Лекция 3. Классификация и свойства экосистем

Состав и структура экосистем

Экосистема – это совокупность всех живых организмов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

Экосистема – основная функциональная единица в экологии, поскольку в неё входят и организмы и неживая среда – компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той её форме, которая существует на Земле.

Состав экосистемы представлен двумя группами компонентов:

- абиотическими – компоненты неживой природы (экотоп);

- биотическими – компоненты живой природы (биоценоз).

Биоценоз – совокупность представителей растительного (фитоценоз), животного (зооценоз) мира и мира микроорганизмов (микробиоценоз).

Экотоп включает две главные составляющие: климат во всех его многообразных проявлениях и геологическую среду – почвы-грунты или эдафотоп. Все компоненты данной системы находятся в постоянном и сложном взаимодействии.

Трофическая цепь

Трофическая цепь (то же, что пищевая цепь, цепь питания) – последовательный ряд видов животных и микроорганизмов, в котором каждый предыдущий служит источником пищи для последующего.

С точки зрения трофической структуры выделяют следующие организмы:

- автотрофы (иначе продуценты) – организмы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза;

- гетеротрофы – организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, а вынуждены использовать то, что создано автотрофами, поедая их.

Среди гетеротрофов выделяют:

- консументы первого порядка (фитофаги, травоядные, растительноядные) – поедают растительную пищу;

- консументы второго порядка (зоофаги, хищники) – поедают животную пищу;

- редуценты (сапрофиты, деструкторы) – разлагают отмершую органику до неорганических веществ.

Примерами трофических цепей могут служить:

- ягель ® олень ® волк (экосистема тундры);

- трава ® корова ® человек (антропогенная экосистема);

- микроскопические водоросли (фитопланктон) ® жучки и дафнии (зоопланктон) ® плотва ® щука ® чайки (водная экосистема).

Энергетика и продукция экосистемы

Основным (и практически единственным) источником энергии в экосистеме является солнечный свет, который трансформируется в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии деградирует, проходит через систему покидает её в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток).

Следует отметить, что только около 2 % поступающей на поверхность земли энергии усваивается автотрофными организмами, большая часть (до 98%) рассеивается в виде тепловой энергии.

Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно цепь энергетическая, т. е. последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям.

Организмы-потребители (консументы), питаясь органическим веществом продуцентов, получают от них энергию, частично идущую на построение собственного органического вещества и связывающуюся в молекулах соответствующих химических соединений, а частично расходующуюся на дыхание, теплоотдачу, выполнение движений в процессе поиска пищи, ускользания от врагов и т. п.

Таким образом, в экосистеме имеет место непрерывный поток энергии, заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеиванием энергии на каждом последующем звене, т. е. с ее потерями и возрастанием энтропии. Понятно, что это рассеивание все время компенсируется поступлением энергии от Солнца.

Экологические пирамиды

Трофическую структуру можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид.

Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

- пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона);

- пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества;

- пирамида энергии, имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных трофических уровнях.

Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.).

Рис. 5. Упрощенная схема пирамиды Элтона

 

Рис.7. Пиpамида пеpедачи энеpгии по пищевой цепи

 

Виды экосистем

Существует несколько классификаций экосистем.

Экосистемы по характеру происхождения:

- природные (болото, луг);

- искусственные (пашня, сад, космический корабль).

Экосистемы по размерам:

- микроэкосистемы (например, ствол упавшего дерева или поляна в лесу);

- мезоэкосистемы (лесной массив или степной колок);

- макроэкосистемы (тайга, море);

- экосистемы глобального уровня (планеты Земля).

Экосистемы по типу источника энергии:

- движимые Солнцем, малосубсидируемые – получают энергию практически только от Солнца и имеют низкую продуктивность (открытые океаны, высокогорные леса);

- движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками – экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться (заливы, дождевые леса);

- движимые Солнцем и субсидируемые человеком – наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде орошения, удобрения (поля зерновых и т.п.);

- движимые топливом (индустриально-городские экосистемы) – высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию, а пища привозится извне (города, мегаполисы).