Классификация и свойства экосистем

Лекция 3.

1. Функциональные свойства и структура экосистемы.

2. Примеры экосистем.

 

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.

 

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.

Компоненты и процессы, обеспечивающие функционирование экосистемы, рассмотрим на рисунке, где схематически представлено взаимодействие трёх компонентов, а именно :

1. сообщества

2. потока энергии

3. круговорота веществ

 

Поток энергии направлен в одну сторону, часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом и переходит на качественно более новую ступень, трансформируясь 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). Энергия может накапливаться, затем снова высвобождаться или экспортироваться, но её нельзя использовать вторично. В отличие от энергии, элементы питания, в том числе биогенные элементы, необходимые для жизни (углерод, азот, фосфор и т.д.), и вода могут использоваться многократно. Эффективность повторного использования и размеры импорта и экспорта элементов питания сильно варьируют в зависимости от типа экосистемы.

Сток тепла

Экспорт вещества

Энергетическая управляющая петля обратной связи и запасы энергии

Экспорт запасённой энергии ( органического вещества, организмы)

Биотическая часть системы (сообщество)

Круговорот веществ

Поступление веществ (элементов питания)

Солнце или другой источник энергии

Поток энергии, направленный в одну сторону

A

H

H

H

H

S

S

S

 

источник энергии хранилище энергии

А

Н

Автотрофы (зелёные растения способные переводить солнечную энергию в органические вещества).

Гетеротрофы (организмы, нуждающиеся в готовой пище).

 

 

На функциональной схеме сообщество изображено в виде пищевой сети, образованной автотрофами и гетеротрофами, связанными между собой соответствующими потоками энергии, круговоротами биогенных элементов.

на выходе

Среда

Переработанная энергия и вещества. Эмиграция организмов.

на входе

Среда

Вещества и организмы

Солнце

другая энергия

Система ( в своих границах)

Все экосистемы даже самая крупная - биосфера, являются открытыми системами, они должны получать и отдавать энергию. Поэтому концепция экосистемы должна учитывать существование связанных между собой и необходимых для функционирования и самоподдержания экосистемы, факторов среды на выходе и среды на входе.
Масштабы изменения среды на входе и выходе сильно варьируют и зависят от размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей); от интенсивности обмена (чем он интенсивнее, тем больше приток и отток); сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления); стадии и степени развития системы.

 

С точки зрения трофической структуры (от греч. trophe - питание) экосистему можно разделить на два яруса:

1) верхний автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений.

2) нижний гетеротрофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс», в котором преобладает использование, трансформация и разложение сложных соединений.

 

С биологической точки зрения в составе экосистемы удобно выделять следующие компоненты:

1) неорганические вещества (C, N, CO2, H2O и др.) включающееся в круговороты.

2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества), связывающие биотическую и абиотическую части.

3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы.

4) продуцентов, автотрофных организмов, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ.

5) макроконсументов или фаготрофов (от греч. phagos - пожиратель) - гетеротрофных организмов, основном животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества.

6) микроконсументов, сапротрофов, деструктрофов - гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапротрофами из растений и других организмов.

 

Рассмотрим примеры экосистем:

 

Пруд и луг.

Абиотические вещества: неорганические и органические соединения и отдельные элементы O2, S, P, N, CO2, аминокислоты, гуминовые кислоты и большая часть жизненно важных элементов питания находятся в растворе и непосредственно доступно организмам, но значительное их количество держится в запасе в виде нерастворенных частиц вещества, а также в самих организмах.

Скорость высвобождения элементов питания в раствор, поступление солнечной энергии, а также температурный цикл, долгота дня, и другие климатические условия - таковы самые важные переменные, ежедневно регулирующие интенсивность функционирования всей экосистемы.

Продуценты.

Продуцентов пруда можно подразделить на два главных типа :

1. укоренённые или крупно плавающие растения (макрофиты), обычно встречающиеся только на мелководье.

2. мелкие плавающие растения, как правило, водоросли, называемые фитопланктоном, которые распространены в толще воды на глубину проникновения света. При изобилии фитопланктона вода становится зеленоватой, в других случаях продуценты незаметны. Играют большую роль, чем укоренённые.

 

Среди продуцентов луга преобладают укоренённые растения, но на почве, камнях и стеблях высших растений встречаются мелкий фотосинтезирующие организмы, такие как водоросли, мхи, лишайники.

 

Макроконсументы.

Первичные макроконсументы или растительноядные животные питаются непосредственно живыми растениями или их частями.

В пруду имеются два типа первичных макроконсументов :

· зоопланктон (животный планктон)

· бентос (донные формы), соответствующие двум типам продуцентов.

 

В экосистеме луга растительноядные животные также делятся на две группы :

Мелкие - растительноядные насекомые и другие беспозвоночные.

Крупные - травоядные грызуны и копытные млекопитающие.

 

Вторичные консументы, или плотоядные, такие как хищные насекомые и хищные рыбы в пруду и хищные насекомые, пауки, птицы, млекопитающие на лугу, питаются первичными консументами или другими вторичными консументами (становясь тем самым третичными консументами).

 

Сапротрофные организмы - представлены на лугу и в пруду бактериями, жгутиковыми и грибами.

 

Как видим, структура и функции водных и наземных экосистем в принципе сходны, однако видовой состав и размеры трофических компонентов этих экосистем различны. Наиболее резкое различие между экосистемами - в размерах зелёных растений. Наземные автотрофы обычно не так многочисленны, но они значительно крупнее водных. Наземные автотрофы используют значительную часть своей энергии на построение опорной ткани, которая необходима в связи с тем, что плотность (а значит и поддерживающая способность) воздуха значительно меньше, чем воды.

 

Примеры основных экосистем :

классификация по биомам, основанная на типе растительности и основных стабильных физических чертах ландшафта.

Наземные биомы.

Биом - крупная региональная или субконтинентальная биосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности. Наземные экосистемы выделяют на биомы, а типы водных экосистем по геологическим и физическим особенностям.

 

Тундра : арктическая и альпийская ;

Хвойные леса ;

Листопадный лес умеренной зоны ;

Степь умеренной зоны ;

Саванна ;

Чапараль - район с дождливой зимой и засушливым летом ;

Пустыня ;

Полувечнозелёный тропический лес : выражены влажный и сухой сезоны ;

Вечнозелёный тропический дождевой лес ;

Пресноводные экосистемы.

Лентические (стоячие воды) : озёра, пруды ;

Лотические (текучие воды) : реки, ручьи ;

Заболоченные угодья : болота, болотистые леса ;

Морские экосистемы.

Открытый океан (пелагическая) ;

Воды континентального шельфа (прибрежные) ;

Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством) ;

Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, солёные марши) ;

 

1. среды (ветер, мороз).