Экосистемы

План-конспект по вопросам: 
1. Структура экосистемы. 
2. Линейный поток энергии и круговорот в экосистеме. Понятие о пищевых сетях и трофических уровнях.  
3. Пищевая цепь экологической пирамиды.  
4. Продуктивность экосистем (первичная, вторичная) рациональное использование экосистем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экосистема - совокупность разных видов организмов, совместно обитающих, и условий их существования, находящихся  в закономерной взаимосвязи друг с другом. Несмотря на то что экосистема - самая крупная и во многих отношениях самая важная экологическая единица, сам термин вошел в употребление лишь в 1935 г. Он был предложен английским ботаником А.Тенсли,который писал, что в экосистему входит "... не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, - факторы местообитания в самом широком смысле. Хотя главным интересующим нас объектом могут быть организмы, однако, когда мы пытаемся проникнуть в самую суть вещей, мы не можем отделить организмы от их особой среды, в сочетании с которой они образуют некую физическую систему".

Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный  обмен материалом - круговороты питательных  веществ, энергию для которых  поставляет Солнце. Биологическая и  физическая сферы, представленные органическими и неорганическими соединениями, в совокупности образуют экосистему. Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы. Эти соединения служат строительным материалом, из которого растения образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. 
Структура экосистемы - естественное функционально-морфологическое членение экосистемы на подсистемы и блоки, играющие в экосистеме роль "кирпичиков". В число структурных элементов входят популяции, консорции (совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена или ядра сообщества), синузии (одноярусная группировка растений в пределах фитоценоза;совокупность популяций животных и растений, связанных между собой общими требованиями к среде обитания), ярусы растительности (расчлененность сообщества на ярусы), т.е. структуры биоценоза (фитоценоза) и структуры биогеоценоза (экосистемы). Каждая популяция одновременно входит в две структуры: в экологическую пирамиду (растениями питаются травоядные, травоядными - хищники и т.д.); в группу экологически сходных популяций, составляющих биотическое сообщество (напр. сообщество злаков на лугу). Вместе со своими неизменными спутниками - микроорганизмами, насекомыми, грибами - такие сообщества дают собрания как бы "по горизонтали" (их называют синузиями; напр., синузия мхов в лесу) и одновременно "по вертикали", на всю толщину слоя жизни в населяемой среде - это консорции). Сложение синузий (например деревьев, кустарников, трав, мхов) и входящих в них консорций дает новый вид парцелл - биогеоценотических. 
 
2. Линейный поток энергии. По первому закону термодинамики, закону сохранения энергии, энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую. По второму закону термодинамики, при совершении работы энергия никуда не расходуется на 100%, и часть ее превращается в тепло. В системе для энергии характерен линейный поток, то есть ее повторное использование. Каждый раз, совершая работу на клеточном уровне или на уровне всего организма, происходит потребление энергии, и часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступившая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. То есть химическая энергия трансформируется в тепловую. Таким образом, в экосистеме не происходит накопление биомассы вследствие поедания, за счет чего она трансформируется.

Жизнь поддерживается на Земле за счет непрерывного круговорота веществ и потока энергии, которые трансформируются, переходя из одной формы в другую в экосистемах, основанных на трофических взаимоотношениях между организмами. Это прослеживается в образовании пищевых цепей и сетей. Пищевая цепь - это перенос энергии от зеленых растений (первичных продуцентов) через последовательный ряд организмов, где каждый поедает предыдущего в цепи, а его, в свою очередь, съедает следующий. Например, в пастбищной пищевой цепи, характерной для водоемов , зелёные растения (первичные продуценты) поедаются травоядными (первичными консументами), которых съедают хищники. Последние, опять-таки, могут быть съедены различными хищниками. Позиция, занимаемая организмом в пищевой цепи, называется трофическим уровнем. Так, первый трофический уровень занимают первичные продуценты, которые трансформируют солнечную энергию в химическую в процессе фотосинтеза, второй - первичные консументы, третий - вторичные консументы и т.д. Консументам необходимо готовое органическое вещество, которое они преобразуют в процессе метаболизма, минерализуя или используя для синтеза биомассы.  
Круговорот веществ и превращение энергии как основа существования биосферы. Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер. В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них—в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ — за 200—300 лет. Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой.

 
При изучении биотической  структуры экосистемы становится очевидным, что одно из важнейших взаимоотношений между организмами - это пищевое. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при котором один организм поедается другим, а тот - третьим и т.д.

Пищевая цепь - это путь движения вещества (источник энергии и строительный материал) в экосистеме от одного организма к другому.

В природе пищевые  цепи редко изолированы друг от друга. Гораздо чаще представители одного вида (растительноядные) питаются несколькими  видами растений, а сами служат пищей для нескольких видов хищников. Перенос вредных веществ в экосистеме.

Пищевая сеть - это сложная сеть пищевых взаимоотношений. 
Несмотря на многообразие пищевых сетей, они все соответствуют общей схеме: от зелёных растений к первичным консументам, от них к вторичным консументам и т.д. и к детритофагам. На последнем месте всегда стоят детритофаги, они замыкают пищевую цепь.

Трофический уровень - это совокупность организмов, занимающих определённое место в пищевой  сети.

I трофический уровень - всегда растения,

II трофический уровень - первичные консументы

III трофический уровень - вторичные консументы и т.д.

Обычно в экосистеме насчитывается 3-4 трофических уровня. Это объясняется  тем, что значительная часть потребляемой пищи тратится на энергию (90 - 99 %), поэтому масса каждого трофического уровня меньше предыдущего. На формирование тела организма идет относительно немного (1 - 10 %.Соотношение между растениями, консументами, детритофагами выражают в виде пирамид.

Пирамида биомассы - показывает соотношение биомасс различных организмов на трофических уровнях.

Пирамида энергии- показывает поток энергии через экосистему. (см.рис.)

Очевидно, что существование  большего числа трофических уровней  невозможно, из-за быстрого приближения  биомассы к нулю.  

 

3. Начало пищевым цепям дают продуценты. Они усваивают из окружающей среды воду, неорганические (минеральные) соли, углекислый газ, кислород и с помощью фотосинтеза строят свое тело. Следующие звенья цепи питания составляют консументы, которые поедают как продуцентов, так и себе подобных.

Консументы, которые питаются продуцентами, называются консументами I порядка - травоядные или растительноядные животные. 
Консументы, которые поедают травоядных I порядка, называются консументами II порядка - плотоядные животные (хищники).  
Хищников, питающихся вторичными консументами, называют консументами III порядка и т.д.

Организмы, употребляющие  один тип пищи, принадлежат к одному трофическому уровню. Продуценты относятся  к первому трофическому уровню, консументы I порядка - ко второму, консументы II порядка - к третьему уровню и т.д.  
Дополнительные звенья в пищевой цепи составляют дедритофаги, которые питаясь отходами и трупами, могут стать добычей хищников (напр., муравьед питается муравьями). И так органическое вещество возвращается в органический круговорот. В конце пищевой цепи находятся редуценты (деструкторы), которые превращают отмершее органическое вещество в неорганические соединения. Простые и сложные пищевые цепи связаны между собой, образуя обширную сеть. Она так и называется пищевая сеть.