|
|
Навигация:  Структура экосистемы
Структура экосистемы С экологической точки зрения сообщество представляет собой систему живых организмов. Эта система живых организмов в совокупности с элементами неживой, или абиотической, среды и протекающими в сообществе экологическими процессами формирует экосистему. Поскольку все организмы в экосистеме взаимодействуют друг с другом, можно сказать, что экосистема — это нечто большее, чем простая сумма отдельных частей. Иными словами, экосистема сама по себе характеризуется некими новыми экономическими свойствами помимо свойств, характерных для составляющих ее частей. К числу таких свойств можем отнести потоки вещества и энергии, проходящие через экосистему. Некоторые экосистемы, например экосистема небольшого ручья, в принципе не являются самодостаточными. Существование таких экосистем зависит от соседствующих с ними сообществ, от которых они получают органические питательные вещества. Другие сообщества достаточно велики и полны для самостоятельного функционирования, получая извне лишь солнечную энергию. Примерами таких экосистем могут служить луг, ручей, лес, озеро, т. е. любой четко вьщеляющийся участок природного ландшафта. Следовательно, экосистема — это совокупность обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и средой их обитания. Термин «экосистема» был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенели. Выделяют микроэкосистему (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистему (лес, пруд, озеро), макроэкосистему (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера). На рис. 1.3 показаны природные экосистемы, которые подразделяются на наземные (биомы), пресноводные и морские. В основе классификации лежат определенные критерии, например, для наземных — тип растительности, для пресноводных — физические свойства воды. Академиком В.Н.Сукачевым (1880 — 1967) для обозначения подобных сообществ был предложен (и общепринят) термин «биогеоценоз» (от гр. bios — жизнь, geo — земля, koinos — общий), составной частью которого является совокупность живых организмов, или биоценоз. Очень крупные региональные наземные экосистемы со сходным типом растительности — леса, степи, тундры и населяющие их животные — называются биомами. Термин «биом» предложили в 1939 г. Клементе и Шелфорд. На территории России выделяются следующие биомы: арктические пустыни, тундра, хвойные, бо-реальные леса (тайга), широколиственные леса, степи, полупустыни, высокогорные ландшафты и др. Следовательно, биом — биотическое сообщество, которое «представляет собой крупную региональную или субконтинентальную биосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой особенностью ландшафта» [31]. Входящие в состав биома биоценозы тесно взаимосвязаны потоками энергии и вещества. В основе взаимодействия живых организмов и окружающей среды находятся причинно-следственные отношения. Организм получает из окружающей среды информацию в виде определенных сигналов (природные и антропогенные), имеющих материальную природу [8], и оценивается количественно. Поэтому биология и экология науки точные и в их основе лежат мера и число. В экологии поступающие к живому организму сигналы называют факторами. 
Рис. 1.3. Классификация природных экосистем
Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. Они подразделяются на внутривидовые (демографические, экологические, групповой эффект и др.) и межвидовые (симбиоз, мутуализм, паразитизм, хищничество и др.). Взаимоотношения между растениями, животными и микроорганизмами чрезвычайно разнообразны. Они могут быть прямые (связанные с непосредственным воздействием одних организмов на другие) и косвенные, или опосредованные (когда растения своим присутствием изменяют режим абиотических факторов среды обитания и тем самым воздействуют на другие организмы).
Рис. 1.4. Классификация экологических факторов
К биотическим факторам также могут быть отнесены зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробиогенные (влияние микроорганизмов). В некоторых классификациях к биотическим факторам относят и все антропогенные факторы, включая физические и химические, связанные с загрязнением окружающей среды.
Абиотические факторы — это компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. В числе факторов неживой природы присутствуют физические (климатические, космические, почвенные, орографические) и химические (компоненты воздуха, воды, кислотность примеси и др.) составляющие. Среди них главенствующую роль играют климатические факторы (солнечная радиация, световой режим, температура, атмосферные осадки, ветер, влажность, давление и др.).
Процесс фотосинтеза — основной процесс, протекающий в экосистемах, — это процесс углеродного питания зеленых растений, осуществляемый при помощи световой энергии, поглощаемой хлорофиллом. В результате фотосинтеза растения из углекислоты и воды синтезируют богатые энергией органические вещества. Эти вещества служат пищей для всех других организмов и обеспечивают существование на Земле всего органического мира. В результате фотосинтетической деятельности растений (в прошлые геологические эпохи) в недрах и на поверхности земли накопились громадные запасы восстановленного углерода и органических продуктов в виде каменного угля, нефти, горючих газов, сланцев, торфа, а атмосфера обогатилась кислородом.
Молекулой, с помощью которой растения улавливают световую энергию, необходимую для фотосинтеза, является зеленый пигмент хлорофилл. Из Сахаров и минеральных элементов питания (биогенов), получаемых из почвы или воды, растения синтезируют все сложные вещества, входящие в состав их организмов. Зеленые растения, содержащие хлорофилл, поглощают световую энергию и используют ее для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды, выделяя в атмосферу кислород. Из глюкозы вместе с минеральными биогенами образуются все ткани растений, что и обусловливает рост последних. Таким образом, фотосинтезирую-щие растения легко узнать по их зеленому цвету.
Химические вещества, из которых состоят воздух, вода и минералы горных пород и почвы, называются неорганическими. Соединения же типа жиров, белков и углеводов, образующих ткани растений и животных, — органическими. На рис. 1.5 показана структура соединений химических веществ. Фотосинтезирующие растения используют световую энергию, чтобы продуцировать все сложные органические соединения своего тела из простых неорганических (двуокиси углерода, воды, минеральных биогенов), присутствующих в окружающей среде.
Рис. 1.5. Структура неорганических (а) и органических (б) веществ (по Б. Небелю, 1995)
Все живые организмы биосферы подразделяются на две категории:
- продуценты — фотосинтезирующие растения, которые с помощью энергии окружающей среды способны синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических;
- консументы — все остальные, потребляющие органические соединения как источник вещества и энергии.
Консументы — это самые разнообразные организмы от микроскопических бактерий (в том числе такие простейшие, как черви, моллюски и т.д.) до громадных слонов. Консументы подразделяются на первичные, которые питаются непосредственно продуцентами, и вторичные, которые употребляют в пищу их самих, т. е. первичные консументы. Например, кролик, который ест морковку, — это первичный консумент, а лиса, охотящаяся на кролика, — вторичный. Человек, употребляющий овощи, — первичный консумент, а питающийся говядиной — вторичный. Различные типы консументов приведены на рис. 1.6.
Опавшие листья не поедаются животными, а гниют и разлагаются в процессе питания грибов и бактерий. Поскольку грибы и бактерии столь специфичны, их выделяют в особую подгруппу детритофагов и называют редуцентами. В свою очередь бактерии и грибы являются первичными детритофагами. Детритофаги и редуценты — это мертвые растительные и животные остатки (опавшие листья, гибнущая трава, земляные черви, раки, термиты, муравьи и т.д.). Редуценты не являются конечным звеном цепи. Сами детритофаги (грибы и бактерии) служат пищей для многих других почвенных организмов, которые поедаются более крупными консументами. В биотической структуре экосистем при взаимоотношениях и движении веществ действует пищевая цепь, при которой один организм поедается другим, т.е. пища поступает от одного организма к другому. Простейший пример такой пищевой цепи приведен на рис. 1.7.
Рис. 1.6. Основные пищевые связи между организмами (по Б. Небелю, 1995)
На рис. 1.8 представлена схема пастбищной пищевой цепи. В этой цепи четко выделяется несколько трофических уровней. Начальное звено пастбищной пищевой цепи представлено продуцентами: это растения, преобразующие путем фотосинтеза энергию солнечного света в химическую энергию органического вещества (злаки, осока, лишайники, разнотравье). Организмы, поедающие продуцентов, называются травоядными. Следующими в пищевой цепи идут плотоядные, т. е. животные, питающиеся первичными консументами. Их называют вторичными консументами (человек и волки). Далее в пищевой цепи следуют консументы 3-го порядка, питающиеся вторичными консументами.
Рис. 1.7. Простая пищевая цепь (по Б. Небелю, 1995)
Рис. 1.8. Пищевые цепи в арктических сообществах (по П. Ревеллю и Ч. Ревеллю, 1995)
Детритной является пищевая цепь, где группы организмов питаются мертвым органическом материалом так называемым детритом. Основными редуцентами чаще всего являются грибы и бактерии, хотя некоторую роль в разрушении мертвых органических остатков могут играть и животные. Чрезвычайно интересные примеры детритных пищевых цепей были обнаружены в пресноводных озерах тундровой зоны Аляски. На дне этих озер имеются залежи торфа, образованные остатками растений, произраставших и отмерших 8000... 12 000 лет назад. Углерод, содержащийся в торфе, поглощается личинками насекомых, которые в свою очередь служат пищей таким консументам, как фактический хариус и морянка. В этом случае от момента образования первичной продукции до начала ее потребления проходят тысячи лет.
В отличие от экосистем арктических регионов с их суровыми природными условиями и относительно небольшим числом видов животных и растений экосистемы умеренной и тропической зон, населенные самыми разнообразными видами, характеризуются трофической структурой, имеющей вид пищевой сети. По сравнению с пищевой цепью этот тип трофической структуры охватывает значительно большее число видов и нет уверенности, что все они учтены. На рис. 1.9 показан фрагмент пищевой сети, типичной для небольших речек Южного Уэльса. Некоторые виды организмов занимают более чем одну позицию. Нередко, например, один и тот же организм питается и зелеными растениями, и насекомыми, являющимися первичными консументами.
Еще одна особенность пищевой сети. На малых реках редуценты обычно используют в пищу то, что приносится течением с верховьев. Это, как правило, опавшие листья, фекалии, мертвые организмы и пр. В основе пищевых сетей лежит детрит. Стрелка на рис. 1.9 показывает, что неиспользованный органический материал, образованный на разных уровнях пищевой сети (экскременты, мертвые растения и животные), разрушается редуцентами до простых соединений, служащих пищей растениям. Практически все пищевые цепи соединены (взаимосвязаны) между собой и их совокупность как бы образует пищевую сеть.
Вне пищевых взаимоотношений следует отметить такие формы, как мутуализм (от лат. mutuus— взаимный, обоюдный) (группа растений, известная как лишайники, представляющие тесное сожительство гриба и водоросли, не путать со мхами) и конкурентность (растения должны конкурировать между собой за воду, биогены, свет и пространство). Мутуализм — это форма симбиоза, при которой каждый из сожителей получает относительно равную пользу, при этом они не могут существовать друг без дру-^ га. Такая форма совместного существования благоприятна для роста и выживания.
Рис. 1.9. Фрагмент пищевой сети в сообществе небольшого ручья (по П.Ревеллю и Ч.Ревеллю, 1995)
Следует знать, что ни один организм не существует вне связи с другим. Каждый может жить только взаимодействуя с другими веществами в рамках окружающей экосистемы. Устойчивые экосистемы — основное условие устойчивости жизни на Земле.
Абиотические факторы могут действовать на организм одновременно, но степень присутствия каждого из них неодинакова. Такое явление сильно отражается на экосистеме в целом. Для каждого вида (растений и животных) существует оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости в отношении каждого средового фактора. Стрессовая зона в рамках диапазона устойчивости — это, по существу, промежуток между зоной оптимума и пределами устойчивости, когда по мере приближения к ним растение испытывает нарастающий стресс. На рис. 1.10, а показан диапазон устойчивости, когда рост растения вообще невозможен по мере повышения или снижения температуры.
Два абиотических фактора — температура и вода (дождь или снег) определяют размещение по земной поверхности наземных биомов, т.е. их размещение зависит от климата того или иного региона Земли. Поскольку климат в разных районах неодинаков, осадков выпадает от 0 до 2500 мм и более, а температура колеблется от -50 до +38 °С, эта специфика определяет развитие биомов в различных экосистемах с разделением их (экосистем) на лесные, степные и пустынные.
Влага, как и температура, также очень важна для определения характера экосистемы. В местах с количеством осадков более 750 мм/год обычно развиваются леса, от 250 до 750 мм/год — злаковые степи, там, где их выпадает еще меньше, растительность разрежена и представлена кактусами, а сам район называется пустыней. При промежуточных значениях годовой суммы осадков развиваются экосистемы переходного типа: лесостепи, полупустыни и т.д. Любая территория с годовой оценкой осадков менее 200 мм/год представляет собой пустыню.
Рис. 1.10. Пределы устойчивого развития растений (а) и живых организмов {б) (по Б. Небелю, 1995)
Другие абиотические факторы, например рельеф, ветер, тип почв, проявляются опосредованно через температуру и влагу. В результате такого сочетания на поверхности земли образуются локальные климатические условия, которые существенно могут отличаться от региона в целом. Такие локальные условия называют микроклиматом. Его особенности служат причиной разнообразия экосистем в пределах биома.
Рассмотренные биотические и абиотические факторы не действуют каждый в одиночку. Поэтому существование экосистем поддерживается очень тонким взаимодействием лимитирующих факторов, влияющих на все виды организмов. Изменение любого биотического или абиотического фактора неизбежно приведет в действие цепную реакцию с далеко идущими последствиями.
Похожие статьи: Навигация: Статьи по теме:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум |
|
|
|
|
Информационный сайт о строительных материалах и технологиях. Контакты: Никита Королёв - © 2008-2014 |
© Все права защищены.
Копирование материалов невозможно. |
|