Definicija ekološkog sistema. Opšte karakteristike ekosistema. Ekosistem - osnovni koncept ekologije

Svi živi organizmi žive na Zemlji ne odvojeno jedan od drugog, već formiraju zajednice. U njima je sve međusobno povezano, i živi organizmi, i Takvo obrazovanje u prirodi naziva se ekosistem koji živi prema svojim specifičnim zakonima i ima specifične osobine i kvalitete s kojima ćemo se pokušati upoznati.

Koncept ekosistema

Postoji takva znanost kao što je ekologija, koja se bavi ovim istraživanjem, ali ti se odnosi mogu odvijati samo unutar određenog ekosustava i ne događaju se spontano i kaotično, već prema određenim zakonima.

Tipovi ekosustava su različiti, ali svi su oni skup živih organizama koji međusobno djeluju i s okolinom razmjenom tvari, energije i informacija. Zato ekosistem ostaje stabilan i održiv kroz duži vremenski period.

Klasifikacija ekosistema

Unatoč velikoj raznolikosti ekosustava, svi su oni otvoreni, bez kojih bi njihovo postojanje bilo nemoguće. Vrste ekosustava su različite, a klasifikacija može biti različita. Ako mislimo na podrijetlo, onda su ekosustavi:

1. Prirodno ili prirodno. U njima se sve interakcije odvijaju bez izravnog sudjelovanja ljudi. Oni se, pak, dijele na:

• Ekosustavi u potpunosti ovise o solarnoj energiji.
• Sistemi koji primaju energiju i od sunca i iz drugih izvora.

2. Umjetni ekosistemi. Stvorene ljudskim rukama i mogu postojati samo uz njegovo učešće. Oni se takođe dele na:

• Agroekosustavi, odnosno oni koji su povezani s ekonomskim aktivnostima ljudi.
• Tehnoekosistemi se pojavljuju u vezi s industrijskim aktivnostima ljudi.
• Urbani ekosistemi.

Druga klasifikacija razlikuje sljedeće vrste prirodnih ekosustava:

1. Zemaljski:

• Prašume.
• Pustinja sa zeljastom i grmolikom vegetacijom.
• Savannah.
• Steppe.
• Listopadna šuma.
• Tundra.

2. Slatkovodni ekosistemi:

• Stajaće vodene površine
• Tekuće vode (rijeke, potoci).
• Močvare.

3. Morski ekosistemi:

• Ocean.
• Kontinentalni pojas.
• Ribolovna područja.
• Ušća rijeka, uvale.
• Zone dubokih voda.

Bez obzira na klasifikaciju, možete vidjeti raznolikost vrsta ekosistema, koju karakteriše vlastiti skup životnih oblika i brojčani sastav.

Prepoznatljive karakteristike ekosistema

Koncept ekosustava može se pripisati i prirodnim formacijama i umjetnom stvaranju čovjeka. Ako govorimo o prirodnim, onda ih karakteriziraju sljedeći znakovi:

• U svakom ekosistemu bitni elementi su živi organizmi i abiotički faktori okoliša.
• U svakom ekosistemu postoji zatvoren ciklus od proizvodnje organskih tvari do njihovog razlaganja na anorganske komponente.
• Interakcija vrsta u ekosustavima osigurava održivost i samoregulaciju.

Cijeli okolni svijet predstavljen je raznim ekosistemima, koji se temelje na živoj materiji sa specifičnom strukturom.

Biotička struktura ekosistema

Čak i ako se ekosustavi razlikuju po raznolikosti vrsta, brojnosti živih organizama, njihovim životnim oblicima, biotička struktura u bilo kojem od njih je ista.

Sve vrste ekosustava uključuju iste komponente, bez njihovog prisustva funkcioniranje sistema jednostavno je nemoguće.

1. Proizvođači.
2. Potrošni materijal drugog reda.
3. Reduktori.

Prva grupa organizama uključuje sve biljke sposobne za proces fotosinteze. Proizvode organske tvari. U ovu grupu spadaju i hemotrofi koji tvore organska jedinjenja. Ali samo za to ne koriste solarnu energiju, već energiju kemijskih spojeva.

Potrošači uključuju sve organizme kojima su potrebne organske tvari izvana za izgradnju tijela. Ovo uključuje sve biljojede, grabežljivce i svejede.

Reduktori, koji uključuju bakterije i gljivice, pretvaraju ostatke biljaka i životinja u anorganska jedinjenja pogodna za upotrebu u živim organizmima.

Funkcionisanje ekosistema

Najveći biološki sistem je biosfera, koja se pak sastoji od pojedinačnih komponenti. Možete napraviti sljedeći lanac: vrsta -populacija - ekosistem. Najmanja jedinica uključena u ekosustave je vrsta. U svakoj biogeocenozi njihov broj može varirati od nekoliko desetina do stotina i hiljada.

Bez obzira na broj pojedinaca i pojedinih vrsta u bilo kojem ekosistemu, postoji stalna razmjena materije, energije, ne samo među sobom, već i s okolinom.

Ako govorimo o razmjeni energije, ovdje je sasvim moguće primijeniti zakone fizike. Prvi zakon termodinamike kaže da energija ne nestaje bez traga. Pretvara se samo iz jedne vrste u drugu. Prema drugom zakonu, u zatvorenom sistemu, energija se može samo povećati.

Ako se fizički zakoni primijene na ekosustave, tada možemo doći do zaključka da oni podržavaju njihovu vitalnu aktivnost zbog prisutnosti sunčeve energije, koju organizmi mogu ne samo uhvatiti, već i transformirati, koristiti, a zatim predati u okruženje.

Energija se prenosi s jednog trofičkog nivoa na drugi; tokom prijenosa jedna se vrsta energije pretvara u drugu. Neki od njih se, naravno, gube u obliku topline.

Bez obzira na vrste prirodnih ekosustava koji postoje, takvi zakoni djeluju apsolutno u svakom.

Struktura ekosistema

Ako uzmemo u obzir bilo koji ekosistem, u njemu se definitivno može vidjeti da su različite kategorije, na primjer, proizvođači, potrošači i razgraditelji, uvijek predstavljene cijelim nizom vrsta. Priroda predviđa da ako se iznenada nešto dogodi jednoj od vrsta, tada ekosistem neće umrijeti od toga, uvijek se može uspješno zamijeniti drugom. Ovo objašnjava stabilnost prirodnih ekosustava.

Veliki broj vrsta u ekosistemu, raznolikost osiguravaju održivost svih procesa koji se odvijaju unutar zajednice.

Osim toga, svaki sistem ima svoje zakone koji su podložni svim živim organizmima. Na temelju toga u biogeocenozi se može razlikovati nekoliko struktura:

Svaka struktura nužno je prisutna u bilo kojem ekosistemu, ali se može značajno razlikovati. Na primjer, ako usporedite biogeocenozu pustinje i tropske šume, razlika je vidljiva golim okom.

Umjetni ekosistemi

Takve sisteme stvaraju ljudske ruke. Unatoč činjenici da su sve komponente biotičke strukture nužno prisutne u njima, kao i u prirodnim, još uvijek postoje značajne razlike. Među njima su sljedeće:

1. Agrocenoze karakteriše loš sastav vrsta. Tamo rastu samo one biljke koje uzgajaju ljudi. Ali priroda uzima svoj danak, pa se uvijek, na primjer, na žitnom polju, može vidjeti kako se slijevaju kukuruzi, tratinčice, razni člankonošci. U nekim sistemima čak i ptice uspijevaju sagraditi gnijezdo na tlu i izleći piliće.
2. Ako se osoba ne brine za ovaj ekosistem, tada uzgojene biljke neće izdržati konkurenciju sa svojim divljim srodnicima.
3. Agrocenoze postoje i zbog dodatne energije koju osoba unosi, na primjer, primjenom gnojiva.
4. Budući da se uzgojena biljna biomasa uklanja zajedno sa žetvom, tlo je osiromašeno hranjivim tvarima. Stoga je za daljnje postojanje ponovno potrebna ljudska intervencija, koja će morati primijeniti gnojiva kako bi uzgojila sljedeći usjev.

Može se zaključiti da umjetni ekosustavi ne pripadaju održivim i samoregulacijskim sustavima. Ako osoba prestane brinuti o njoj, neće preživjeti. Postepeno će divlje vrste istisnuti kultivirano bilje, a agrocenoza će biti uništena.

Na primjer, umjetni ekosistem od tri vrste organizama lako se može stvoriti kod kuće. Ako stavite akvarij, ulijte vodu u njega, stavite nekoliko grančica elodee i podmirite dvije ribe, ovdje imate spreman umjetni sistem. Čak i tako jednostavan ne može postojati bez ljudske intervencije.

Važnost ekosistema u prirodi

Globalno gledano, svi živi organizmi su raspoređeni po ekosistemima, pa se njihov značaj teško može podcijeniti.

1. Svi ekosustavi međusobno su povezani ciklusom tvari koje mogu migrirati iz jednog sistema u drugi.
2. Zbog prisutnosti ekosustava u prirodi, očuvana je biološka raznolikost.
3. Svi resursi koje crpimo iz prirode, ekosustavi nam daju: čista voda, zrak,

Svaki ekosistem je vrlo lako uništiti, posebno s obzirom na ljudske sposobnosti.

Ekosistemi i ljudi

Od pojave čovjeka, njegov utjecaj na prirodu se povećavao svake godine. Razvijajući se, čovjek zamišlja sebe kao kralja prirode, bez oklijevanja je počeo uništavati biljke i životinje, uništavati prirodne ekosustave, pa je počeo sjeckati granu na kojoj sjedi.

Ometajući vjekovne ekosisteme i kršeći zakone postojanja organizama, čovjek je doveo do činjenice da svi ekolozi svijeta već jednim glasom viču da je svijet došao. Ljudska intervencija u njegove zakone. Vrijeme je da zastanemo i pomislimo da su sve vrste ekosustava nastajale stoljećima, mnogo prije pojave čovjeka, i da su savršeno postojale bez njega. Ali čovječanstvo će moći živjeti bez prirode? Odgovor se sam nameće.

Šta je ekosistem i koja je njegova uloga? Ovo je jedna od komponenti ekologije.

Izraz, koji je skraćenica za "ekološki sistem", znači sistem veza svih živih i neživih organizama u sferi njihovog staništa.

Šta je ekosistem

Ovaj termin je uveo ekolog A. Tensley još 1935. godine. Upravo je ovaj ekolog objedinio sve komponente prirode, kako živog tako i neživog porijekla, čija su svojstva u razmjeni energije u konceptu ekosistema.

Unutar ekosistema dolazi do punog ciklusa od nastanka organske vrste do njenog razlaganja na anorganske tvari.

Tipovi ekosistema

Prema vrsti, ekosustavi su podijeljeni u nekoliko tipova, i to:

1. Mikroekosistem - to je zatvoreni minijaturni ekosistem kojem je potrebna samo jedna solarna energija. Takav sistem znači akumulacije jezera, lokve, akvarijum, deblo oborenog drveta sa svim organizmima koji na njemu žive itd.
2. Mezoekosistem - sistem srednje veličine sa širim spektrom živih organizama. To su rijeke, livade, jezera, šume itd.
3. Makroekosistem predstavlja veliki ekološki sistem poput kontinenata, okeana, bioma itd.
4. Megaekosistem spaja sve postojeće ekosisteme u jednu cjelinu, odnosno predstavlja globalnu biosferu.

Vrste ekosistema

Kako bi klasificirali ekološke sisteme, naučnici su ih podijelili prema lokaciji iz razloga što se svaki razlikuje po biološkim, bioenergetskim i klimatskim karakteristikama.

Prirodni ili prirodni ekosistem

Ima znak spontanosti, jer nastaje zbog prirodnih elemenata.

Čvrst je dio ekosistema - pustinje, planine, ekvatorijalne šume, crnogorične šume, mješovite šume i kopneni vodni resursi.

Antropogeni ili umjetni ekosistem

To je sve što je čovjek stvorio, naime: vrtovi, polja, rezervati, zasađene šume, umjetni rezervoari, čak i akvariji i staklenici.

Razlike između umjetnih i prirodnih ekosustava su:

• koncentracija jedne vrste više od drugih (primjer: polje na kojem se uzgajaju žitarice; farme životinja);
• mala raznolikost vrsta;
• kratki lanci hrane;
• otvorena cirkulacija tvari;
• nemogućnost postojanja bez ljudske intervencije.

Društveno-prirodni ekosistem

To je sistem nastao zbog interakcije čovjeka s prirodom, a ne zbog određenih ljudskih aktivnosti.

Kako bi zadovoljio svoje potrebe, osoba provodi aktivnosti koje su međusobno povezane sa svijetom oko sebe, a tijekom te aktivnosti prirodni se ekosustavi počinju prilagođavati i već se pretvaraju u društveno-prirodne ekosisteme.

Autotrofni ekološki sistemi

Oni sami sebi osiguravaju energiju i podijeljeni su u podvrste: fotoautotrofne i hemoautotrofne. Prvi dobijaju energiju od sunca fotoautotrofima, dok drugi hemijsku energiju dobijaju hemoautotrofima.

Na primjer, poljoprivredno zemljište pripada fotoautotrofnim ekosustavima, jer osoba sudjeluje koristeći tvari koje proizvode energiju u obradi tla. Formiranje hemoautotrofnih ekosustava događa se u podzemnim vodama.

Heterotrofni ekosistem

Ovisi o upotrebi kemijske energije. Ova energija se dobiva iz organskih tvari ili iz energetskih uređaja koje je stvorio čovjek.

Formiranje heterotrofnog sistema prirodno se događa na dnu oceanskih dubina, gdje nastaje uslijed odsustva svjetlosti od Sunca.

Struktura i faktori ekosistema

Svi živi organizmi, sve što je u interakciji s fizičko -kemijskim neživim okolišem je prirodna ekološka jedinica, odnosno ekološki sustav.

Ekosistem teži održavanju stabilnosti neko vrijeme zbog abiotskih i biotičkih komponenti.

Prostorna struktura biocenoza je dio ekosistema, naime sav kopneni život sa svojim podzemnim dijelom, uključujući i životinjski svijet.

Struktura vrsta podrazumijeva skup odnosa, kao i omjer broja vrsta. A različite zajednice koje pripadaju ekološkim sistemima sastoje se od raznolikosti vrsta. Na primjer, u stepi može postojati veliki broj različitih biljaka.

Ekološka struktura- ovo je omjer različitih grupa organizama koje karakteriziraju različite vrste biocenoza, koje određuju ekološki faktor zajednice. U isto vrijeme, ekološka struktura ima strogi obrazac zbog određenih pejzažnih i klimatskih uvjeta.

Trofička struktura je vrsta ekosistema. Proces dobivanja organske tvari proizvođača prelazi s jednog trofičkog nivoa na sljedeći, ovaj prijelaz naziva se prehrambeni lanac, čija shema tvori trofički lanac.

Granični faktor nastaje u ekosistemu zbog uloge različitih uvjeta u različitim vrstama. Složenost sastava vrsta ovisi o različitim staništima. Ovo je jedini način za formiranje i interakciju vrsta sa širokim spektrom faune i flore. Zajednice uz maksimalno poštivanje ekoloških zahtjeva vrste.

Zaključak

Iz ovoga proizlazi da je sve što je oko nas integralni ekosistem, koji se sastoji od njegovih sorti. Istodobno, ekološki sustavi koji su u suprotnosti s prirodnim načelima nisu održivi.

Glavni zaključak iz razmatranog materijala sasvim je jasan: sistemi koji su u suprotnosti sa prirodnim principima i zakonima su nestabilni, čime se narušava ravnoteža ekosistema. Ova nestabilnost je posljedica globalne intervencije čovječanstva u prirodnom okruženju.

Postoje četiri vrste ekosistema:

Osnovno ( mikroekosistemi) - ekosistemi najnižeg ranga, po veličini slični malim komponentama okoliša: deblo trulog drveta, malo vode, zubna šupljina čovjeka itd .;

Lokalno ( mezoekosistema) (šuma, rijeka, ribnjak itd.),

Zonski ( makroekosistemi) ili biomi - veliki kopneni ekosistemi koji su vrlo rasprostranjeni (okeani, kontinenti, kontinenti, prirodne zone - tundra, tajga, prašume, savane itd.) .

Svaki biom sastoji se od mnogih ekosustava koji su međusobno povezani. Međusobnim povezivanjem svih ekosustava naše planete stvara se globalni gigantski ekosistem tzv Biosfera(Ekosfera).

3. Klasifikacija ekosistema:

Ovisno o podrijetlu, ekosustavi se dijele na:

1) prirodni (prirodni) ekosistemi- biološka cirkulacija, u kojoj se odvija bez direktnog učešća osobe. Podijeljeno na: zemaljski(šume, stepe, pustinje) i vodeni: slatkovodni i morski(močvare, jezera, bare, rijeke, mora).

2) antropogeni (umjetni) ekosistemi- ekosisteme koje je čovjek stvorio kako bi ostvario koristi koje mogu postojati samo uz njegovu podršku (agroekosistemi - umjetni ekosistemi koji proizlaze iz poljoprivrednih aktivnosti ljudi; tehnoekosistemi - umjetni ekosistemi koji proizlaze iz industrijske ljudske aktivnosti; urbani ekosistemi (latinski urbani) - ekosistemi, nastali stvaranjem ljudska naselja).

3) društveno-prirodno- prirodni sistemi koje je izmijenio čovjek (park, rezervoar).

Postoje i prijelazni tipovi ekosustava između prirodnih i antropogenih (ekosustavi prirodnih pašnjaka koje ljudi koriste za ispašu domaćih životinja).

Prema izvoru energije koji im osigurava egzistenciju, ekosustavi se dijele na sljedeće tipove:

1) autotrofni ekosistemi- ovo su ekosustavi koji si osiguravaju energiju dobivenu od Sunca, na račun vlastitih foto- ili hemotrofnih organizama. Većina prirodnih ekosustava i neki antropogeni pripadaju ovom tipu.

2) heterotrofni ekosistemi-ovo su ekosustavi koji primaju energiju pomoću gotovih organskih spojeva koje sintetiziraju organizmi koji nisu sastavni dijelovi ovih ekosustava, ili koristeći energiju energetskih instalacija koje je stvorio čovjek. Oni mogu biti i prirodni (na primjer, ekosistemi u dubinama okeana, koristeći organske ostatke koji padaju odozgo), i antropogeni (na primjer, gradovi sa dalekovodima).

4. Struktura ekosistema.

Struktura ekosistema shvaća se kao jasno izraženi obrasci u odnosima i vezama njegovih dijelova. Struktura ekosistema je višestruka.

Razlikovati vrsta, prostorne, ekološki, trofičan i granični strukture.

Struktura vrsta ekosistema- ovo je raznolikost vrsta, odnos i omjer njihovog broja. Različite zajednice koje čine ekosistem sastoje se od različitog broja vrsta - raznolikost vrsta... Ovo je najvažnija kvalitativna i kvantitativna karakteristika održivosti ekosistema. Osnova biološke raznolikosti u divljini. Raznolikost vrsta povezana je sa različitim ekološkim uslovima. U šumi tajge, na primjer, na površini od 100 m 2, u pravilu postoji oko 30 različitih vrsta biljaka, a na livadi uz rijeku - dvostruko više.

Ovisno o raznolikosti vrsta, postoje bogat(prašume, riječne doline, koralni grebeni) i siromašan(pustinje, sjeverna tundra, zagađena vodna tijela) ekosistemi... Glavni ograničavajući faktori su temperatura, vlaga i nedostatak hrane. S druge strane, raznolikost vrsta služi kao osnova za ekološka raznolikost - raznolikost ekosistema. Ukupnost genetske, vrste i ekološke raznolikosti je biološka raznolikost planete glavni je uvjet za održivost cijelog života .

Prostorna struktura ekosistema.

Populacije različitih vrsta u ekosistemu raspoređene su na određeni način i u određenom obliku prostorna struktura.

Razlikovati vertikalna i horizontalno struktura ekosistema.

Osnova vertikalna struktura (višeslojno) formira vegetaciju.

Živjeti zajedno biljke iste visine stvaraju neku vrstu podova- slojevi elementi vertikalne strukture fitocenoze. Dodijelite slojeve iznad zemlje i pod zemljom... Primjer iznad zemlje- u šumi visoko drveće čini prvi (gornji) sloj, drugi sloj se formira od mladih jedinki stabala gornjeg sloja i od odraslih stabala manje visine (zajedno tvore sloj A - sastojinu drveća). Treći sloj se sastoji od grmlja (nivo B - podrast), četvrti - od visokih trava (nivo C - travnat). Najniži sloj, na koji pada vrlo malo svjetla, čine mahovine i nisko rasle trave (nivo D-mahovina-lišaj). Tiered zapaženo i u zeljastim zajednicama (livade, stepe, savane).

Underground stupnjevanje je povezano s različitim dubinama prodiranja korijenskih sustava biljaka u tlo: kod nekih korijenje zalazi duboko u tlo, dostiže razinu podzemnih voda, dok drugi imaju površinski korijenski sustav koji hvata vodu i hranjive tvari iz gornjeg sloja tla. Životinje su također prilagođene životu u jednom ili drugom vegetacijskom sloju (neke uopće ne napuštaju svoj sloj). Slijedom toga, sloj se može predstaviti kao strukturna jedinica biocenoze, koja se od ostalih dijelova razlikuje po određenim ekološkim uvjetima, skupu biljaka, životinja i mikroorganizama.

Horizontalna struktura(mozaik, pjegavost) ekosustava nastaje kao rezultat heterogenosti mikroreljefa, svojstava tla, aktivnosti biljaka i životinja koje stvaraju okoliš (na primjer: kao rezultat ljudske aktivnosti - selektivna sječa, kamini itd.). ili životinje - emisije tla tijekom kopanja rupa, kasnijeg zarastanja, stvaranja mravinjaka, gaženja i ispaše trave od kopitara itd., obaranja sastojine za vrijeme uragana itd.)

Zbog okomite i vodoravne strukture, organizmi koji žive u ekosustavu učinkovitije koriste minerale tla, vlagu i svjetlosni tok.

Ekološka struktura Ekosistemi se sastoje od različitih ekoloških grupa organizama, koje mogu imati različit sastav vrsta, ali zauzimaju slične ekološke niše. Svaka od ekoloških skupina obavlja određene funkcije u zajednici: proizvoditi organske tvari koristeći solarne i kemijske izvore energije, trošiti ih, pretvarati mrtve organske tvari u anorganske tvari, vraćajući ih tako u promet tvari.

Važna karakteristika strukturnih karakteristika ekosistema je postojanje granica stanište različitih zajednica. Obično su uslovni. Kao rezultat toga, pojavljuje se prilično opsežna granična (rubna) zona koju karakteriziraju posebni uvjeti. Biljke i životinje karakteristične za svaku od susjednih zajednica prodiru u susjedne teritorije, stvarajući tako specifičan "rub", granični pojas - ecotone ... Ovako granični ili marginalna učinak - povećanje raznolikosti i gustoće organizama na rubovima (rubovima) susjednih zajednica i u prijelaznim zonama između njih.

5. Funkcionalna struktura ekosistema. Funkcionalne grupe organizama u ekosistemu.

Živi organizmi u ekosustavu obavljaju različite funkcije, koje ovise o vrsti hrane. Tokom evolucije na Zemlji su se pojavile dvije glavne vrste prehrane - autotrofni i heterotrofna.

U svakom ekosistemu mogu se razlikovati tri funkcionalne grupe organizama: proizvođači, potrošači i reduktori.

Osnova za formiranje i funkcioniranje ekosustava su proizvođači- biljke i mikroorganizmi sposobni stvarati (proizvoditi) organske tvari iz anorganskih tvari, koristeći energiju svjetlosti - autotrofi (auto - sebe , trof - jesti , Grčki sl .., fotosinteza) , ili energije sadržane u hemijskim vezama jedinjenja - hemotrofi (hemosinteza).

Autotrofi uključuju zelene biljke (više vaskularne), mahovine, lišajeve, zelene i plavo -zelene alge, koje su dominantni primarni proizvođači - proizvođači organske tvari u ekosustavima.

Kemotrofi uključuju organizme koji sintetiziraju organske tvari iz anorganskih tvari zbog energije oksidacije amonijaka, sumporovodika, željeza i drugih tvari koje se nalaze u tlu ili podnožju stijena.

Za razliku od proizvođača koji tvore primarne proizvode ekosustava, organizmi koji koriste te proizvode nazivaju se heterotrofi (heteros - različit, grčki.), koristiti gotovu organsku tvar i energiju drugih organizama i njihovih otpadnih proizvoda za život.

Oni su heterotrofni potrošači (konsumo - konzumirati, lat.) i reduktori.

Fitofagi- biljojedi (phytos - biljka, phagos - proždirač, grčka riječ) - potrošači 1. reda... Fitofagi su sekundarni akumulatori solarne energije koje su biljke prvobitno akumulirale.

Zoophages- grabežljivci, mesožderi - potrošači drugog ili trećeg reda - jedu fitofage i manje grabežljivce. Predatori su najvažniji regulatori biološke ravnoteže: ne samo da reguliraju broj fitofagnih životinja, već djeluju i kao urednici, prvenstveno jedući bolesne i oslabljene životinje.

Simbiotropi(simbioza - kohabitacija, gr.)- mikroorganizmi, bakterije i gljivice koje žive na i oko korijena biljaka i primaju dio produkata fotosinteze u obliku organske tvari koju luče korijeni. Usisavaju vodu i mineralne soli iz tla i prenose se u biljku, pretvaraju dušik u zraku u oblike koji su na raspolaganju biljkama za asimilaciju. Simbiotrofi također uključuju mikroorganizme (bakterije, jednostanične životinje) koji žive u probavnom traktu fitofagnih životinja i pomažu im u probavi hrane.

Saprofagi ili hranilice za detritus - životinje koje jedu leševe i izmet (vrane, čavke, hijene, orlovi supovi, balege, muhe itd.). Formiraju se mrtvi organizmi detritus : rezerva organske tvari, koja je, takoreći, neko vrijeme isključena iz organskog kruga. Saprofagi, jedući i obrađujući detritus, ubrzavaju njegovu cirkulaciju u prirodi. / P>

Formira se posebna grupa organizama svejed e ili eurifagi ... To su organizmi sa mješovitom vrstom ishrane, tj. hraneći se životinjama, biljkama pa čak i detritusom. Na primjer, medvjed, lisica, svinja, piletina, vrana, žohari, čovjek.

Detritus se obrađuje i reduktori (Redure - za povratak nazad, lat.)(mikropotrošnje, destruktori, saprotrofi, osmotrofi) - heterotrofni organizmi koji razgrađuju organske tvari - detritus i životinjski izmet u mineralne soli, koji se kroz otopine tla vraćaju u korijenje biljaka (makro i mikroorganizmi - gljive, bakterije, protozoe). U procesu vitalne aktivnosti ovih organizama obnavljaju se mineralne tvari koje proizvođači ponovno koriste.

Mnogi organizmi - detritofagi žive u tlu, kralj tla se može nazvati glista koja jede izumrlo biljno tkivo. Prolazeći kroz crijeva, pretvara ih u izmet s visokim udjelom organske tvari. Jedan je od najaktivnijih proizvođača humusa u tlu. Masa glista u tlu visokoproduktivnih ekosustava može biti veća od mase kopnenih životinja.

Tako proizvođači, potrošači, razlagači, koje u ekosustavu predstavljaju mnoge vrste, jamče njegovo dugo i stabilno postojanje.

Opšta svojstva sistema... Centralni koncept u ekologiji - ekosistem odražava temeljnu ideju ove nauke da priroda funkcionira kao cjelovit sistem bez obzira o kakvom okruženju govorimo: slatkovodnom, morskom ili kopnenom. Opšta teorija složenih sistema, koja uključuje proučavanje integralnih svojstava ekosistema, započela je djelima biologa Ludwiga von Bertalanffyja krajem 1940 -ih. Sustavni pristup rješavanju ekoloških problema postaje sve praktičniji.

Pod sistemom se podrazumijeva poredak međusobno zavisnih i međusobno zavisnih komponenti koje čine jedinstvenu cjelinu.

Cjelina je izvjesno jedinstvo elemenata koje ima svoju strukturu. Koncept "strukture" odražava raspored elemenata i prirodu njihove interakcije.

Sistemi imaju sljedeća specifična svojstva:

Izolacija;

Integracija;

Integritet;

Stabilnost;

Equilibrium;

Control;

Stabilnost (homeostaza);

Pojava.

Pojava (s engleskog. nastanak- izgled) je univerzalna karakteristika sistema, uključujući ekosisteme, koja se sastoji u činjenici da svojstva sistema u cjelini nisu jednostavan zbir svojstava njegovih sastavnih dijelova ili elemenata. Kako se komponente kombiniraju u veće funkcionalne jedinice, potonje stiču nova svojstva koja nisu postojala na prethodnom nivou (nivo komponente). Takva kvalitativno nova, nastajuća svojstva sistemskog nivoa organizacije ne mogu se predvidjeti iz svojstava komponenti koje čine ovaj nivo ili jedinicu.

Pojavljujuća svojstva sistema nastaju kao rezultat interakcije komponenti, a ne kao rezultat promjene njihove prirode. S obzirom na nastajuća svojstva, za proučavanje cjeline nije potrebno poznavati sve njezine komponente, što je vrlo važno za ekologiju, budući da mnogi ekosustavi uključuju tisuće komponenata-populacija, nije ih moguće temeljito proučiti. Stoga su na prvom mjestu po važnosti integralna svojstva integralnih složenih ekoloških sistema: ukupna biomasa, proizvodnja i uništavanje pojedinih trofičkih nivoa, bez poznavanja obrazaca, čije promjene ne mogu opisati ponašanje čitavog sistema u vremenu i predvidjeti njegovu budućnost.

Stabilnost samoregulacionih sistema određuje njihovu sposobnost da se vrate u prvobitno stanje nakon blagog odstupanja. U ovom slučaju vrijedi princip Le Chatelier - Braune: s vanjskim utjecajem, koji dovodi sustav iz stabilnog stanja ravnoteže, ravnoteža se pomiče u smjeru u kojem je učinak vanjskog utjecaja oslabljen.

Bez postojanja sistema nezamislivo je direktna i rikverc veze. Izravna veza naziva se takva veza u kojoj jedan element (A) djeluje na drugi (B) bez odgovora. Ako postoji odgovor, oni govore o povratnim informacijama (slika 12.1).

Pirinač. 12.1 Mehanizam povratne sprege

Ova vrsta povezivanja igra bitnu ulogu u funkcioniranju ekosustava i određuje njihovu održivost i razvoj. Povratne informacije su pozitivne i negativne.

Pozitivne povratne informacije određuje jačanje procesa u jednom smjeru. Na primjer, nakon krčenja šuma, teritorije postaju preplavljene, pojavljuju se mahovine sfagnumi (nakupine vlage), a zalijevanje se pojačava. Negativne povratne informacije uzrokuje, kao odgovor na povećanje djelovanja elementa A, povećanje u suprotnom smjeru od djelovanja elementa B. Ovo je najčešći i najvažniji tip veza u prirodnim ekosustavima. Oni se prvenstveno temelje na održivosti i stabilnosti ekosistema. Primjer takvog odnosa je odnos između predatora i plijena. Povećanje populacije plijena kao izvora hrane stvara uvjete za reprodukciju i povećanje populacije predatora. Potonji pak počinju intenzivnije uništavati plijen, smanjujući njihov broj i time pogoršavaju vlastite uvjete hranjenja. U nepovoljnijim uvjetima, natalitet u populaciji predatora opada, a nakon nekog vremena smanjuje se i broj populacije grabežljivaca, uslijed čega se smanjuje pritisak na populaciju plijena. Ova veza omogućava sistemu da ostane u stanju stabilne dinamičke ravnoteže (tj. Samoregulacije).

Obično se razlikuju tri vrste sistema:

1) izolirano- postoje unutar određenih granica, kroz koje ne dolazi do razmjene tvari i energije (takvi se sustavi stvaraju samo umjetno);

2) zatvoreno- razmjena samo energije s okolinom;

3) otvoren- razmjena tvari i energije s okolišem (to su prirodni ekosustavi).

Najvažnija vrijednost opće teorije sistema za ekologiju kao nauku je to što je omogućila stvaranje nove naučne metodologije - sistemska analiza, u kojima su prirodni objekti predstavljeni u obliku sistema. Potonji se razlikuju na osnovu ciljeva studije. S jedne strane, sistem se posmatra kao jedna cjelina, a s druge kao skup elemenata. Zadaci sistemske analize su da identifikuju:

Veze koje čine sistem koherentnim;

Sistemske veze sa okolnim objektima;

Procesi upravljanja sistemom;

Vjerovatnoće prirode ponašanja istraživanog objekta (prognoza).

Svaki sistem ima sljedeće osnovne parametre:

Granice;

Svojstva elemenata i sistema u cjelini;

Struktura;

Priroda veza i interakcija između elemenata sistema, kao i između sistema i njegovog vanjskog okruženja.

Granice- najsloženija karakteristika sistema, zbog svog integriteta i određena činjenicom da su unutrašnje veze i interakcije mnogo jače od vanjskih. Ova posljednja okolnost određuje stabilnost sistema na vanjske utjecaje.

Svojstva elemenata i sistema općenito, karakteriziraju ih kvalitativne i kvantitativne značajke koje se nazivaju pokazateljima.

Struktura sistema određen je omjerom u prostoru i vremenu njegovih sastavnih elemenata i njihovih veza. Prostorni aspekt strukture karakterizira redoslijed elemenata u sistemu, a vremenski aspekt odražava promjenu stanja sistema u vremenu (odnosno, pokazuje razvoj sistema). Struktura izražava hijerarhiju (podređenost nivoa) i organizaciju sistema.

Priroda veza i interakcija između elemenata sistema i sistema sa vanjskim okruženjem predstavljaju različite oblike razmjene materijala, energije i informacija. U prisustvu veza sistema sa vanjskim okruženjem, granice su otvorene, inače su zatvorene.

Ekosistem... Živi organizmi i njihova okolina (abiotičko stanište) nerazdvojno su međusobno povezani i u stalnoj su interakciji, tvoreći ekološki sustav (ekosistem).

Ekosistem - zajednica živih bića i njihovog staništa, koja čini jedinstvenu funkcionalnu cjelinu zasnovanu na uzročno -posljedičnim vezama između pojedinih ekoloških komponenti.

Glavna svojstva ekosustava određena su njihovom sposobnošću da vrše cirkulaciju tvari i stvaraju biološke proizvode, odnosno da sintetiziraju organske tvari. Prirodni ekosustavi, za razliku od umjetnih koje je stvorio čovjek, pod stabilnim uvjetima okoliša mogu postojati neograničeno dugo, jer su sposobni izdržati vanjske utjecaje i održavati strukturnu i funkcionalnu postojanost (homeostaza). Veliki ekosistemi uključuju ekosisteme nižeg ranga.

Ovisno o veličini zauzetog prostora, ekosustavi se obično dijele na:

Mikroekosistemi (malo vodeno tijelo, deblo oborenog stabla u fazi propadanja, akvarij itd.);

Mezoekosistemi (šuma, ribnjak, jezero, rijeka itd.);

Makroekosistemi (okeani, kontinenti, prirodne zone itd.),

Globalni ekosistem (biosfera u cjelini).

Veliki kopneni ekosustavi karakteristični za određena geografska prirodna područja nazivaju se biomi (na primjer, tajga, stepa, pustinja itd.). Svaki biom uključivat će niz manjih, međusobno povezanih ekosustava.

Ekosistem se sastoji od dva glavna bloka. Jedan od njih je kompleks međusobno povezanih populacija živih organizama, tj. biocenoza, a drugi je skup faktora okoline, tj. ekotop... Ekosistem je funkcionalna jedinica žive prirode, koja uključuje biotske (biocenoze) i abiotičke (staništa) dijelove ekosistema, međusobno povezane kontinuiranim ciklusom (razmjenom) hemikalija, za čiju energiju se napaja Sunce (slika 12.2).

Pirinač. 12.2. Protok energije i ciklus hemikalija u ekosistemu

Fotosintetski (fotoautotrofi) organizmi (biljke, mikroalge) sintetiziraju organsku tvar iz mineralnih komponenti tla, vode i zraka, koristeći energiju sunčeve svjetlosti. Organske tvari nastale u procesu fotosinteze služe kao izvor energije biljkama za održavanje njihovih funkcija, reprodukcije, kao i građevinski materijal od kojeg formiraju svoja tkiva (fitomasa). Heterotrofni organizmi (životinje, bakterije, gljive) u procesu hranjenja koriste različita organska jedinjenja koja stvaraju fotoautotrofi za izgradnju svog tijela i kao izvor energije. U procesu metabolizma u heterotrofa dolazi do oslobađanja uskladištene kemijske energije i mineralizacije organske tvari u ugljikov dioksid, vodu, nitrate, fosfate. Budući da se proizvodi mineralizacije organske tvari ponovno koriste autotrofima, u ekosustavu postoji stalna cirkulacija tvari.

Struktura ekosistema... Struktura bilo kojeg sistema određena je zakonima u odnosima i vezama njegovih dijelova. Svaki ekosistem nužno sadrži dva glavna bloka elemenata: žive organizme i faktore nežive okoline koja ih okružuje. Sveukupnost organizama (biljke, životinje, mikroorganizmi, gljive itd.) Naziva se biocenoza ili biota ekosistema. Sistem odnosa između organizama, kao i između biote i staništa, uključujući abiotičke faktore, određuje strukturu ekosistema.

Kao dio bilo kojeg ekosustava, mogu se razlikovati sljedeće glavne komponente:

- anorganske tvari- mineralni oblici ugljika, dušika, fosfora, vode i drugih kemijskih spojeva koji ulaze u ciklus;

- organska jedinjenja- proteini, ugljeni hidrati, masti itd .;

- vazduh, voda i supstrat uključujući klimatski režim(temperatura i drugi fizički i hemijski faktori);

- proizvođači- autotrofni organizmi koji stvaraju organsku hranu od jednostavnih anorganskih tvari koristeći energiju Sunca (fotoautrofi), uglavnom zelene biljke i jednostanične mikroskopske alge u vodi, neke grupe fotosintetskih bakterija i hemoautotrofi, bakterije koje koriste energiju redoks reakcija (bakterije sumpora , željezne bakterije itd.);

- potrošači- heterotrofni organizmi biljojedi i mesožderi, uglavnom životinje koje jedu druge organizme;

- reduktori(destruktori) - heterotrofni organizmi, uglavnom bakterije i gljive te neki beskičmenjaci, koji razgrađuju mrtve organske tvari.

Prve tri skupine komponenata (anorganske tvari, organske tvari, fizikalno -kemijski čimbenici) čine neživi dio ekosustava (biotop), a ostale - živi dio (biocenoza). Posljednje tri komponente koje se nalaze u odnosu na protok dolazeće energije su struktura ekosistema(sl.12.3). Proizvođači hvataju solarnu energiju i pretvaraju je u energiju kemijskih veza organske tvari. Potrošni materijal, proizvođači hrane, koriste ovu energiju za aktivan život i izgradnju vlastitog tijela. Kao rezultat toga, sva energija koju skladište proizvođači se troši. Reduktori razgrađuju složena organska jedinjenja do mineralnih komponenti pogodnih za upotrebu od proizvođača (voda, ugljen -dioksid itd.).

Pirinač. 12.3. Struktura ekosistema, uključujući protok energije (dvostruka strelica) i dva ciklusa supstanci: čvrstu (debela strelica) i gasovitu (tanka strelica)

Dakle, strukturu ekosustava tvore tri glavne skupine organizama (proizvođači, potrošači i reduktori) koji sudjeluju u kruženju krutih i plinovitih tvari, transformaciji i korištenju energije Sunca.

Jedna od zajedničkih karakteristika svih ekosustava, bilo kopnenih, slatkovodnih, morskih ili umjetnih, je interakcija autotrofnih (proizvođača) i heterotrofnih (potrošači i razgraditelji) organizama, koji su djelomično odvojeni u prostoru ( prostorna struktura ekosistema).

Autotrofni procesi (fotosinteza organske tvari od strane biljaka) najaktivniji su u gornjem sloju ekosustava, gdje je dostupna sunčeva svjetlost. Heterotrofni procesi (biološki procesi povezani s potrošnjom organske tvari) najintenzivnije se odvijaju u donjem sloju, u tlu i sedimentima, gdje se akumulira organska tvar.

Formira se sistem interakcija hrane između organizama trofička struktura(od grčkog trophe - hrana), koji se za kopnene ekosisteme može podijeliti u dva nivoa:

1) vrh autotrofni sloj(samohranjivanje) ili "zeleni pojas", uključujući biljke ili njihove dijelove koji sadrže klorofil, u kojima fiksacija svjetlosne energije, upotreba jednostavnih anorganskih spojeva i nakupljanje složenih organskih spojeva, i 2) niži heterotrofni sloj(hrane ih drugi), ili "smeđi pojas" tla i sedimenata, raspadajućih tvari, korijena itd., u kojima prevladavaju upotreba, transformacija i razgradnja složenih organskih spojeva.

Funkcioniranje autotrofa i heterotrofa također se može odvojiti u vremenu, budući da se upotreba proizvodnje autotrofnih organizama od strane heterotrofa može dogoditi ne odmah, već sa značajnim zakašnjenjem. Na primjer, u šumskom ekosistemu fotosinteza se javlja uglavnom u krošnjama drveća. U isto vrijeme, samo mali dio proizvoda fotosinteze odmah i izravno obrađuju heterotrofi koji se hrane lišćem i mladim drvetom. Većina sintetizirane organske tvari (u obliku lišća, drva i rezervnih hranjivih tvari u sjemenkama, korijenu) na kraju završi u tlu, gdje se heterotrofi relativno sporo koriste te tvari. Može proći mnogo tjedana, mjeseci, godina ili čak tisućljeća (u slučaju fosilnih goriva) prije nego što se sva ta nakupljena organska tvar potroši.

Treba imati na umu da organizmi u prirodi žive sami za sebe, a ne da bi igrali bilo kakvu ulogu u ekosustavu. Svojstva ekosustava nastaju uslijed kombiniranih aktivnosti biljaka i životinja uključenih u njega. Samo imajući ovo na umu, možemo razumjeti njegovu strukturu i funkcije, kao i činjenicu da ekosistem reagira na promjene faktora okoliša u cjelini.

Svaki ekosistem karakteriše strogo definisan struktura vrste- raznolikost vrsta (bogatstvo vrsta) i omjer njihovog broja ili biomase. Što je veća raznolikost uslova okoline, veći je broj vrsta u biocenozi. S tog gledišta, najbogatiji raznolikošću vrsta su, na primjer, ekosustavi tropskih prašuma i koralnih grebena. Broj vrsta organizama koji nastanjuju ove ekosisteme je u hiljadama. A u ekosistemima pustinja postoji samo nekoliko desetina vrsta.

Raznolikost vrsta takođe zavisi od starosti ekosistema. U mladim ekosistemima u razvoju, koji su nastali, na primjer, na beživotnoj podlozi pješčanih dina, planinskih gomila i požara, broj vrsta je izuzetno mali, ali kako se ekosistemi razvijaju, bogatstvo vrsta raste.

Od ukupnog broja vrsta koje žive u ekosistemu, obično je samo nekoliko dominirati, odnosno imaju veliku biomasu, brojnost, produktivnost ili druge pokazatelje od značaja za ekosistem. Većinu vrsta u ekosistemu karakteriziraju relativno niski pokazatelji značaja.

Nemaju sve vrste utjecaj na svoju biotičku sredinu na isti način. Tu je edifikatori vrsta, koji u procesu svoje vitalne aktivnosti formiraju okruženje za zajednicu u cjelini, a bez njih je nemoguće postojanje većine drugih vrsta u ekosustavu. Na primjer, smreka u smrekovoj šumi je vrsta edifikator, jer stvara posebnu mikroklimu, kiselu reakciju tla i specifične uvjete za razvoj drugih biljnih i životinjskih vrsta prilagođenih postojanju u tim uvjetima. Kada se šuma smreke promijeni (na primjer, nakon požara ili sječe) u šumu breze, ekotop na ovom području značajno se mijenja, što određuje promjenu u cijeloj biološkoj zajednici ekosistema.

Imena ekosistema formiraju se na osnovu najvažnijih parametara koji određuju karakteristične uslove staništa. Dakle, za kopnene ekosisteme, nazivi uključuju nazive edifikatorskih vrsta ili dominantnih biljnih vrsta (smreka-borovnica, stepski ekosistem žitarica-zeljastina itd.).

Funkcionisanje ekosistema. Ekosustavi su otvoreni sustavi, odnosno oni koji primaju energiju i tvari izvana i daju ih vanjskom okruženju, stoga je važna komponenta ekosistema vanjsko okruženje (okruženje na ulazu i okruženje na izlazu). Živi organizmi koji su dio ekosustava, da bi postojali, moraju se stalno nadopunjavati i trošiti energiju. Za razliku od tvari koje kontinuirano cirkuliraju kroz različite komponente ekosustava, energija se može upotrijebiti samo jednom, odnosno energija prolazi kroz ekosistem u obliku linearnog toka.

Funkcionalni dijagram ekosistema odražava interakciju tri glavne komponente, naime: zajednice, protoka energije i cirkulacije tvari. Protok energije je usmjeren samo u jednom smjeru. Dio dolazeće solarne energije pretvara biološka zajednica i odlazi na kvalitativno viši nivo, pretvarajući se u organsku tvar. No većina energije se razgrađuje: nakon prolaska kroz sustav, ona izlazi u obliku toplinske energije niske kvalitete koja se naziva hladnjak. Energija se može pohraniti u ekosistem, zatim osloboditi ili ponovo izvoziti, ali se ne može ponovno koristiti. Za razliku od energije, hranjive tvari i voda mogu se ponovno upotrijebiti.

Jednosmjerni tok energije rezultat je zakona termodinamike. Prvi zakon termodinamike(zakon očuvanja energije) kaže da energija može prijeći iz jednog oblika (sunčeva svjetlost) u drugi (potencijalna energija kemijskih veza u organskoj tvari), ali ne nestaje i ne stvara se iznova, odnosno ukupna količina energija u procesima ostaje konstantna ... Drugi zakon termodinamike(zakon entropije) kaže da se u bilo kojem procesu pretvorbe energije dio nje uvijek rasipa u obliku toplinske energije nedostupne za upotrebu, stoga je efikasnost spontane pretvorbe kinetičke energije (na primjer, svjetlosti) u potencijalnu energiju (na primjer, u energiju kemijskih veza u organskim tvarima) uvijek manje od 100%.

Živi organizmi pretvaraju energiju i svaki put kada se energija pretvori (na primjer, hrana se probavi) dio se izgubi u obliku topline. Konačno, sva energija koja ulazi u biotski ciklus ekosistema se rasipa u obliku topline. Međutim, živi organizmi koji nastanjuju ekosustave ne mogu koristiti toplinsku energiju za obavljanje posla. U tu svrhu koriste energiju sunčevog zračenja, pohranjenu u obliku kemijske energije u organskim tvarima, koju stvaraju proizvođači u procesu fotosinteze.

Hrana nastala fotosintetskim djelovanjem zelenih biljaka sadrži potencijalnu energiju, koja se, kada je koriste heterotrofni organizmi, pretvara u druge oblike kemijske energije.

Većina sunčeve energije koja padne na tlo pretvara se u toplinu, a samo vrlo mali dio nje (u prosjeku na planeti najmanje 1%) zelene biljke pretvaraju u potencijalnu energiju kemijskih veza u organskim tvarima.

Cijeli životinjski svijet na Zemlji prima potrebnu potencijalnu kemijsku energiju od organskih tvari koje stvaraju fotosintetske biljke, a veći dio pretvara u toplinu tijekom disanja, a manji dio pretvara u kemijsku energiju novosintetizirane biomase. U svakoj fazi prijenosa energije s jednog organizma na drugi, značajan dio se rasipa u obliku topline.

Ravnoteža hrane i energije za odvojeni živi organizam može se prikazati na sljedeći način:

E p = E d + E pr + E pv,

gdje je E p energija potrošnje hrane;

E d - energija disanja;

E pr - energija rasta;

E pv je energija produkata izlučivanja.

Oslobađanje energije u obliku topline u procesu vitalne aktivnosti u mesoždera (predatora) je malo, a u biljojeda je značajnije. Na primjer, gusjenice nekih insekata koji se hrane biljkama emitiraju do 70% energije apsorbirane iz hrane u obliku topline. Međutim, uz svu raznolikost vrijednosti potrošnje energije za vitalne aktivnosti, maksimalni izdatak za disanje iznosi oko 90% sve energije koja se troši u obliku hrane. Stoga se prijelaz energije s jednog trofičkog nivoa na drugi uzima u prosjeku kao 10% energije koja se troši hranom. Ovaj obrazac je poznat kao obično deset posto... Iz ovog pravila proizlazi da krug napajanja može imati ograničen broj nivoa, obično ne više od 4-5, pri čemu se skoro sva energija rasipa.

Prehrambeni lanci. Unutar ekosistema, organska materija koju stvaraju autotrofni organizmi služi kao hrana (izvor energije i materije) za heterotrofe. Tipičan primjer: životinja jede biljku. Ovu životinju, s druge strane, može pojesti druga životinja, pa se na taj način energija može prenijeti kroz brojne organizme - svaki sljedeći hrani se prethodnim, opskrbljujući je sirovinama i energijom. Ovaj niz organizama naziva se lanac ishrane, a svaka njegova karika je trofički nivo... Prvi trofički nivo zauzimaju autotrofi (primarni proizvođači). Organizmi drugog trofičkog nivoa nazivaju se primarni potrošači, treći - sekundarni potrošači itd.

Glavno svojstvo lanca ishrane je sprovođenje biološkog ciklusa supstanci i oslobađanje energije uskladištene u organskim materijama.

Predstavnici različitih trofičkih nivoa međusobno su povezani u prehrambenim lancima procesima jednosmjernog usmjerenog prijenosa biomase (u obliku hrane koja sadrži rezerve energije).

Lanci hrane mogu se podijeliti u dvije glavne vrste:

1) pašnjački lanci koji počinju sa zelenom biljkom i prelaze na ispašu životinja, a zatim na predatore;

2) detritalni lanci koji počinju malim organizmima koji se hrane mrtvom organskom tvari i odlaze do malih i velikih predatora.

Lanci ishrane nisu međusobno izolirani; blisko su isprepleteni u ekosustavu kako bi stvorili prehrambene mreže.

Ekološke piramide. Za proučavanje odnosa među organizmima u ekosustavu i za grafičko predstavljanje tih odnosa prikladnije je koristiti ne sheme prehrambenih mreža, već ekološke piramide, čija je osnova prva trofička razina (razina proizvođača), a naredni nivoi čine podove i vrh piramide. Ekološke piramide mogu se podijeliti u tri glavne vrste:

1) piramide stanovništva odražavajući broj organizama na svakom trofičkom nivou;

2) piramide biomase karakteriziranje ukupne mase žive materije na svakom trofičkom nivou;

3) energetske piramide prikazujući veličinu protoka energije ili produktivnost na uzastopnim trofičkim nivoima.

Da bi se grafički prikazala struktura ekosistema u obliku piramide brojeva, prvo se broji broj različitih organizama na datoj teritoriji, grupišući ih po trofičkim nivoima. Nakon takvih proračuna postaje očito da se broj životinja postupno smanjuje s prijelazom s drugog trofičkog nivoa na sljedeći. Broj biljaka prvog trofičkog nivoa također često premašuje broj životinja koje čine drugi nivo. Dva primjera populacijskih piramida prikazana su na Sl. 12.4, gdje je dužina pravokutnika proporcionalna broju organizama na svakom trofičkom nivou. Oblici piramida brojeva uvelike variraju za različite zajednice, ovisno o veličini sastavnih organizama (slika 12.4).

U piramidama biomase uzima se u obzir ukupna masa organizama (biomasa) svakog trofičkog nivoa, odnosno prikazani su kvantitativni omjeri biomase u zajednici (slika 12.5). Brojevi označavaju količinu biomase u gramima suhe tvari po 1 m 2. U ovom slučaju, veličina pravokutnika proporcionalna je masi žive tvari odgovarajućeg trofičkog nivoa, po jedinici površine ili zapremini. Međutim, vrijednost biomase na trofičkom nivou ne daje nikakvu ideju o brzini njenog formiranja (produktivnosti) i potrošnji. Na primjer, proizvođače malih veličina (alge) karakterizira visoka stopa rasta i reprodukcije (povećanje biomase proizvođača), uravnoteženo njihovom intenzivnom potrošnjom hrane od strane drugih organizama (smanjenje biomase proizvođača). Stoga, iako biomasa u određenom trenutku može biti niska, produktivnost može biti visoka.

Od tri vrste ekoloških piramida, energetska piramida pruža najpotpuniju sliku funkcionalne organizacije zajednice.

U energetskoj piramidi (slika 12.6), gdje brojevi označavaju količinu energije (kJ / m2 godišnje), veličina pravokutnika proporcionalna je energetskom ekvivalentu, odnosno količini energije (po jedinici površine ili zapremini) ) koji je prošao određeni trofički nivo za određeni period. Energetska piramida odražava dinamiku prolaska mase hrane kroz prehrambeni (trofični) lanac, što je bitno razlikuje od piramida obilja i biomase koje odražavaju statičko stanje ekosistema (broj organizama u datom trenutku) .

Produktivnost ekosistema - stvaranje organske tvari u obliku biomase životinja, biljaka i mikroorganizama koji čine biotički dio ekosustava, po jedinici vremena po jedinici površine ili zapremine. Sposobnost stvaranja organske tvari ( biološka produktivnost) jedno je od najvažnijih svojstava organizama, njihovih populacija i ekosustava općenito.

Zbog energije svjetlosti tijekom fotosinteze nastaju glavni ili primarni proizvodi ekosustava. Primarna produktivnost je stopa kojom proizvođači (biljke) apsorbiraju solarnu energiju tokom fotosinteze, akumulirajući se u obliku organske tvari. Drugim riječima, ovo je vrijednost brzine rasta biljne biomase.

Uobičajeno je razlikovati četiri uzastopne faze u procesu proizvodnje organske tvari:

1) bruto primarna produktivnost- ukupnu stopu fotosinteze, tj. brzinu stvaranja cijele mase organske tvari od strane proizvođača, uključujući količinu organske tvari koju su proizvođači potrošili za održavanje aktivnosti (P ​​G);

2) neto primarna produktivnost - stopa nakupljanja organske tvari u biljnim tkivima umanjena za organsku tvar koju su biljke sintetizirale i koristile za održavanje svoje vitalne aktivnosti (P ​​N);

3) neto produktivnost zajednice - stopa akumulacije organske tvari koju heterotrofi (životinje i bakterije) ne konzumiraju u zajednici u određenom razdoblju (na primjer, povećanje biljne biomase do kraja ljetne sezone).

4) sekundarna produktivnost - brzina akumulacije energije (u obliku biomase) na nivou potrošača (životinja), koje ne stvaraju organske tvari od anorganskih (kao u slučaju fotosinteze), već koriste samo dobivene organske tvari iz hrane, čiji se dio troši na održavanje vitalne aktivnosti, a ostatak se pretvara u vlastita tkiva.

Visoke stope proizvodnje organske tvari nalaze se pod povoljnim faktorima okoliša, posebno kada se dodatna energija isporučuje izvana, što smanjuje vlastite troškove organizama za održavanje vitalne aktivnosti. Na primjer, u obalnoj zoni mora, dodatna energija može doći u obliku energije plime i oseke, dovodeći čestice organske tvari do sjedilačkih organizama.

Dan vizuelnog prikaza regionalnih karakteristika funkcionisanja biosfere na Sl. 12.7 prikazuje model produktivnosti velikih ekosistema biosfere u obliku turbine koju pokreće tok sunčeve svjetlosti. Širina turbinskog kotača za kopno odgovara postotku kopna u određenoj prirodnoj zoni, širina kotača za more uzima se proizvoljno. Lopatice ovog modela turbine (biljne vrste u određenom ekosistemu) opažaju sunčevu svjetlost tokom fotosinteze i daju energiju za sve životne procese u ekosustavima. U isto vrijeme, kopnena turbina ima najveći broj lopatica (biljnih vrsta) u tropima, gdje 40 hiljada biljnih vrsta može proizvesti godišnje biološke proizvode od 10 11 tona organske tvari. U tropskim kopnenim ekosistemima u prosjeku se godišnje stvara oko 800 g / m2 ugljika. Morski ekosustavi (slika 12.7) su najproduktivniji u umjerenim borealnim regijama, gdje se godišnje proizvede oko 200 g ugljika po kvadratnom metru.

Vrijednost biološke produktivnosti odlučujuća je za većinu sistema za klasifikaciju vodnih tijela prema stepenu trofičnosti, odnosno opskrbi hranjivim tvarima za razvoj biocenoze. Nivo trofičnosti rezervoara određen je sadržajem glavnog fotosintetičkog pigmenta (klorofila), vrijednošću ukupne biomase i brzinom proizvodnje organske tvari. Prema ovoj klasifikaciji postoje četiri vrste jezera: oligotrofni, eutrofni, mezotrofni i hipertrofni(Tabela 12.1).

U predloženom sistemu klasifikacije, nivo biološke produktivnosti (trofičnosti) vodnih tijela usko je povezan s abiotičkim faktorima (dubina, boja, prozirnost vodnog tijela, prisutnost kisika u donjim slojevima vode, kiselost vode (pH) , koncentracija biogenih elemenata itd.), s geografskim položajem vodnog tijela i prirodom sliva.

Oligotrofna vodna tijela(od grčkog - beznačajno, siromašno) sadrže malu količinu hranjivih tvari, imaju visoku prozirnost, nisku boju, veliku dubinu. Fitoplankton se u njima razvija neznatno, budući da autotrofni organizmi nisu opskrbljeni mineralnom hranom, uglavnom dušikom i fosforom. Organska tvar sintetizirana u rezervoaru ( autohtona supstanca) gotovo u potpunosti (do 90..95%) prolazi kroz biokemijsko razlaganje. Kao rezultat toga, količina organske tvari u donjim sedimentima je mala, pa je sadržaj kisika u donjim slojevima vode visok. U akumulaciji prevladavaju pašni trofički lanci, malo je mikroorganizama i procesi uništavanja su slabo izraženi. Takva jezera odlikuju velike veličine i velike dubine.

Eutrofna vodena tijela(iz grčke eutrofije, dobra ishrana) odlikuje se povećanim sadržajem biogenih elemenata (dušik i fosfor), pa je fitoplanktonu opskrbljena mineralna prehrana, a intenzitet proizvodnih procesa je visok. Povećanjem stupnja eutrofikacije smanjuje se prozirnost i dubina fotosintetske zone. Višak kisika često se javlja u gornjim slojevima vode zbog velike stope fotosinteze, dok u donjim slojevima vode postoji značajan nedostatak kisika zbog njegove upotrebe mikroorganizmima u oksidaciji organske tvari. Detritalni lanci hrane postaju sve važniji u rezervoaru.

Mezotrofni tip(od grčkog mesos - srednji) - srednji tip vodnih tijela između oligotrofnih i eutrofnih. Obično mezotrofna vodena tijela nastaju iz oligotrofnih i pretvaraju se u eutrofna. U mnogim slučajevima ovaj je proces povezan s eutrofikacija- povećanje nivoa proizvodnje primarne vode zbog povećanja koncentracije biogenih elemenata, uglavnom dušika i fosfora. Protok hranjivih tvari u vodna tijela povećava se kao rezultat ispiranja gnojiva s polja, kao i ulaska industrijskih i komunalnih otpadnih voda u njih.

Hipertrofična vodena tijela(od grčkog hiper - over, over) odlikuju se vrlo visokim nivoom primarne proizvodnje i, kao posljedica toga, visokom biomasom fitoplanktona. Transparentnost i sadržaj kisika u vodnim tijelima su minimalni. Sadržaj velike količine organske tvari dovodi do masovnog razvoja mikroorganizama koji prevladavaju u biocenozi.

Homeostaza ekosistema. Ekosustavi, kao i njihove sastavne populacije i organizmi, sposobni su za samoodržavanje i samoregulaciju. Homeostaza(od grč. slično, isto) - sposobnost bioloških sistema da se odupru promjenama i održe dinamičku relativnu postojanost sastava i svojstava. Nestabilnost staništa u ekosistemima kompenzira se biocenotskim adaptivnim mehanizmima.

Uz tokove energije i cirkulaciju tvari, ekosistem karakteriziraju razvijene informacijske mreže, uključujući tokove fizičkih i kemijskih signala koji povezuju sve dijelove sistema i kontrolišu ga u cjelini. Stoga možemo pretpostaviti da su ekosustavi također kibernetičke prirode.

Homeostaza se zasniva na principu povratne sprege, što se može pokazati na primjeru ovisnosti gustoće naseljenosti o izvorima hrane. Povratne informacije se javljaju ako "proizvod" (broj organizama) ima regulatorni učinak na "senzor" (hrana). U ovom primjeru, količina izvora hrane određuje brzinu rasta stanovništva. Kada gustoća naseljenosti odstupi od optimuma u jednom ili drugom smjeru, povećava se natalitet ili mortalitet, zbog čega se gustoća dovodi do optimalnog. Ova povratna informacija, koja smanjuje odstupanje od norme, naziva se negativne povratne informacije.

Osim sistema povratne sprege, stabilnost ekosistema osigurava se i redundantnošću funkcionalnih komponenti. Na primjer, ako u zajednici postoji nekoliko vrsta autotrofa, od kojih svaki karakterizira vlastiti temperaturni optimum, tada će s fluktuacijama temperature okoline stopa fotosinteze zajednice u cjelini ostati nepromijenjena.

Homeostatski mehanizmi djeluju u određenim granicama, izvan kojih već neograničene pozitivne povratne informacije dovode do smrti sistema ako je dodatno podešavanje nemoguće. Kako se stres povećava, sistem se, iako je još uvijek pod kontrolom, možda neće moći vratiti na svoj prethodni nivo.

Područje djelovanja negativne povratne sprege može se opisati kao homeostatski plato (slika 12.8). Sastoji se od koraka; negativne povratne informacije djeluju u svakom koraku. Prijelaz s koraka na korak može se dogoditi kao rezultat promjene "senzora". Dakle, povećajte ili smanjite

Sastav i struktura ekosistema.

Energija i proizvodi ekosistema

Ekološke piramide

Vrste ekosistema.

Sastav i struktura ekosistema

Ako se obratite predavanju broj 1 ovog predmeta, otkrit ćete da polje studija ekologije uključuje tri glavna nivoa organizacije života: stanovništvo, ekosistem i biosferu. Za rješavanje mnogih globalnih problema i donošenje odluka, proučavanje organizamskog nivoa igra ključnu ulogu.

Kao što znate, živi organizmi i njihova neživa (abiotička) okolina nerazdvojno su međusobno povezani i u stalnoj su interakciji, tvoreći ekosustave.

Ekosistem je skup svih živih organizama koji žive u zajedničkom prostoru zajedno sa svojim neživim okruženjem.

Ekosistem je glavna funkcionalna jedinica u ekologiji, budući da uključuje i organizme i neživu okolinu - komponente koje međusobno utječu na svojstva i neophodne su za održavanje života u obliku koji postoji na Zemlji.

Primjer je livada, šuma, jezero.

Često se koncept ekosistema poistovjećuje s konceptom biogeocenoze, ali ti izrazi nisu sinonimi. Koncept ekosistema je širi, obuhvata sve vrste agregata živih organizama i staništa, samo se prirodne formacije (šuma, livada itd.) Mogu nazvati biogeocenozom. To. svaka biogeocenoza je ekosistem, ali nije svaki ekosistem biogeocenoza.

V kompozicija Ekosistem predstavljaju dvije grupe komponenti: abiotičke - komponente nežive prirode (ekotop) i biotičke - komponente žive prirode (biocenoza).

Biocenoza - skup predstavnika biljnog (fitocenoza), životinjskog (zoocenozni) svijeta i svijeta mikroorganizama (mikrobiocenoza). Ekotop uključuje dvije glavne komponente: klimu u svim njenim raznolikim manifestacijama i geološko okruženje - tlo -tlo ili edafotop. Sve komponente ovog sistema su u stalnoj i složenoj interakciji (slika 1).

Sasvim je očito da ekosistem nije homogen u prostoru i vremenu, pa je stoga važno uzeti u obzir prostorna struktura biogeocenoza. Prije svega jeste višeslojna struktura fitocenoze, koja je adaptacija u borbi za sunčevu svjetlost. U listopadnim šumama razlikuje se do 6 slojeva.

U prostornoj strukturi biogeocenoze postoji i mozaik- promjene u biljnim i životinjskim zajednicama na cijelom području (koncentracija vegetacije oko vodnih tijela).

Učešće različitih vrsta u formiranju ekosistema nije isto, pa predstavnici jedne vrste mogu dominirati u ekosistemu (na primjer: bor običan u borovoj šumi), druge se mogu naći pojedinačno (snježni leopard).

Vrste koje prevladavaju u broju se zovu dominantan... Među njima ima i onih bez kojih druge vrste ne mogu postojati ili edifaktori. Sekundarno vrste - male po broju, pa čak i rijetke - igraju ogromnu ulogu u formiranju održivog ekosustava. Tako je uspostavljen globalni zakon održivosti ekosustava prema kojem: što je veća bioraznolikost ekosistema, odnosno što su manje „manje“ vrste, to je održivija.

Sa tačke gledišta trofička struktura(od grčkog trophe - hrana) ekosistem se može podijeliti u dva nivoa:

gornji autotrofni (samohranjivi) sloj ili "zeleni pojas", uključujući biljke ili njihove dijelove koji sadrže klorofil, gdje prevladava fiksacija svjetlosne energije, upotreba jednostavnih anorganskih spojeva i nakupljanje složenih organskih spojeva. Organizmi uključeni u "zeleni pojas" nazivaju se autotrofni(od lat. auto-sam, trofo-hrana). Glavna značajka ovih organizama je sposobnost sinteze organskih tvari iz anorganskih u procesu fotosinteze. Budući da su autotrofi, stvaraju primarnu organsku tvar, proizvodeći je od anorganskih, nazivaju se proizvođači.

donji heterotrofni (hrani se od drugih) sloj ili "smeđi pojas", u kojem prevladava upotreba, transformacija i razgradnja složenih spojeva. Organizmi koji pripadaju ovom pojasu ne mogu izgraditi vlastitu tvar od mineralnih komponenti, prisiljeni su koristiti ono što stvaraju autotrofi, jedući ih. Zovu se heterotrofi (od latinskog: hetero-druga trofo-hrana).

Međutim, specifičnosti heterotrofa mogu biti različite. Tako se naziva dio organizama koji u ishrani koristi gotove biljne hranjive tvari fitofage- biljojedi (fitos - biljka, fagos - proždirač, gr.) ili biljojeda. Fitofagi su sekundarni akumulatori solarne energije koje su biljke prvobitno akumulirale. potrošači prvog reda (na primjer: zec, krava). Ova grupa organizama pripada primarni potrošači.

Za mnoge životinje evolucija je predodredila potrebu korištenja životinjskih proteina. Ova grupa zoophages ili predatori koji jedu fitofage i manji predatori. Predatori su najvažniji regulatori biološke ravnoteže: ne samo da reguliraju broj fitofagnih životinja, već djeluju i kao urednici, prvenstveno jedući bolesne i oslabljene životinje. Primjer je jedenje miševa voluharica od strane ptica grabljivica. Ova grupa organizama pripada sekundarni potrošači... Životinje koje jedu potrošače drugog reda nazivaju se potrošači trećeg reda itd.

U bilo kojem sistemu neizbježno se stvara organski otpad (životinjski leševi, izmet itd.), Koji može poslužiti i kao hrana za heterotrofne organizme, tzv. razlagači ili saprofiti.

Stoga je s biološkog gledišta prikladno razlikovati sljedeće komponente u ekosistemu:

anorganske tvari (C, N, CO2, H2O, itd.) uključene u cikluse.

organski spojevi (proteini, ugljikohidrati, lipidi, huminske tvari) koji vežu biotičke i abiotičke dijelove.

vazduh, voda i supstrat, uključujući klimatski režim i druge fizičke faktore.

proizvođači, autotrofni organizmi, uglavnom zelene biljke koje mogu proizvesti hranu od jednostavnih anorganskih tvari.

makropotrošnje ili fagotrofi (od grčkog phagos - proždirač) - heterotrofni organizmi, uglavnom životinje koje se hrane drugim organizmima ili česticama organske tvari.

mikropotrošnje, saprotrofi, destruktrofi - heterotrofni organizmi, uglavnom bakterije i gljive koje energiju primaju razgradnjom mrtvih tkiva ili apsorpcijom otopljene organske tvari koja se spontano oslobađa ili ekstrahira saprotrofima iz biljaka i drugih organizama.

Svi organizmi koji čine ekosistem povezani su bliskim prehrambenim vezama (tako da jedan organizam služi za hranu drugom, kojeg jede trećina itd.). tako se u biogeocenozi stvara lanac uzastopnog prijenosa materije i ekvivalentne energije iz jednog organizma u drugi, ili takozvani trofički lanac.

Primjeri takvih kola su:

sobova mahovina vuk (ekosistem tundre);

trava, krava, čovjek (antropogeni ekosistem);

mikroskopske alge (fitoplankton) gs bube i dafnije (zooplankton) ach žohar  štuka  galebovi (vodeni ekosistem).

Jedan trofički lanac u ekosistemu usko je isprepleten, tvoreći prehrambene mreže. Ovako je fenomen "trofičke kaskade" nadaleko poznat: ježevi se hrane morskim ježevima koji jedu smeđe alge, uništavanje vidri od strane lovaca dovelo je do uništavanja algi zbog rasta populacije ježeva. Kada je lov na vidre bio zabranjen, alge su se počele vraćati u svoja staništa.

Značajan dio heterotrofa su saprofagi i saprofiti (gljive) koji koriste energiju detritusa. Stoga se razlikuju dvije vrste trofičkih lanaca: lanci ispaša ili ispašu, koja počinje ishranom fotosintetskih organizama, i detrital vrijednosti razgradnje koje počinju ostacima mrtvih biljaka, leševa i životinjskim izmetom