Компоненти екосистем і їх функції

У числі біологічних компонентів, що складають екосистему, чітко виділяють три групи організмів: продуценти, консументи і редуценти.

Продуценти – організми, що створюють органічну речовину з неорганічних сполук (автотрофи – рослини, що створюють органічну речовину шляхом фотосинтезу, хемотрофи – деякі організми, що створюють органіку за рахунок хімічних реакцій).

Гетеротрофи – організми, що живляться органічною речовиною (всі тварини, частина мікроорганізмів, паразитичні і комахоїдні рослини). Розрізняють консументи першого порядку – травоїдні тварини, другої – хижаки, третій – багато паразити і т.д.

Редуценти – організми, в ході життєдіяльності здатні перетворювати органічна речовина в неорганічне (більшість мікроорганізмів, гриби).

Співвідношення біомаси продуцентів, консументів і редуцентов визначає каркасну структуру екосистеми. Зазвичай це співвідношення графічно зображують як піраміду (піраміду мас, рідше чисел, мається на увазі число особин). Як правило, основна частка біомаси припадає на продуцентів, число консументів першого порядку істотно менше, ще менше сукупність консументів другого порядку і т.д. При переході від одного ступеня піраміди до іншої втрачається від 7 до 15% енергії. Тому число ступенів піраміди обмежена, зазвичай 5 – 7.

Найважливіший компонент екосистеми – організми – в тій чи іншій мірі визначають її вигляд. При цьому одні з них формують його більшою мірою, ніж інші. Види, що грають основну роль у створенні біосередовищ в екосистемі, називаються едіфікаторамі. Зазвичай це рослини. Однак і тварини можуть грати цю роль, наприклад, сойка, що поширює жолуді, бабаки, що створюють (змінюють) умови зростання рослин в степу, грунтові або глибоководні тварини (в глибинах океану рослини відсутні). Організми, менш впливають на створення середовища і вигляду екосистеми, називаються ассектатор. Умови їх існування визначаються едіфікаторамі.

До числа компонентів екосистеми крім організмів відноситься низка інших матеріальних складових: енергія (включаючи всі променеві, хвильові та квантові джерела), газовий склад (атмосфера), вода (рідка складова), почвосубстрат. Іноді до цього переліку додають інформацію. Екологічні компоненти забезпечують кругообіг речовин і закономірне проходження потоку енергії в біосфері (глобальній екосистемі). Енергія Сонця, потрапляючи на рослини, створює передумови для фотосинтезу та продукування органічної речовини із залученням газів атмосфери і мінеральних речовин з субстрату. Як було показано вище, органічна речовина рослин споживається тваринами і паразитичними рослинами і, як рослинна, так і тварина, знову розкладається після смерті організмів редуцентамі на прості сполуки (солі, гази), що повертаються таким чином в атмосферу і почвогрунти.

Істотною властивістю екосистеми є час її існування. Взагалі, під системним часом (характерним власним часом системи) мають на увазі час, що розглядається в масштабі періоду існування даної системи або відбуваються в ній. Наприклад, час життя особини, зміни поколінь, тривалості існування виду організмів планети. Для кожної з перерахованих вище систем характерні своя просторова протяжність (об’єм, площа) і маса, а також (мінімальне) кількість підсистем, що дозволяє системі існувати і функціонувати. Можна відзначити, що час життя біосфери більше, ніж час існування помірних лісів північної півкулі планети, а час існування конкретної ділянки лісу або галявини менше, ніж лісової зони в цілому.

У ході розвитку нашої планети змінювався якісно і кількісно склад компонентів. Природно, що змінювалися і самі екосистеми. Здатність екосистем адаптуватися до змін вельми важлива. Екосистема являє собою сукупність різних компонентів. У той же час її особливості визначаються не тільки сумою їх властивостей. Універсальна властивість екосистем – їх емерджентність (від англ. – Виникнення, поява нового). Так, ліс – не одне дерево, а безліч, яке утворює нову властивість. Зрозуміло, що одне дерево або навіть десяток дерев ще не ліс.

Розрізняють циклічну (флуктуаційну) і поступальну динаміку екосистем (в останньому випадку можна говорити про розвиток). До числа циклічних змін відносять різні (за часом) типи динаміки. Найпростіший з них – добовий (пов’язаний зі зміною освітленості, фотосинтезу, активності денних, сутінкових або нічних тварин). Сезонна динаміка визначається положенням планети по відношенню до сонця, що викликає чергування весни, літа, осені та зими. Сонячна активність визначає багаторічну динаміку екосистем (2-, 4-, 11-річні цикли тощо). Більш складними космічними і планетарними процесами визначаються тривалі цикли, протяжність яких охоплює періоди від декількох десятиліть до мільйонів років. Для циклічних змін екосистем характерні їх більш-менш правильна періодичність.

Поступальна динаміка екосистем звичайно пов’язана з впровадженням в їх склад нових видів або зміною одних видів іншими.

У кінцевому рахунку і той і інший процес призводять до зміни біоценозів або екосистем в цілому. Такі зміни отримали назву сукцесій (від лат. Сукцесії – спадкоємність, успадкування). У випадку, якщо сукцесія обумовлюється зовнішніми стосовно екосистемам факторами, говорять про екзогенних сукцесіях, коли зміна виникає під дією внутрішніх причин – про ендогенних.

Екзогенні сукцесії можуть бути викликані зміною клімату, такі процеси можуть йти сто чи навіть тисячі років, тому їх називають віковими.

У ході еволюції життя на Землі біологічні види перетворюються в нові форми. У такому випадку можна говорити про ендогенних сукцесіях.

Якщо зміни викликані діяльністю людини, кажуть про антропогенні сукцесіях. Так, на місці вирубки або згарища, які знищили ліс (слід мати на увазі, що 98% лісових пожеж в нашій країні викликаються людиною), послідовно виникають території, порослі трав’янистими рослинами, потім з’являються чагарники, чагарники зрештою ховаються під пологом листяних дерев. Під пологом листяного лісу підростають хвойні породи дерев, які, проникаючи в верхній ярус, утворюють змішаний ліс. Листяні дерева короткоживучі в порівнянні з хвойними, вони поступово випадають з верхнього ярусу, в результаті чого врешті-решт на місці гару і вирубки формується хвойний ліс.

В цілому незалежно від того, чи йде природна екзо-або ендогенна сукцесія або антропогенна, загальними закономірностями будуть:

– Послідовне заселення живими організмами;

– Збільшення видової різноманітності живих організмів;

– Поступове збагачення грунту органічними речовинами;

– Зростання родючості грунту;

– Посилення зв’язків між різними видами або трофічними групами організмів;

– Зміна числа екологічних ніш;

– Поступове формування все більш складних екосистем і біоценозів.

Більш дрібні за розміром види, особливо рослинні, як правило, змінюються більш великими, інтенсифікуються процеси обміну, круговороту речовин і т.д. Такі сукцессіонние ряди закінчуються слабо мінливими екосистемами, які називаються Клімаксние (від грецького klimaks – сходи), корінними або вузловими. У певних кліматичних умовах послідовність змін, видовий склад беруть участь у них видів мають свою специфіку. При цьому кожній стадії, включаючи Клімаксние, властивий свій набір видів, який, по-перше, типовий для даного регіону, по-друге, складається з найбільш пристосованих до конкретної стадії організмів.

Слід зазначити, що розвиток екосистеми продовжується і після досягнення нею клімаксной стадії.

Може змінюватися склад і чисельність окремих видів, в той же час загальним для климаксов є схожість видів-едіфікаторов, які найбільшою мірою визначають умови існування в екосистемі всіх організмів. Оскільки в однакових кліматичних умовах набір едіфікаторов зумовлений, кожен ряд завершується однотипної екосистемою (моноклімакса).

Найбільш типові ряди в смузі південної тайги Росії:

– Темнохвойних лісів;

– Светлохвойних лісів;

– Вербовий-ольшатнікових лісів;

– Лугових екосистем і т.п. (3.1, 3.2).

Таблиці ілюструють типові зміни в кожному рядку (на прикладі Камського Приуралля і Верхнеленья). Таким чином, здатність екосистем до сукцессионной розвитку є їх функціональним властивістю, що визначає можливість їх саморегуляції (самовідновлення). Певною мірою з цією здатністю пов’язане й інше, не менш фундаментальне, властивість екосистем – їх стійкість (стабільність).

Подання про стійкості екосистем розроблялося в рамках ряду фундаментальних наук. Так, математики вважають, що математична стійкість виражається в тому, що досліджуваний процес, яка у перетворенні деякої величини (функції), почавшись з фіксованої області, не повинен привести до виходу цієї величини за межі заздалегідь певній галузі, в загальному випадку не збігається з початковою .

Фізично стійким є такий стан системи, до якого вона мимовільно повертається, будучи виведена з нього зовнішніми силами. З фізичної точки зору відновлюється стан найбільш ймовірне – з найменшим рівнем вільної енергії. Наочною моделлю фізично стійкої системи служить металева кулька, скочується до найнижчого ділянці ямки, скільки б ми не піднімали його на “укоси”.

Поряд зі стійкістю, в екології широко застосовується термін “гомеостазіс” або “гомеостаз”, можливо, запозичений з фізіології. Гомеостатическая система – це система, в якій стабільність важливих для її існування параметрів підтримується спеціальними регуляторами всупереч змін середовища. В екології під стійкістю екосистеми розуміють її здатність до реакцій, пропорційним величині сили впливу. Нестійкість екосистеми – її невідповідно великий відгук на відносно слабкий вплив. Таким чином, говорячи про екологічну стійкості, ми маємо на увазі здатність екосистеми зберігати свою структуру і функціональні особливості при впливі зовнішніх (і внутрішніх для глобальних екосистем) чинників.

Нерідко екологічна стійкість розглядається як синонім стабільності, тобто як здатність екосистеми протистояти абіотичних і біотичних факторів середовища, включаючи антропогенні впливу.

Посилання на основну публікацію