) – Це природна екосистема, межі якої визначені фітоценозів, т. Е. Спільнотою рослин.

Структурні компоненти екосистеми. Екосистема в межах біогеоценозу складається з абіотичного середовища і біоценозу (рис. 261). Абиотическую середу (екотопів) екосистеми утворює неживої (відсталий) компонент – кліматоп (світло, температура, волога, повітря, іонний склад середовища і т. П.) І компонент живого (биокосного) походження – едафотоп (грунт, грунт). Біоценоз екосистеми складається з організмів трьох функціональних груп: продуцентів, консументів і редуцентів (рис. 262).

Продуценти (від лат. Producens – створює) – виробники органічних речовин – автотрофні організми, здатні синтезувати ці речовини з неорганічних сполук. До даної функціональної групи відносять зелені рослини, фотосинтезуючі і хемосинтезирующие бактерії.

Гетеротрофи (від лат. Consumo – споживаю) – споживачі органічних речовин – гетеротрофні організми, що живляться продуцентами (консументи першого порядку – травоїдні тварини) і консумента-ми (консументи другого, третього і т. Д. Порядків – хижі тварини). Рослиноїдні тварини – наприклад сарана, жуки-листоїди, клести, омелюхи, полівки, зайці, олені – споживачі першого порядку; м’ясоїдні тварини – жаби, жаби, ящірки, змії, комахоїдні птахи, хижі птахи і звірі – споживачі другого порядку, а хижі тварини, що годуються консументами другого порядку, – споживачі третього порядку. Всеїдні тварини, наприклад кабани, можуть бути консументами першого і другого порядків, а хижі, наприклад вовки, – другого і третього порядків.

Редуценти (від лат. Reducens – повертає), або деструктори, – руйнівники органічних речовин – сапротрофних бактерії і гриби. Вони споживають мертві органічні залишки і піддають їх мінералізації (деструкції) до неорганічних сполук. При цьому одні з редуцентов, харчуючись органічними речовинами мертвих рослин, тварин і мікроорганізмів, викликають їх розкладання і гниття. Інші редуценти минерализуют органічні залишки до утворення неорганічних речовин – води, вуглекислого газу, аміаку та мінеральних солей, які потім можуть використовуватися продуцентами.

Таким чином, екосистема складається з продуцентів, консументів і редуцентів. Окреме існування організмів кожної з цих функціональних груп неможливо. Якби на Землі жили тільки продуценти, то врешті-решт всі мінеральні речовини виявилися б зв’язаними в цих організмах (або в їх мертвих рештках) і відсутність вільних речовин призвело б до голоду продуцентів і їх подальшого зникнення. Без продуцентів не змогли б існувати консументи, так як в цьому випадку не відбувалося б утворення первинного органічної речовини.

Трофічні рівні. Основу існування екосистеми складають відбуваються в ній круговорот речовин і потік енергії, здійснювані по трофічних рівнів – групам організмів одного типу харчування.

Перший трофічний рівень складають автотрофні організми (в основному фотосинтезирующие рослини – продуценти), що створюють органічні речовини з неорганічних за рахунок сонячної енергії. Другий трофічний рівень утворений травоїдними тваринами, т. Е. Консументами першого порядку (гусениці метеликів, миші, полівки, зайці і т. П.), Що споживають органічні речовини, створені продуцентами. Третій трофічний рівень займають м’ясоїдні тварини – консументи другого порядку (хижі комахи, комахоїдні птахи і т. П.), Що споживають травоїдних тварин. Четвертий трофічний рівень утворюють м’ясоїдні тварини, т. Е. Консументи третього порядку (хижі птахи та звірі).

При поїданні одних організмів іншими органічні речовини їжі і укладена в них енергія переходять з одного трофічного рівня на інший. При цьому значна частина їжі організмами не засвоюється. Органічні речовини засвоєної частини їжі витрачаються на дихання, а звільняється при цьому енергія витрачається на інші процеси життєдіяльності. Велика частина цієї енергії розсіюється у вигляді тепла. В середньому з одного трофічного рівня на інший від рослин до рослиноїдних тварин в екосистемі передається близько 10% органічних речовин і укладеної в них енергії, а від тварин до тварин – близько 20%. Такі відмінності пов’язані з тим, що рослиноїдні тварини в цілому менш ефективно засвоюють їжу, ніж м’ясоїдні, бо рослинна їжа містить велику кількість важкоперетравлюваної клітковини.

Трофічні (харчові) ланцюга та мережі. Кругообіг речовин і передача енергії в екосистемі здійснюються по трофічних (харчових) ланцюгів – рядам організмів, пов’язаних один з одним харчовими зв’язками. Розрізняють два типи трофічних ланцюгів: пасовищні, або ланцюга виїданням, і детрітние (від лат. Detritus – істёртий), або ланцюга розкладання (рис. 263).

Потужність енергетичних потоків через ланцюги виїданням і ланцюги розкладання неоднакова. У водних екосистемах значна частина енергії надходить через пасовищні ланцюга, де органічна речовина створюють одноклітинні зелені водорості і ціанобактерії. На суші співвідношення зворотне: 90% всієї енергії надходить в детрітние ланцюга через рослинний опад, який утворюють дерева і чагарники. Детрит потім споживають тварини-детритофаги.

Трофічні ланцюги утворюють в екосистемі трофічну (харчову) мережа – складне переплетення декількох харчових ланцюгів, де організми – ланки одного ланцюга – є складовими частинами іншого ланцюга. Випадання однієї ланки не призводить до загибелі екосистеми, його замінює організм зі схожими екологічними характеристиками. Наприклад, якщо в екосистемі луки сталася загибель великої кількості полівок – основної їжі лисиць, то останні можуть перейти на харчування комахами, молюсками і земноводними, також є в трофічної мережі луки консументами другого порядку.

Число трофічних рівнів в екосистемах обмежено, що пов’язано з втратою енергії на кожному з них. Енергія, накопичена продуцентами, до останнього трофічного рівня практично вичерпується, тому кругообігу енергії в екосистемі, на відміну від кругообігу речовин, не відбувається. Існує лише односпрямований потік енергії, пов’язаний з її перетворенням і витрачанням організмами на кожному трофічному рівні.

Екологічна система (екосистема); біогеоценоз; екотопів; кліматоп, едафотоп; функціональні групи організмів: продуценти, КОНСУМ-ти, редуценти (деструктори); трофічні рівні; трофічні (харчові) ланцюга: пасовищні (виїданням), детрітние (розкладання); трофічна мережа.

Посилання на основну публікацію