Definiția sistemului ecologic. Caracteristicile generale ale ecosistemelor. Ecosistem - conceptul de bază al ecologiei

Toate organismele vii trăiesc pe Pământ nu izolat unul de celălalt, ci formând comunități. În ele, totul este interconectat, ambele organisme vii, iar o astfel de educație în natură se numește un ecosistem care trăiește conform propriilor legi specifice și are trăsături și calități specifice pe care vom încerca să le cunoaștem.

Conceptul de ecosistem

Există o știință precum ecologia, care este implicată în studiu, dar aceste relații pot fi realizate numai într-un anumit ecosistem și nu apar spontan și haotic, ci în conformitate cu anumite legi.

Tipurile de ecosisteme sunt diferite, dar toate sunt o colecție de organisme vii care interacționează între ele și cu mediul prin schimbul de substanțe, energie și informații. De aceea, ecosistemul rămâne stabil și durabil pe o perioadă lungă de timp.

Clasificarea ecosistemelor

În ciuda varietății largi de ecosisteme, toate sunt deschise, fără de care existența lor ar fi imposibilă. Tipurile de ecosisteme sunt diferite, iar clasificarea poate fi diferită. Dacă ne referim la origine, atunci ecosistemele sunt:

1. Natural sau natural. În ele, toate interacțiunile se desfășoară fără participarea umană directă. La rândul lor, acestea se împart în:

• Ecosisteme pe deplin dependente de energia solară.
• Sisteme care primesc energie atât de la soare, cât și de la alte surse.

2. Ecosisteme artificiale. Creat de mâini umane și poate exista doar cu participarea sa. Ele sunt, de asemenea, subdivizate în:

• Agroecosistemele, adică cele care sunt asociate cu activitățile economice umane.
• Tehnoecosistemele apar în legătură cu activitățile industriale ale oamenilor.
• Ecosistemele urbane.

O altă clasificare distinge următoarele tipuri de ecosisteme naturale:

1. Terestre:

• Junglă.
• Deșert cu vegetație erbacee și tufoasă.
• Savannah.
• Stepă.
• Pădure de foioase.
• Tundră.

2. Ecosisteme de apă dulce:

• Corpuri de apă în picioare
• Apele curgătoare (râuri, pâraie).
• Mlaștini.

3. Ecosisteme marine:

• Ocean.
• Platou continental.
• Zonele de pescuit.
• Guri de râuri, golfuri.
• Zonele de rupere în adâncime.

Indiferent de clasificare, puteți vedea diversitatea speciilor ecosistemice, care se caracterizează prin propriul set de forme de viață și compoziția numerică.

Trăsături distinctive ale ecosistemului

Conceptul de ecosistem poate fi atribuit atât formațiunilor naturale, cât și celor create artificial de om. Dacă vorbim despre natură, atunci acestea se caracterizează prin următoarele semne:

• În orice ecosistem, elementele esențiale sunt organisme vii și factori de mediu abiotici.
• În orice ecosistem, există un ciclu închis de la producerea substanțelor organice până la descompunerea lor în componente anorganice.
• Interacțiunea speciilor în ecosisteme asigură durabilitatea și autoreglarea.

Întreaga lume înconjurătoare este reprezentată de diverse ecosisteme, care se bazează pe materia vie cu o structură specifică.

Structura biotică a ecosistemului

Chiar dacă ecosistemele diferă în ceea ce privește diversitatea speciilor, abundența organismelor vii, formele lor de viață, structura biotică din oricare dintre ele este în continuare aceeași.

Orice tip de ecosisteme includ aceleași componente, fără prezența lor, funcționarea sistemului este pur și simplu imposibilă.

1. Producători.
2. Consumabile de ordinul doi.
3. Reductoare.

Primul grup de organisme include toate plantele care sunt capabile de procesul de fotosinteză. Ele produc materie organică. Acest grup include, de asemenea, chemotrofii, care formează compuși organici. Dar numai pentru aceasta ei nu folosesc energia solară, ci energia compușilor chimici.

Consumatorii includ toate organismele care au nevoie de aportul de substanțe organice din exterior pentru a-și construi corpul. Aceasta include toate organismele erbivore, prădătorii și omnivorii.

Reductoarele, care includ bacterii și ciuperci, transformă rămășițele plantelor și animalelor în compuși anorganici adecvați pentru utilizarea de către organismele vii.

Funcționarea ecosistemului

Cel mai mare sistem biologic este biosfera, care, la rândul ei, constă din componente individuale. Puteți realiza următorul lanț: specie-populație - ecosistem. Cea mai mică unitate inclusă în ecosisteme este specia. În fiecare biogeocenoză, numărul lor poate varia de la câteva zeci la sute și mii.

Indiferent de numărul de indivizi și specii individuale din orice ecosistem, există un schimb constant de materie, energie, nu numai între ei, ci și cu mediul.

Dacă vorbim despre schimbul de energie, atunci aici este foarte posibil să aplicăm legile fizicii. Prima lege a termodinamicii spune că energia nu dispare fără urmă. Se transformă doar de la o specie la alta. Conform celei de-a doua legi, într-un sistem închis, energia nu poate crește decât.

Dacă legile fizice sunt aplicate ecosistemelor, putem ajunge la concluzia că acestea susțin activitatea lor vitală datorită prezenței energiei solare, pe care organismele sunt capabile nu numai să o capteze, ci și să o transforme, să o folosească și apoi să o dea în mediu inconjurator.

Energia este transferată de la un nivel trofic la altul; în timpul transferului, un tip de energie este transformat în altul. O parte din aceasta, desigur, se pierde sub formă de căldură.

Orice tipuri de ecosisteme naturale există, astfel de legi funcționează în absolut fiecare.

Structura ecosistemului

Dacă luăm în considerare orice ecosistem, atunci în el puteți vedea cu siguranță că diverse categorii, de exemplu, producători, consumatori și descompunători, sunt întotdeauna reprezentate de un întreg set de specii. Natura prevede că, dacă dintr-o dată se întâmplă ceva cu una dintre specii, atunci ecosistemul nu va muri din această cauză, acesta poate fi oricând înlocuit cu succes cu altul. Acest lucru explică stabilitatea ecosistemelor naturale.

O mare varietate de specii din ecosistem, diversitatea asigură sustenabilitatea tuturor proceselor care au loc în cadrul comunității.

În plus, orice sistem are propriile legi, care sunt supuse tuturor organismelor vii. Pe baza acestui fapt, se pot distinge mai multe structuri în cadrul biogeocenozei:

Orice structură este neapărat prezentă în orice ecosistem, dar poate diferi semnificativ. De exemplu, dacă comparați biogeocenoza unui deșert și a unei păduri tropicale, diferența este vizibilă cu ochiul liber.

Ecosisteme artificiale

Astfel de sisteme sunt create de mâinile omului. În ciuda faptului că toate componentele structurii biotice sunt neapărat prezente în ele, ca și în cele naturale, există încă diferențe semnificative. Printre acestea se numără următoarele:

1. Agrocenozele se caracterizează printr-o compoziție slabă a speciilor. Acolo cresc doar plantele cultivate de oameni. Însă natura își are taxă și întotdeauna, de exemplu, într-un câmp de grâu, puteți vedea floare de porumb, margarete, artropode diferite. În unele sisteme, chiar și păsările reușesc să construiască un cuib pe pământ și să clocească pui.
2. Dacă o persoană nu are grijă de acest ecosistem, atunci plantele cultivate nu vor rezista concurenței cu rudele lor sălbatice.
3. Agrocenozele există și datorită energiei suplimentare pe care o persoană o aduce, de exemplu, prin aplicarea îngrășămintelor.
4. Deoarece biomasa plantelor cultivate este îndepărtată odată cu recolta, solul este epuizat în nutrienți. Prin urmare, pentru o existență ulterioară, este din nou necesară intervenția umană, care va trebui să aplice îngrășăminte pentru a crește următoarea cultură.

Se poate concluziona că ecosistemele artificiale nu aparțin unor sisteme durabile și de autoreglare. Dacă o persoană nu mai are grijă de ea, nu va supraviețui. Treptat, speciile sălbatice vor înlocui plantele cultivate, iar agrocenoza va fi distrusă.

De exemplu, un ecosistem artificial de trei tipuri de organisme poate fi creat cu ușurință acasă. Dacă puneți un acvariu, turnați apă în el, așezați câteva crenguțe de elodea și așezați doi pești, aici aveți un sistem artificial gata. Nici unul atât de simplu nu poate exista fără intervenția umană.

Importanța ecosistemelor în natură

La nivel global, toate organismele vii sunt distribuite între ecosisteme, astfel încât importanța lor nu poate fi subestimată.

1. Toate ecosistemele sunt interconectate de ciclul substanțelor care pot migra de la un sistem la altul.
2. Datorită prezenței ecosistemelor în natură, diversitatea biologică este păstrată.
3. Toate resursele pe care le extragem din natură ne sunt date de ecosisteme: apă curată, aer,

Orice ecosistem este foarte ușor de distrugut, mai ales având în vedere capacitățile umane.

Ecosisteme și oameni

De la apariția omului, influența sa asupra naturii a crescut în fiecare an. În curs de dezvoltare, o persoană își imaginează regele naturii, a început fără ezitare să distrugă plantele și animalele, să distrugă ecosistemele naturale, astfel a început să taie ramura pe care stă.

Interferind în ecosisteme vechi și încălcând legile existenței organismelor, omul a condus la faptul că toți ecologii lumii strigă deja cu o singură voce că lumea a venit.intervenția umană în legile sale. Este timpul să ne oprim și să ne gândim că orice tip de ecosisteme s-au format timp de secole, cu mult înainte de apariția omului și au existat perfect fără el. Dar omenirea va putea trăi fără natură? Răspunsul se sugerează.

Ce este un ecosistem și care este rolul său? Aceasta este una dintre componentele ecologiei.

Termenul, care este o abreviere pentru „sistem ecologic”, înseamnă un sistem de conexiuni ale tuturor organismelor vii și non-vii din sfera habitatului lor.

Ce este un ecosistem

Acest termen a fost introdus de ecologul A. Tensley în 1935. Acest ecolog a fost cel care a unit toate componentele naturii, atât de origine vie, cât și de origine non-vie, ale căror proprietăți se află în schimbul de energie în conceptul de ecosistem.

În cadrul ecosistemului, are loc un ciclu complet de la originea unei specii organice până la descompunerea acesteia în substanțe anorganice.

Tipuri de ecosisteme

După tip, ecosistemele sunt împărțite în mai multe tipuri, și anume:

1. Microecosistem - este un ecosistem miniatural închis care are nevoie de o singură energie solară. Un astfel de sistem înseamnă rezervoare de lacuri, bălți, un acvariu, trunchiul unui copac căzut cu toate organismele care trăiesc pe el etc.
2. Mesoecosistem - un sistem de dimensiuni medii cu o gamă mai largă de organisme vii. Acestea sunt râuri, pajiști, lacuri, păduri etc.
3. Macroecosistem reprezintă un sistem ecologic mare precum continentele, oceanele, biomii etc.
4. Megaecosistem combină toate ecosistemele existente într-un singur întreg, adică este o biosferă globală.

Tipuri de ecosisteme

Pentru a clasifica sistemele ecologice, oamenii de știință le-au împărțit în funcție de locație din motivele pentru care fiecare diferă în caracteristicile biologice, bioenergetice și climatice.

Ecosistem natural sau natural

Are un semn de spontaneitate, deoarece apare din cauza elementelor naturale.

Este o parte solidă a ecosistemului - deșerturi, munți, pădure ecuatorială, pădure de conifere, pădure mixtă și resurse de apă terestre.

Ecosistem antropogen sau artificial

Acesta este tot ceea ce este creat de om și anume: grădini, câmpuri, rezervații, păduri plantate, rezervoare artificiale, chiar acvarii și sere.

Diferențele dintre ecosistemele artificiale și naturale sunt:

• concentrația unei specii mai mult decât altele (exemplu: un câmp pe care se cultivă cereale; ferme de animale);
• varietate mică de specii;
• lanțuri alimentare scurte;
• circulația deschisă a substanțelor;
• imposibilitatea existenței fără intervenția umană.

Ecosistem socio-natural

Este un sistem format datorită interacțiunii umane cu natura și nu datorită anumitor activități umane.

Pentru a-și satisface nevoile, o persoană desfășoară activități care sunt interconectate cu lumea din jur și, în cursul acestei activități, ecosistemele naturale încep să se adapteze și sunt deja transformate în ecosisteme socio-naturale.

Sisteme ecologice autotrofe

Ele se aprovizionează independent cu energie și sunt împărțite în subspecii: fotoautotrofă și chemoautotrofă. Primele dobândesc energia soarelui datorită fotoautotrofelor, cele din urmă primesc energie chimică datorită chemoautotrofelor.

De exemplu, terenurile agricole aparțin ecosistemelor fotoautotrofe, întrucât o persoană participă folosind substanțe producătoare de energie la cultivarea solului. Formarea ecosistemelor chemoautotrofice are loc în apele subterane.

Ecosistem heterotrof

Depinde de utilizarea energiei chimice. Această energie este obținută din substanțe organice sau din dispozitive energetice create de om.

Formarea unui sistem heterotrof are loc în mod natural la fundul adâncurilor oceanice, unde formarea are loc din cauza absenței luminii de la soare.

Structura și factorii ecosistemului

Toate organismele vii, tot ceea ce interacționează cu mediul fizicochimic neînsuflețit este o unitate ecologică naturală, adică un sistem ecologic.

Ecosistemul tinde să mențină stabilitatea pentru o perioadă de timp datorită componentelor abiotice și biotice.

Structura spațială biocenoza este o parte a unui ecosistem, și anume toată viața terestră cu partea lor subterană, inclusiv și fauna.

Structura speciilor implică un set de relații, precum și raportul dintre numărul de specii. Și diferite comunități care aparțin sistemelor ecologice constau din diversitatea speciilor. De exemplu, în stepă, poate exista un număr mare de plante diferite.

Structura ecologică- acesta este raportul diferitelor grupuri de organisme care caracterizează diferite tipuri de biocenoze, care determină factorul ecologic al comunității. În același timp, structura ecologică are un model strict datorită anumitor condiții de peisaj și climatice.

Structura trofică este un tip de ecosistem. Procesul de obținere a materiei organice a producătorilor trece de la un nivel trofic la altul, această tranziție se numește lanț alimentar, a cărui schemă formează lanțul trofic.

Factorul de frontieră apare într-un ecosistem datorită rolului diverselor condiții la diferite specii. Complexitatea compoziției speciilor depinde de diferite habitate. Aceasta este singura modalitate de a forma și interacționa specii cu o mare varietate de faună și floră. Comunități cu respect maxim pentru cerințele ecologice ale speciei.

Concluzie

Din aceasta rezultă că tot ceea ce este în jurul nostru este un ecosistem integral, care constă din soiurile sale. În același timp, sistemele ecologice care contrazic principiile naturale nu sunt durabile.

Concluzia principală din materialul considerat este destul de clară: sistemele care contrazic principiile și legile naturale sunt instabile, perturbând astfel echilibrul ecosistemului. Această instabilitate se datorează intervenției globale a omenirii în mediul natural.

Există patru tipuri de ecosisteme:

Elementar ( microecosisteme) - ecosisteme de rang inferior, asemănătoare ca mărime cu componentele mici ale mediului: trunchiul unui copac putrezit, un corp mic de apă, cavitatea dentară umană etc;

Local ( mezoecosistem) (pădure, râu, iaz etc.),

Zonal ( macroecosisteme) sau biomi - mari ecosisteme terestre foarte răspândite (ocean, continente, continente, zone naturale - tundra, taiga, păduri tropicale, savane etc.) .

Fiecare biom este alcătuit din multe ecosisteme care sunt interconectate. Interconectarea tuturor ecosistemelor planetei noastre creează un ecosistem gigant global numit Biosferă(Ecosfera).

3. Clasificarea ecosistemelor:

În funcție de origine, ecosistemele sunt împărțite în:

1) ecosisteme naturale (naturale)- circulația biologică, în care are loc fără participarea directă a unei persoane. Subdivizat în: terestru(păduri, stepe, deșerturi) și acvatic: de apă dulce și marină(mlaștini, lacuri, iazuri, râuri, mări).

2) ecosisteme antropice (artificiale)- ecosisteme create de om pentru a obține beneficii care pot exista numai cu sprijinul său (agroecosisteme - ecosisteme artificiale care decurg din activități agricole umane; tecnoecosisteme - ecosisteme artificiale care decurg din activitatea umană industrială; ecosisteme urbane (latine urbane) - ecosisteme, rezultate din crearea așezări umane).

3) socio-natural- sisteme naturale modificate de om (parc, rezervor).

Există, de asemenea, tipuri tranzitorii de ecosisteme între tipurile naturale și antropice (ecosisteme de pășuni naturale utilizate de oameni pentru pășunatul animalelor de fermă).

Conform sursei de energie care le asigură mijloacele de trai, ecosistemele sunt împărțite în următoarele tipuri:

1) ecosisteme autotrofe- acestea sunt ecosisteme care se asigură cu energia primită de la Soare în detrimentul propriilor lor organisme foto- sau chemotrofice. Majoritatea ecosistemelor naturale și unele antropogene aparțin acestui tip.

2) ecosisteme heterotrofe- acestea sunt ecosisteme care primesc energie folosind compuși organici gata sintetizați de organisme care nu sunt componente ale acestor ecosisteme sau folosind energia instalațiilor energetice create de om. Acestea pot fi atât naturale (de exemplu, ecosistemele adâncurilor oceanice, folosind resturi organice care cad de sus), cât și antropice (de exemplu, orașele cu liniile lor electrice).

4. Structura ecosistemului.

Structura unui ecosistem este înțeleasă ca modele exprimate clar în relațiile și conexiunile părților sale. Structura ecosistemului este polifacetică.

Distinge specii, spațială, ecologic, troficși la limita structuri.

Structura speciilor ecosistemului- aceasta este diversitatea speciilor, relația și raportul dintre numărul lor. Diferitele comunități care alcătuiesc un ecosistem constau dintr-un număr diferit de specii - diversitatea speciilor... Aceasta este cea mai importantă caracteristică calitativă și cantitativă a sustenabilității ecosistemelor. Baza diversității biologice a faunei sălbatice. Diversitatea speciilor este asociată cu o varietate de condiții de mediu. Într-o pădure de taiga, de exemplu, pe o suprafață de 100 m 2, de regulă, există aproximativ 30 de specii diferite de plante și într-o pajiște de-a lungul râului - de două ori mai multe.

În funcție de varietatea speciilor, există bogat(păduri tropicale, văi fluviale, recife de corali) și sărac(deșerturi, tundra nordică, corpuri de apă poluate) ecosisteme... Principalii factori limitativi sunt temperatura, umiditatea și lipsa de alimente. La rândul său, diversitatea speciilor servește ca bază pentru diversitate ecologică - diversitatea ecosistemelor. Totalitatea diversității genetice, speciilor și ecologice este diversitatea biologică a planetei este principala condiție pentru durabilitatea vieții .

Structura spațială a ecosistemului.

Populațiile diferitelor specii din ecosistem sunt distribuite într-un anumit mod și formă structura spațială.

Distinge verticalși orizontală structura ecosistemului.

Baza structură verticală (etajat) formează vegetație.

Locuiesc împreună plantele de aceeași înălțime creează un fel de podele- niveluri elemente ale structurii verticale a fitocenozei. Alocați nivelurile deasupra pamantuluiși Subteran... Exemplu deasupra pamantului- în pădure, copacii înalți alcătuiesc primul nivel (superior), al doilea nivel este format din indivizi tineri din copacii din nivelul superior și din copaci adulți care sunt mai mici în înălțime (împreună formează nivelul A - arboret). Al treilea nivel constă din arbuști (nivelul B - tufișuri), al patrulea - din ierburi înalte (nivelul C - ierboase). Nivelul cel mai de jos, unde cade foarte puțină lumină, este alcătuit din mușchi și ierburi cu creștere redusă (nivelul D - mușchi-lichen). Nivelate observat și în comunitățile erbacee (pajiști, stepe, savane).

Subteran nivelarea este asociată cu diferite adâncimi de penetrare a sistemelor radiculare ale plantelor în sol: în unele, rădăcinile pătrund adânc în sol, ajung la nivelul apei subterane, în timp ce altele au un sistem radicular de suprafață care captează apa și substanțele nutritive din stratul superior al solului. Animalele sunt, de asemenea, adaptate vieții într-un anumit strat de vegetație (unele nu își lasă deloc stratul). În consecință, nivelul poate fi reprezentat ca o unitate structurală a biocenozei, care diferă de celelalte părți ale sale prin anumite condiții ecologice, un set de plante, animale și microorganisme.

Structura orizontală(mozaic, petic) al unui ecosistem se formează ca urmare a eterogenității microreliefului, a proprietăților solului, a activității de formare a mediului a plantelor și animalelor (de exemplu: ca urmare a activității umane - tăiere selectivă, șeminee etc.) , sau animale - emisiile solului în timpul săpării vizuinelor, creșterea excesivă ulterioară, formarea furnicarilor, călcarea și pășunatul de către ungulate etc., tăierea standului în timpul uraganelor etc.)

Datorită structurii verticale și orizontale, organismele care trăiesc în ecosistem utilizează mai eficient mineralele din sol, umezeala și fluxul luminos.

Structura ecologică Ecosistemele sunt compuse din diferite grupuri ecologice de organisme, care pot avea o compoziție diferită de specii, dar ocupă nișe ecologice similare. Fiecare dintre grupurile ecologice îndeplinește anumite funcții în comunitate: să producă materie organică folosind surse de energie solară și chimică, să o consume, să transforme materia organică moartă în substanțe anorganice, readucând astfel circulația substanțelor.

O caracteristică importantă a caracteristicilor structurale ale unui ecosistem este prezența frontierelor habitatul diferitelor comunități. De obicei sunt condiționate. Ca urmare, apare o zonă de frontieră (marginală) destul de extinsă, caracterizată prin condiții speciale. Plantele și animalele caracteristice fiecărei comunități adiacente pătrund în teritoriile adiacente, creând astfel o „margine” specifică, o bandă de frontieră - ecoton ... Așa se face la limita sau marginal efect - o creștere a diversității și densității organismelor de la periferia (marginile) comunităților învecinate și a zonelor de tranziție dintre ele.

5. Structura funcțională a ecosistemelor. Grupuri funcționale de organisme dintr-un ecosistem.

Organismele vii din ecosistem îndeplinesc funcții diferite, care depind de tipurile de alimente. Pe parcursul evoluției, pe Pământ au apărut două tipuri principale de nutriție - autotrofăși heterotrofă.

În orice ecosistem, se pot distinge trei grupe funcționale de organisme: producători, consumatori și reductori.

Baza pentru formarea și funcționarea ecosistemelor sunt producători- plante și microorganisme capabile să producă (produc) materie organică din materie anorganică, folosind energia luminii - autotrofe (auto - eu insumi , trofeu - mânca , Greacă sl .., fotosinteza) , sau energia conținută în legăturile chimice ale compușilor - chemotrofe (chemosinteza).

Autotrofele includ plante verzi (vasculare superioare), mușchi, licheni, alge verzi și albastre-verzi, care sunt principalii producători primari - producători de materie organică în ecosisteme.

Chimiotrofele includ organisme care sintetizează materia organică din anorganice datorită energiei de oxidare a amoniacului, a hidrogenului sulfurat, a fierului și a altor substanțe care se găsesc în sol sau în rocile subiacente.

Spre deosebire de producătorii care formează produsele primare ale ecosistemelor, organismele care utilizează aceste produse sunt numite heterotrofe (heteros - diferit, grecesc.), utilizați materie organică gata preparată și energie a altor organisme și a deșeurilor lor pentru viață.

Sunt heterotrofi consumatori (konsumo - a consuma, lat.)și reductoare.

Fitofagele- erbivor (phytos - plantă, fagos - devorator, cuvânt grecesc) - consumatori de ordinul 1... Fitofagele sunt acumulatori secundari de energie solară acumulată inițial de plante.

Zoofage- prădători, carnivori - consumatorii de ordinul 2 sau 3 - mâncând fitofage și prădători mai mici. Prădătorii sunt cei mai importanți regulatori ai echilibrului biologic: nu numai că reglează numărul de animale fitofage, ci acționează ca ordonatori, mâncând în primul rând animale bolnave și slăbite.

Simbiotrope(simbioză - coabitare, gr.)- microorganisme, bacterii și ciuperci care trăiesc pe și în jurul rădăcinilor plantelor și primesc o parte din produsele fotosintezei sub formă de materie organică secretată de rădăcini. Aspiră apă și săruri minerale din sol și se transferă în plantă, transformă azotul din aer în forme disponibile pentru asimilare de către plante. Simbiotrofele includ și microorganisme (bacterii, animale unicelulare) care trăiesc în tractul digestiv al animalelor fitofage și le ajută să digere hrana.

Saprofage sau alimentatoare de detritus - animalele care mănâncă cadavre și excremente (corbi, tărâțe, hiene, vulturi vulturi, gândaci de gunoi, muște etc.). Se formează organisme moarte detritus : o rezervă de materie organică, care este, parcă, oprită de ceva timp din circuitul organic. Saprofagele, care mănâncă și procesează detritus, accelerează circulația sa în natură

Se formează un grup aparte de organisme omnivor e sau eurifage ... Acestea sunt organisme cu un tip mixt de dietă, adică hrănindu-se cu animale, plante și chiar detritus. De exemplu, urs, vulpe, porc, pui, corb, gândaci, om.

Detritus este procesat și reductoare (reducere - a reveni înapoi, lat.)(micro-consumabile, destructoare, saprotrofe, osmotrofe) - organisme heterotrofe care descompun materia organică - detritus și excrement animal la săruri minerale, care revin prin soluțiile solului înapoi la rădăcinile plantelor (macro și microorganisme - ciuperci, bacterii, protozoare). În procesul activității vitale a acestor organisme, substanțele minerale sunt restaurate, care sunt din nou folosite de producători.

Multe organisme - detritofagii trăiesc în sol, viermele, care mănâncă țesuturi vegetale moarte, poate fi numit regele solului. Trecându-le prin intestine, le transformă în excremente cu un conținut ridicat de materie organică. Este unul dintre cei mai activi producători de humus din sol. Masa viermilor din solurile ecosistemelor extrem de productive poate fi mai mare decât masa animalelor terestre.

Astfel, producătorii, consumatorii, descompunătorii, reprezentați în ecosistem de multe specii, garantează existența sa lungă și stabilă.

Proprietățile generale ale sistemelor... Conceptul central în ecologie - ecosistemul reflectă ideea fundamentală a acestei științe că natura funcționează ca un sistem holistic indiferent de ce tip de mediu vorbim: de apă dulce, marină sau terestră. Teoria generală a sistemelor complexe, care include studiul proprietăților integrale ale ecosistemelor, a început cu lucrările biologului Ludwig von Bertalanffy la sfârșitul anilor 1940. O abordare sistematică pentru rezolvarea problemelor de mediu devine din ce în ce mai practică.

Un sistem este înțeles ca ordonarea componentelor interacționale și interdependente care formează un singur întreg.

Întregul este o anumită unitate de elemente care are o structură proprie. Conceptul de „structură” reflectă dispunerea elementelor și natura interacțiunii lor.

Sistemele au următoarele proprietăți specifice:

Izolatie;

Integrare;

Integritate;

Stabilitate;

Echilibru;

Control;

Stabilitate (homeostazie);

Apariția.

Emergence (din engleza. apariția- aspectul) este o caracteristică universală a sistemelor, inclusiv a ecosistemelor, care constă în faptul că proprietățile sistemului în ansamblu nu sunt o simplă sumă a proprietăților părților sau elementelor sale constitutive. Deoarece componentele sunt combinate în unități funcționale mai mari, acestea din urmă dobândesc noi proprietăți care erau absente la nivelul anterior (nivelul componentei). Astfel de proprietăți calitative, emergente, noi ale nivelului sistemic al organizației nu pot fi prezise din proprietățile componentelor care alcătuiesc acest nivel sau unitate.

Proprietățile emergente ale sistemelor apar ca urmare a interacțiunii componentelor și nu ca urmare a unei modificări a naturii lor. Având în vedere proprietățile emergente, pentru a studia ansamblul nu este necesar să se cunoască toate componentele sale, ceea ce este foarte important pentru ecologie, deoarece multe ecosisteme includ mii de componente-populații, nu este posibil să le studiem temeinic. Prin urmare, în primul rând din punct de vedere al importanței sunt proprietățile integrale ale sistemelor ecologice complexe integrale: biomasă totală, producerea și distrugerea nivelurilor trofice individuale, fără a cunoaște tiparele, modificări în care nu poate fi descris comportamentul întregului sistem în timp și prezice-i viitorul.

Stabilitatea sistemelor de autoreglare determină capacitatea lor de a reveni la starea lor inițială după o ușoară abatere. În acest caz, se aplică principiul Le Chatelier - Braune: cu o influență externă, care scoate sistemul dintr-o stare de echilibru stabilă, echilibrul se deplasează în direcția în care efectul influenței externe este slăbit.

Existența sistemelor este de neconceput fără directși verso conexiuni. O conexiune directă se numește o astfel de conexiune în care un element (A) acționează asupra altui (B) fără răspuns. Dacă există un răspuns, atunci ei vorbesc despre feedback (Fig. 12.1).

Orez. 12.1 Mecanism de feedback

Acest tip de conexiune joacă un rol esențial în funcționarea ecosistemelor și determină durabilitatea și dezvoltarea acestora. Feedback-urile sunt pozitive și negative.

Feedback pozitiv determină întărirea procesului într-o singură direcție. De exemplu, după defrișări, teritoriile devin umplute cu apă, apar mușchi de sfagne (acumulatori de umiditate) și îngreunările de apă se intensifică. Feedback negativ determină, ca răspuns la o creștere a acțiunii elementului A, o creștere în direcția opusă acțiunii elementului B. Acesta este cel mai comun și important tip de conexiuni din ecosistemele naturale. Ele se bazează în primul rând pe durabilitatea și stabilitatea ecosistemelor. Un exemplu al unei astfel de relații este relația dintre prădător și pradă. O creștere a populației de pradă ca resursă alimentară creează condiții de reproducere și o creștere a populației de prădători. Acestea din urmă, la rândul lor, încep să distrugă prada mai intens, reducându-le numărul și, prin urmare, își înrăutățesc propriile condiții de hrănire. În condiții mai puțin favorabile, rata natalității în populația de prădători scade și după un timp scade și numărul populației de prădători, în urma căruia scade presiunea asupra populației de pradă. Această conexiune permite sistemului să rămână într-o stare de echilibru dinamic stabil (adică autoreglare).

Se disting de obicei trei tipuri de sisteme:

1) izolat- existent în anumite limite, prin care nu are loc schimbul de substanțe și energie (astfel de sisteme sunt create doar artificial);

2) închis- schimbul numai de energie cu mediul;

3) deschis- schimbul de materie și energie cu mediul (acestea sunt ecosisteme naturale).

Cea mai importantă valoare a teoriei generale a sistemelor pentru ecologie ca știință este aceea că a permis crearea unei noi metodologii științifice - analiza de sistem,în care obiectele naturale sunt reprezentate sub formă de sisteme. Acestea din urmă se disting pe baza obiectivelor studiului. Pe de o parte, sistemul este privit ca un singur întreg și, pe de altă parte, ca un set de elemente. Sarcinile analizei sistemului sunt de a identifica:

Conexiuni care fac sistemul coerent;

Conexiuni de sistem cu obiecte înconjurătoare;

Procese de management al sistemului;

Probabilități ale naturii comportamentului obiectului investigat (prognoză).

Orice sistem are următorii parametri de bază:

Frontiere;

Proprietățile elementelor și ale sistemului în ansamblu;

Structura;

Natura conexiunilor și interacțiunilor dintre elementele sistemului, precum și între sistem și mediul său extern.

Limite- cea mai complexă caracteristică a sistemului, datorită integrității sale și determinată de faptul că conexiunile și interacțiunile interne sunt mult mai puternice decât cele externe. Această din urmă circumstanță determină stabilitatea sistemului la influențele externe.

Proprietățile elementului și ale sistemuluiîn general, acestea se caracterizează prin trăsături calitative și cantitative, care se numesc indicatori.

Structura sistemului este determinată de raportul în spațiu și timp al elementelor sale constitutive și conexiunile acestora. Aspectul spațial al structurii caracterizează ordinea elementelor din sistem, iar aspectul temporal reflectă schimbarea stărilor sistemului în timp (adică arată dezvoltarea sistemului). Structura exprimă ierarhia (subordonarea nivelurilor) și organizarea sistemului.

Natura conexiunilor și interacțiunilorîntre elementele sistemului și sistemul cu mediul extern reprezintă diferite forme de schimb de materiale, energie și informații. Dacă există conexiuni între sistem și mediul extern, marginile sunt deschise, altfel sunt închise.

Ecosistem... Organismele vii și mediul lor (habitatul abiotic) sunt inseparabil legate între ele și sunt în interacțiune constantă, formând un sistem ecologic (ecosistem).

Ecosistem - o comunitate de ființe vii și habitatul lor, formând un singur întreg funcțional bazat pe relații cauzale între componentele ecologice individuale.

Principalele proprietăți ale ecosistemelor sunt determinate de capacitatea lor de a efectua circulația substanțelor și de a crea produse biologice, adică de a sintetiza materia organică. Ecosistemele naturale, spre deosebire de cele artificiale create de om, în condiții de mediu stabile pot exista la nesfârșit, deoarece sunt capabile să reziste influențelor externe și să mențină constanța structurală și funcțională (homeostazia). Ecosistemele mari includ ecosisteme de rang inferior.

În funcție de dimensiunea spațiului ocupat, ecosistemele sunt de obicei împărțite în:

Microecosisteme (un corp mic de apă, un trunchi de copac căzut în stadiul de degradare, un acvariu etc.);

Mesoecosisteme (pădure, iaz, lac, râu etc.);

Macroecosisteme (oceane, continente, zone naturale etc.),

Ecosistemul global (biosfera în ansamblu).

Ecosistemele terestre mari care sunt caracteristice anumitor arii naturale geografice se numesc biomi (de exemplu, taiga, stepă, deșert etc.). Fiecare biom va include o serie de ecosisteme mai mici, interconectate.

Ecosistemul este format din două blocuri principale. Una dintre ele este un complex de populații interconectate de organisme vii, adică biocenoza, iar al doilea este un set de factori de mediu, adică ecotop... Un ecosistem este o unitate funcțională a naturii vii, care include părți biotice (biocenoza) și abiotice (habitat) ale ecosistemului, interconectate printr-un ciclu continuu (schimb) de substanțe chimice, pentru care energia este furnizată de Soare (Figura 12.2).

Orez. 12.2. Fluxul de energie și ciclul substanțelor chimice din ecosistem

Organismele fotosintetice (fotoautotrofe) (plante, microalge) sintetizează materia organică din componentele minerale ale solului, apei și aerului, folosind energia luminii solare. Substanțele organice formate în procesul de fotosinteză servesc ca sursă de energie pentru ca plantele să își mențină funcțiile, reproducerea, precum și ca material de construcție din care își formează țesuturile (fitomasa). Organismele heterotrofe (animale, bacterii, ciuperci) în proces de hrănire utilizează diverși compuși organici creați de fotoautotrofi pentru a-și construi corpul și ca sursă de energie. În procesul de metabolism în heterotrofi, se produce eliberarea de energie chimică stocată și mineralizarea materiei organice în dioxid de carbon, apă, nitrați, fosfați. Deoarece produsele de mineralizare a materiei organice sunt din nou utilizate de autotrofi, există o circulație constantă a substanțelor în ecosistem.

Structura ecosistemului... Structura oricărui sistem este determinată de legile din relația și conexiunile părților sale. Fiecare ecosistem conține în mod necesar două blocuri principale de elemente: organisme vii și factori ai mediului neînsuflețit care le înconjoară. Totalitatea organismelor (plante, animale, microorganisme, ciuperci etc.) se numește biocenoza sau biota ecosistemului. Sistemul de relații dintre organisme, precum și între biota și habitat, inclusiv factori abiotici, determină structura ecosistemului.

Ca parte a oricărui ecosistem, se pot distinge următoarele componente principale:

- substanțe anorganice- forme minerale de carbon, azot, fosfor, apă și alți compuși chimici care intră în ciclu;

- compusi organici- proteine, carbohidrați, grăsimi etc .;

- aer, apă și mediu substrat inclusiv regim climatic(temperatura și alți factori fizici și chimici);

- producători- organisme autotrofe care creează hrană organică din substanțe anorganice simple folosind energia Soarelui (fotoautrofi), în principal plante verzi și alge microscopice unicelulare în apă, unele grupuri de bacterii fotosintetice și chemoautotrofe, bacterii care utilizează energia reacțiilor redox (bacterii sulf) , bacterii de fier etc.);

- consumatori- organisme heterotrofe erbivore și carnivore, în principal animale care mănâncă alte organisme;

- reductoare(destructori) - organisme heterotrofe, în principal bacterii și ciuperci și unele nevertebrate, care descompun materia organică moartă.

Primele trei grupe de componente (substanțe anorganice, substanțe organice, factori fizico-chimici) alcătuiesc partea neînsuflețită a ecosistemului (biotop), iar restul - partea vie (biocenoza). Ultimele trei componente situate în raport cu fluxul de energie primită sunt structura ecosistemului(fig.12.3). Producătorii captează energia solară și o transformă în energia legăturilor chimice ale materiei organice. Consumabilele, producătorii de alimente, folosesc această energie pentru viața activă și pentru construirea propriului corp. Ca urmare, toată energia stocată de producători este consumată. Reductorii descompun compușii organici complecși în componente minerale adecvate utilizării producătorilor (apă, dioxid de carbon etc.).

Orez. 12.3. Structura ecosistemului, inclusiv fluxul de energie (săgeată dublă) și două cicluri de substanțe: solid (săgeată groasă) și gazoasă (săgeată subțire)

Astfel, structura ecosistemelor este formată din trei grupuri principale de organisme (producători, consumatori și reducători) care participă la circulația substanțelor solide și gazoase, la transformarea și utilizarea energiei Soarelui.

Una dintre caracteristicile comune ale tuturor ecosistemelor, indiferent dacă sunt ecosisteme terestre, de apă dulce, marine sau artificiale, este interacțiunea organismelor autotrofe (producători) și heterotrofe (consumatori și descompunători), care sunt parțial separate în spațiu ( structura spațială a ecosistemului).

Procesele autotrofe (fotosinteza materiei organice de către plante) sunt cele mai active în stratul superior al ecosistemului, unde este disponibilă lumina soarelui. Procesele heterotrofe (procese biologice asociate consumului de materie organică) se produc cel mai intens în nivelul inferior, în soluri și sedimente, unde se acumulează materie organică.

Se formează sistemul de interacțiuni alimentare între organisme structură trofică(din greaca trophe - hrană), care pentru ecosistemele terestre poate fi împărțită în două niveluri:

1) sus strat autotrof(autoalimentare), sau „centură verde”, inclusiv plante sau părțile lor care conțin clorofilă, în care fixarea energiei luminoase, utilizarea compușilor anorganici simpli și acumularea de compuși organici complecși și 2) mai mici strat heterotrof(hrănit de alții), sau „centură maro” de soluri și sedimente, substanțe în descompunere, rădăcini etc., în care predomină utilizarea, transformarea și descompunerea compușilor organici complecși.

Funcționarea autotrofelor și heterotrofelor poate fi, de asemenea, separată în timp, deoarece utilizarea producției de organisme autotrofe de către heterotrofi poate avea loc nu imediat, ci cu o întârziere semnificativă. De exemplu, într-un ecosistem forestier, fotosinteza are loc în principal în coroanele copacilor. În același timp, doar o mică parte din produsele fotosintezei sunt prelucrate imediat și direct de heterotrofi care se hrănesc cu frunziș și lemn tânăr. Cea mai mare parte a materiei organice sintetizate (sub formă de frunze, lemn și substanțe nutritive de rezervă în semințe, rădăcini) ajunge în cele din urmă în sol, unde aceste substanțe sunt utilizate relativ lent de heterotrofi. Poate dura multe săptămâni, luni, ani sau chiar milenii (în cazul combustibililor fosili) înainte ca toată această materie organică acumulată să fie consumată.

Trebuie avut în vedere faptul că organismele din natură trăiesc singure și nu pentru a juca vreun rol în ecosistem. Proprietățile ecosistemelor se formează datorită activităților combinate ale plantelor și animalelor sale constitutive. Numai având în vedere acest lucru, putem înțelege structura și funcțiile sale, precum și faptul că ecosistemul reacționează la schimbările factorilor de mediu în ansamblu.

Fiecare ecosistem este caracterizat printr-o definire strictă structura speciei- diversitatea speciilor (bogăția speciilor) și raportul dintre numărul sau biomasa acestora. Cu cât este mai mare varietatea condițiilor de mediu, cu atât este mai mare numărul speciilor din biocenoză. Din acest punct de vedere, cei mai bogați în diversitatea speciilor sunt, de exemplu, ecosistemele pădurilor tropicale tropicale și recifele de corali. Numărul de specii de organisme care locuiesc în aceste ecosisteme este de mii. Și în ecosistemele deșerturilor, există doar câteva zeci de specii.

Diversitatea speciilor depinde și de vârsta ecosistemelor. În ecosistemele tinere în curs de dezvoltare, care au apărut, de exemplu, pe un substrat lipsit de viață de dune de nisip, grămezi de munte și incendii, numărul speciilor este extrem de mic, dar pe măsură ce ecosistemele se dezvoltă, bogăția speciilor crește.

Din numărul total de specii care trăiesc într-un ecosistem, de obicei doar câteva domina, adică au o mare biomasă, abundență, productivitate sau alți indicatori de semnificație pentru ecosistem. Majoritatea speciilor din ecosistem sunt caracterizate de indicatori de semnificație relativ mici.

Nu toate speciile au același efect asupra mediului lor biotic. Există specii-edificatoare, care în procesul activității lor vitale formează mediul comunității în ansamblu și fără ele este imposibilă existența celor mai multe alte specii din ecosistem. De exemplu, un molid dintr-o pădure de molizi este o specie edificator, deoarece creează un microclimat particular, o reacție acidă a solului și condiții specifice pentru dezvoltarea altor specii de plante și animale adaptate să existe în aceste condiții. Când o pădure de molizi se schimbă (de exemplu, după un incendiu sau o tăiere) cu o pădure de mesteacăn, ecotopul din această zonă se schimbă semnificativ, ceea ce determină schimbarea în întreaga comunitate biologică a ecosistemului.

Numele ecosistemelor se formează pe baza celor mai importanți parametri care determină condițiile caracteristice ale habitatului. Deci, pentru ecosistemele terestre, denumirile includ numele de specii edificatoare sau specii dominante de plante (molid-afine, ecosisteme de stepă, cereal-forb etc.).

Funcționarea ecosistemelor. Ecosistemele sunt sisteme deschise, adică cele care primesc energie și materie din exterior și le dau mediului extern, prin urmare o componentă importantă a ecosistemului este mediul extern (mediul la intrare și mediul la ieșire). Organismele vii care fac parte din ecosisteme, pentru a exista, trebuie să completeze în mod constant și să cheltuiască energie. Spre deosebire de substanțele care circulă continuu prin diferite componente ale ecosistemului, energia poate fi utilizată o singură dată, adică energia trece prin ecosistem sub forma unui flux liniar.

Diagrama funcțională a unui ecosistem reflectă interacțiunea a trei componente principale, și anume: comunitatea, fluxul de energie și circulația substanțelor. Fluxul de energie este direcționat doar într-o singură direcție. O parte a energiei solare primite este convertită de comunitatea biologică și merge la un nivel calitativ superior, transformându-se în materie organică. Dar cea mai mare parte a energiei se degradează: după ce trece prin sistem, aceasta iese sub formă de energie termică de calitate scăzută numită radiator. Energia poate fi stocată într-un ecosistem, apoi eliberată sau exportată din nou, dar nu poate fi refolosită. Spre deosebire de energie, nutrienții și apa pot fi refolosite.

Fluxul de energie într-un singur sens este rezultatul legilor termodinamicii. Prima lege a termodinamicii(legea conservării energiei) afirmă că energia poate trece de la o formă (lumina soarelui) la alta (energia potențială a legăturilor chimice din materia organică), dar nu dispare și nu este creată din nou, adică cantitatea totală de energia proceselor rămâne constantă ... A doua lege a termodinamicii(legea entropiei) afirmă că în orice proces de conversie a energiei, o parte din aceasta este întotdeauna disipată sub formă de energie termică inaccesibilă pentru utilizare, prin urmare, eficiența conversiei spontane a energiei cinetice (de exemplu, lumina) în energie potențială (de exemplu, în energia legăturilor chimice din materia organică) întotdeauna mai puțin de 100%.

Organismele vii convertesc energia și, de fiecare dată când energia este convertită (de exemplu, digestia alimentelor), o parte din aceasta se pierde sub formă de căldură. În cele din urmă, toată energia care intră în ciclul biotic al ecosistemului este disipată sub formă de căldură. Cu toate acestea, organismele vii care locuiesc în ecosisteme nu pot folosi energia termică pentru a lucra. În acest scop, ei folosesc energia radiației solare, stocată sub formă de energie chimică în materia organică, creată de producători în procesul de fotosinteză.

Alimentele create de activitatea fotosintetică a plantelor verzi conțin energie potențială, care, atunci când este utilizată de organismele heterotrofe, este transformată în alte forme de energie chimică.

Cea mai mare parte a energiei solare care lovește solul este transformată în căldură și doar o parte foarte mică a acesteia (în medie pentru globul cel puțin 1%) este transformată de plantele verzi în energia potențială a legăturilor chimice din materia organică.

Întreaga lume animală a Pământului primește energia chimică potențială necesară din substanțele organice create de plantele fotosintetice și transformă cea mai mare parte a acesteia în căldură în timpul respirației și transformă o parte mai mică în energie chimică a biomasei nou sintetizate. În fiecare etapă a transferului de energie de la un organism la altul, o parte semnificativă a acestuia este disipată sub formă de căldură.

Echilibrul alimentelor și energiei pentru un organism viu separat poate fi reprezentat după cum urmează:

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

unde E p este energia consumului de alimente;

E d - energia respirației;

E pr - energie de creștere;

E pv este energia produselor de excreție.

Eliberarea de energie sub formă de căldură în procesul activității vitale la carnivore (prădători) este mică, iar la erbivore este mai semnificativă. De exemplu, omizele unor insecte care se hrănesc cu plante emit până la 70% din energia absorbită din alimente sub formă de căldură. Cu toate acestea, cu toată varietatea valorilor cheltuielilor energetice pentru activitatea vitală, cheltuielile maxime pentru respirație sunt de aproximativ 90% din toată energia consumată sub formă de alimente. Prin urmare, tranziția energiei de la un nivel trofic la altul este luată în medie ca 10% din energia consumată cu alimente. Acest model este cunoscut sub numele de de obicei zece la sută... Din această regulă rezultă că circuitul de alimentare poate avea un număr limitat de niveluri, de obicei nu mai mult de 4-5, trecând prin care, aproape toată energia este disipată.

Lanturile alimentare.În cadrul ecosistemului, materia organică creată de organismele autotrofe servește drept hrană (o sursă de energie și materie) pentru heterotrofi. Exemplu tipic: un animal mănâncă o plantă. La rândul său, acest animal poate fi mâncat de un alt animal și, în acest fel, energia poate fi transferată printr-un număr de organisme - fiecare ulterior se hrănește cu cel anterior, alimentându-l cu materii prime și energie. Această secvență de organisme se numește lanț alimentar și fiecare dintre verigile sale este nivel trofic... Primul nivel trofic este ocupat de autotrofi (producători primari). Organismele de al doilea nivel trofic sunt numite consumatori primari, al treilea - consumatori secundari etc.

Principala proprietate a lanțului alimentar este implementarea ciclului biologic al substanțelor și eliberarea de energie stocată în materia organică.

Reprezentanții diferitelor niveluri trofice sunt interconectați în lanțurile alimentare prin procese de transfer unidirecțional de biomasă (sub formă de alimente care conțin o rezervă de energie).

Lanțurile alimentare pot fi clasificate în două tipuri principale:

1) lanțuri de pășuni care încep cu o plantă verde și trec la animalele care pasc, apoi la prădători;

2) lanțuri detritice care încep cu organisme mici care se hrănesc cu materie organică moartă și merg la prădători mici și mari.

Lanțurile alimentare nu sunt izolate unele de altele; ele sunt strâns legate între ele în ecosistem pentru a forma rețele alimentare.

Piramide ecologice. Pentru a studia relațiile dintre organismele dintr-un ecosistem și pentru a reprezenta grafic aceste relații, este mai convenabil să nu folosiți scheme de rețele alimentare, ci piramide ecologice, a căror bază este primul nivel trofic (nivelul producătorilor) și nivelurile ulterioare formează etajele și vârful piramidei. Piramidele ecologice pot fi clasificate în trei tipuri principale:

1) piramide ale populației reflectarea numărului de organisme la fiecare nivel trofic;

2) piramide de biomasă caracterizarea masei totale de materie vie la fiecare nivel trofic;

3) piramide energetice care arată magnitudinea fluxului de energie sau a productivității la niveluri trofice succesive.

Pentru a reprezenta grafic structura ecosistemului sub forma unei piramide de numere, se numără mai întâi numărul diferitelor organisme dintr-un anumit teritoriu, grupându-le pe niveluri trofice. După astfel de calcule, devine evident că numărul animalelor scade progresiv odată cu trecerea de la al doilea nivel trofic la următorul. Numărul plantelor de primul nivel trofic depășește adesea numărul animalelor care alcătuiesc al doilea nivel. Două exemple de piramide ale populației sunt prezentate în Fig. 12.4, unde lungimea dreptunghiului este proporțională cu numărul de organisme de la fiecare nivel trofic. Formele piramidelor numerice variază foarte mult pentru diferite comunități, în funcție de mărimea organismelor lor constitutive (Fig. 12.4).

În piramidele de biomasă, se ia în considerare masa totală a organismelor (biomasă) din fiecare nivel trofic, adică sunt prezentate raporturile cantitative ale biomasei din comunitate (Fig. 12.5). Numerele indică cantitatea de biomasă în grame de substanță uscată la 1 m 2. În acest caz, dimensiunea dreptunghiurilor este proporțională cu masa materiei vii a nivelului trofic corespunzător, pe unitate de suprafață sau volum. Cu toate acestea, valoarea biomasei la nivel trofic nu oferă nicio idee despre rata de formare (productivitate) și consum a acesteia. De exemplu, producătorii de dimensiuni mici (alge) se caracterizează printr-o rată ridicată de creștere și reproducere (o creștere a biomasei producătorilor), echilibrată de consumul intensiv de alimente de către alte organisme (o scădere a biomasei producătorilor). Astfel, deși biomasa la un moment dat poate fi scăzută, productivitatea poate fi ridicată.

Dintre cele trei tipuri de piramide ecologice, piramida energetică oferă cea mai completă imagine a organizării funcționale a unei comunități.

În piramida energetică (Fig.12.6), unde numerele indică cantitatea de energie (kJ / m2 pe an), dimensiunea dreptunghiurilor este proporțională cu echivalentul energetic, adică cantitatea de energie (pe unitate de suprafață sau volum) care a trecut printr-un anumit nivel trofic pentru o anumită perioadă. Piramida energetică reflectă dinamica trecerii unei mase de alimente prin lanțul alimentar (trofic), care o distinge fundamental de piramidele abundenței și a biomasei reflectând starea statică a ecosistemului (numărul de organisme la un moment dat) .

Productivitatea ecosistemelor - formarea materiei organice sub formă de biomasă a animalelor, plantelor și microorganismelor care alcătuiesc partea biotică a ecosistemului, pe unitate de timp pe unitate de suprafață sau volum. Capacitatea de a crea materie organică ( productivitatea biologică) este una dintre cele mai importante proprietăți ale organismelor, ale populațiilor lor și ale ecosistemelor în general.

Datorită energiei luminii în timpul fotosintezei, sunt create principalele sau primare produse ale ecosistemului. Productivitatea primară este rata la care energia solară este absorbită de producători (plante) în timpul fotosintezei, acumulându-se sub formă de materie organică. Cu alte cuvinte, aceasta este valoarea ritmului de creștere a biomasei vegetale.

Se obișnuiește să distingem patru etape succesive în procesul de producere a materiei organice:

1) productivitatea primară brută- rata globală de fotosinteză, adică rata de formare a întregii mase de materie organică de către producători, inclusiv cantitatea de materie organică care a fost consumată de producători pentru a menține activitatea (P G);

2) productivitatea primară netă - rata de acumulare a materiei organice în țesuturile plantelor minus materia organică care a fost sintetizată de plante și utilizată pentru a-și menține activitatea vitală (P N);

3) productivitatea netă a comunității - rata de acumulare a materiei organice neconsumate de heterotrofi (animale și bacterii) în comunitate pentru o anumită perioadă (de exemplu, creșterea biomasei plantelor până la sfârșitul sezonului estival).

4) productivitate secundară - rata de acumulare a energiei (sub formă de biomasă) la nivelul consumatorilor (animalelor) care nu creează materie organică din cele anorganice (ca în cazul fotosintezei), ci utilizează doar materia organică obținută din hrana, o parte din care este cheltuită pentru menținerea activității vitale și restul transformându-se în propriile țesuturi.

Ratele ridicate de producție a materiei organice se găsesc sub factorii de mediu favorabili, în special atunci când se furnizează energie suplimentară din exterior, ceea ce reduce propriile costuri ale organismelor pentru menținerea activității vitale. De exemplu, în zona de coastă a mării, energia suplimentară poate veni sub formă de energie mareică, aducând particule de materie organică la organismele sedentare.

Ziua reprezentării vizuale a trăsăturilor regionale ale funcționării biosferei din Fig. 12.7 prezintă un model al productivității ecosistemelor mari ale biosferei sub forma unei turbine alimentate de fluxul luminii solare. Lățimea roții turbinei pentru teren corespunde procentului de teren dintr-o anumită zonă naturală, lățimea roții pentru mare fiind luată în mod arbitrar. Lamele acestui model de turbină (specii de plante dintr-un ecosistem specific) percep lumina soarelui în timpul fotosintezei și furnizează energie pentru toate procesele de viață din ecosisteme. În același timp, o turbină terestră are cel mai mare număr de lame (specii de plante) din tropice, unde 40 de mii de specii de plante pot produce produse biologice anuale din 10 11 tone de materie organică. În ecosistemele terestre tropicale, în medie, se recreează anual aproximativ 800 g / m2 de carbon. Ecosistemele marine (Figura 12.7) sunt cele mai productive în regiunile boreale temperate, unde se produc anual aproximativ 200 g de carbon pe metru pătrat.

Valoarea productivității biologice este decisivă pentru majoritatea sistemelor de clasificare a corpurilor de apă în funcție de nivelul de troficitate, adică furnizarea de substanțe nutritive pentru dezvoltarea biocenozei. Nivelul de troficitate al unui rezervor este determinat de conținutul principalului pigment fotosintetic (clorofilă), de valoarea biomasei totale și de viteza de producție a materiei organice. Conform acestei clasificări, există patru tipuri de lacuri: oligotrofe, eutrofe, mezotrofe și hipertrofice(Tabelul 12.1).

În sistemul de clasificare propus, nivelul productivității biologice (troficitatea) corpurilor de apă este strâns legat de factorii abiotici (adâncime, culoare, transparența corpului de apă, prezența oxigenului în straturile inferioare ale apei, aciditatea apei (pH) , concentrația de nutrienți etc.), cu locația geografică a corpului de apă și natura bazinului de drenaj.

Corpuri de apă oligotrofe(din greacă - nesemnificativ, sărac) conțin o cantitate mică de nutrienți, au transparență ridicată, culoare redusă, adâncime mare. Fitoplanctonul din ele este dezvoltat nesemnificativ, deoarece organismele autotrofe nu au hrană minerală, în principal azot și fosfor. Materia organică sintetizată într-un rezervor ( substanță autohtonă) aproape complet (până la 90..95%) suferă descompunere biochimică. Ca urmare, cantitatea de materie organică din sedimentele inferioare este mică; prin urmare, conținutul de oxigen din straturile inferioare de apă este ridicat. Lanțurile trofice de pășune predomină în rezervor, există puține microorganisme și procesele de distrugere sunt slab exprimate. Astfel de lacuri se caracterizează prin dimensiuni mari și adâncimi mari.

Corpuri de apă eutrofe(din greaca eutrofie, nutriție bună) se caracterizează printr-un conținut crescut de elemente biogene (azot și fosfor), de aceea fitoplanctonul este alimentat cu nutriție minerală și intensitatea proceselor de producție este ridicată. Odată cu creșterea gradului de eutrofizare, transparența și profunzimea zonei fotosintetice scad. Un exces de oxigen apare adesea în straturile superioare ale apei datorită ritmului ridicat de fotosinteză, în timp ce în straturile inferioare ale apei există o deficiență semnificativă a oxigenului datorită utilizării sale de către microorganisme în oxidarea materiei organice. Lanțurile alimentare detritice devin din ce în ce mai importante în rezervor.

Tipul mezotrofic(din greaca mesos - mediu) - un tip intermediar de corpuri de apă între oligotrofe și eutrofe. De obicei, corpurile de apă mezotrofe apar din cele oligotrofe și se transformă în cele eutrofe. În multe cazuri, acest proces este asociat cu eutrofizare- o creștere a nivelului producției de apă primară datorită creșterii concentrației elementelor biogene, în principal azot și fosfor. Fluxul de substanțe nutritive în corpurile de apă crește ca urmare a spălării îngrășămintelor de pe câmpuri, precum și a pătrunderii în acestea a apelor uzate industriale și municipale.

Corpuri de apă hipertrofice(din greaca hyper - over, over) se caracterizează printr-un nivel foarte ridicat de producție primară și, în consecință, o biomasă ridicată de fitoplancton. Transparența și conținutul de oxigen din corpurile de apă sunt minime. Conținutul unei cantități mari de materie organică duce la dezvoltarea masivă a microorganismelor care predomină în biocenoză.

Homeostazia ecosistemului. Ecosistemele, la fel ca populațiile și organismele lor, sunt capabile de auto-întreținere și autoreglare. Homeostazie(din greacă. similar, la fel) - capacitatea sistemelor biologice de a rezista schimbărilor și de a menține constanța relativă dinamică a compoziției și a proprietăților. Instabilitatea habitatului în ecosisteme este compensată de mecanisme de adaptare biocenotice.

Împreună cu fluxurile de energie și circulația substanțelor, ecosistemul este caracterizat de rețele de informații dezvoltate, inclusiv fluxuri de semnale fizice și chimice care conectează toate părțile sistemului și îl controlează în ansamblu. Prin urmare, putem presupune că ecosistemele sunt și de natură cibernetică.

Homeostazia se bazează pe principiul feedback-ului, care poate fi demonstrat de exemplul dependenței densității populației de resursele alimentare. Feedback-ul apare dacă „produsul” (numărul de organisme) are un efect de reglementare asupra „senzorului” (alimentele). În acest exemplu, cantitatea de resurse alimentare determină rata creșterii populației. Atunci când densitatea populației se abate de la optim într-o direcție sau alta, natalitatea sau mortalitatea crește, drept urmare densitatea este adusă la optim. Acest feedback, care reduce abaterea de la normă, este numit feedback negativ.

În plus față de sistemele de feedback, stabilitatea ecosistemului este asigurată de redundanța componentelor funcționale. De exemplu, dacă o comunitate are mai multe tipuri de autotrofe, fiecare dintre acestea fiind caracterizat de propria temperatură optimă, atunci cu fluctuații ale temperaturii ambiante, rata de fotosinteză a comunității în ansamblu va rămâne neschimbată.

Mecanismele homeostatice funcționează în anumite limite, dincolo de care feedback-urile pozitive deja nelimitate conduc la moartea sistemului dacă este imposibilă o reglare suplimentară. Pe măsură ce stresul se acumulează, sistemul, deși este încă controlat, ar putea să nu mai poată reveni la nivelul său anterior.

Zona de acțiune a feedback-ului negativ poate fi descrisă ca un platou homeostatic (Figura 12.8). Se compune din pași; feedback-ul negativ acționează în cadrul fiecărui pas. Trecerea de la pas la pas poate avea loc ca urmare a unei modificări a „senzorului”. Deci, creșteți sau micșorați

Compoziția și structura ecosistemelor.

Produse energetice și ecosistemice

Piramide ecologice

Tipuri de ecosisteme.

Compoziția și structura ecosistemelor

Dacă treceți la prelegerea numărul 1 a acestui curs, veți descoperi că domeniul studierii ecologiei include trei niveluri principale de organizare a vieții: populația, ecosistemul și biosfera. Pentru rezolvarea multor probleme globale și luarea deciziilor, studiul nivelului organismului joacă un rol cheie.

După cum știți, organismele vii și mediul lor neînsuflețit (abiotic) sunt inseparabil legate între ele și se află în interacțiune constantă, formând ecosisteme.

Un ecosistem este o colecție a tuturor organismelor vii care trăiesc într-o zonă comună împreună cu mediul lor non-viu.

Un ecosistem este principala unitate funcțională în ecologie, deoarece include atât organisme, cât și mediul neînsuflețit - componente care se afectează reciproc proprietățile reciproce și sunt necesare pentru a menține viața în forma care există pe Pământ.

Un exemplu este o pajiște, pădure, lac.

Destul de des, conceptul de ecosistem este identificat cu conceptul de biogeocenoză, dar acești termeni nu sunt sinonimi. Conceptul de ecosistem este mai larg, acoperă toate tipurile de agregate de organisme și habitate vii; numai formațiunile naturale (pădure, pajiști etc.) pot fi numite biogeocenoză. Acea. orice biogeocenoză este un ecosistem, dar nu fiecare ecosistem este o biogeocenoză.

V compoziţie Ecosistemul este reprezentat de două grupuri de componente: abiotice - componente de natură neînsuflețită (ecotop) și biotice - componente ale naturii vii (biocenoză).

Biocenoza - un set de reprezentanți ai lumii plantelor (fitocenozei), animalelor (zoocenozei) și lumii microorganismelor (microbiocenozei). Un ecotop include două componente principale: clima în toate manifestările sale diverse și mediul geologic - soluri-sol sau edafotop. Toate componentele acestui sistem sunt în interacțiune constantă și complexă (Fig. 1).

Este destul de evident că ecosistemul nu este omogen în spațiu și timp, în acest sens, este destul de important să se ia în considerare structura spațială biogeocenoza. În primul rând este structură pe niveluri fitocenoze, care este o adaptare în lupta pentru lumina soarelui. În pădurile de foioase, se disting până la 6 niveluri.

În structura spațială a biogeocenozei există, de asemenea mozaic- modificări ale comunităților de plante și animale din zonă (concentrația de vegetație în jurul corpurilor de apă).

Participarea diferitelor specii la formarea unui ecosistem nu este aceeași, astfel încât reprezentanții unei specii pot domina într-un ecosistem (de exemplu: pinul roșu într-o pădure de pini), altele pot fi găsite singular (leopardul zăpezii).

Se numesc speciile care predomină în număr dominant... Printre acestea se numără cele fără de care alte specii nu pot exista sau edifactori. Secundar speciile - mici ca număr și chiar rare - joacă un rol imens în formarea unui ecosistem durabil. Așa a fost stabilită legea globală a sustenabilității ecosistemelor, potrivit căreia: cu cât este mai mare biodiversitatea unui ecosistem, cu atât este mai mare specia „minoră”, cu atât este mai durabilă.

Din punct de vedere structură trofică(din greaca trophe - hrană) ecosistemul poate fi împărțit în două niveluri:

stratul superior autotrofic (autoalimentat) sau „centura verde”, inclusiv plantele sau părțile lor care conțin clorofilă, unde predomină fixarea energiei luminoase, utilizarea compușilor anorganici simpli și acumularea de compuși organici complecși. Organismele incluse în „centura verde” sunt numite autotrofă(din lat: auto-sine, trofo-alimentar). Principala caracteristică a acestor organisme este capacitatea de a sintetiza materia organică din anorganice în procesul de fotosinteză. Deoarece, fiind autotrofi, ei creează materie organică primară, producând-o din anorganici, ei sunt numiți producători.

stratul inferior heterotrof (alimentat de alții) sau „centura maro”, în care predomină utilizarea, transformarea și descompunerea compușilor complexi. Organismele care aparțin acestei centuri nu își pot construi propria substanță din componente minerale, sunt forțate să folosească ceea ce este creat de autotrofi, mâncându-le. Ele sunt numite heterotrofe (din latină: hetero-alte trofo-alimente).

Cu toate acestea, specificitatea heterotrofilor poate fi diferită. Deci, se numește partea organismelor care utilizează nutrienți ai plantelor gata preparate în nutriția lor fitofagii- erbivore (phytos - plantă, fagos - devorator, gr.) sau erbivore. Fitofagele sunt acumulatori secundari de energie solară acumulată inițial de plante. consumatorii de prima comandă (de exemplu: iepure, vacă). Acest grup de organisme aparține consumatorii primari.

Pentru multe animale, evoluția a predeterminat necesitatea utilizării proteinelor animale. Acest grup zoofage sau prădători care mănâncă fitofage și prădători mai mici. Prădătorii sunt cei mai importanți regulatori ai echilibrului biologic: nu numai că reglează numărul de animale fitofage, ci acționează ca ordonatori, mâncând în primul rând animale bolnave și slăbite. Un exemplu este mâncarea șoarecilor volei de către păsările de pradă. Acest grup de organisme aparține consumatori secundari... Animalele care se hrănesc cu consumatori de ordinul doi se numesc consumatori de ordinul al treilea etc.

În orice sistem, inevitabil se formează deșeuri organice (cadavre de animale, excremente etc.), care pot servi și ca hrană pentru organismele heterotrofe, numite descompunători sau saprofite.

Prin urmare, din punct de vedere biologic, este convenabil să distingem următoarele componente din ecosistem:

substanțe anorganice (C, N, CO2, H2O etc.) incluse în cicluri.

compuși organici (proteine, carbohidrați, lipide, substanțe humice) care leagă părțile biotice și abiotice.

aerul, apa și mediul substrat, inclusiv regimul climatic și alți factori fizici.

producători, organisme autotrofe, în principal plante verzi care pot produce alimente din substanțe anorganice simple.

macroconsumabile sau fagotrofe (din grecescul phagos - devorator) - organisme heterotrofe, în principal animale care se hrănesc cu alte organisme sau particule de materie organică.

microconsumuri, saprotrofe, destructrofe - organisme heterotrofe, în principal bacterii și ciuperci care primesc energie fie prin descompunerea țesuturilor moarte, fie prin absorbția materiei organice dizolvate eliberate spontan sau extrase de saprotrofe din plante și alte organisme.

Toate organismele care alcătuiesc ecosistemul sunt legate prin legături alimentare strânse (deci un organism servește drept hrană pentru altul, care este consumat de o treime etc.). Astfel, în biogeocenoză se formează un lanț de transfer secvențial de materie și energie echivalentă de la un organism la altul, sau așa-numitul lanț trofic.

Exemple de astfel de circuite sunt:

mușchi de ren lup (ecosistem de tundră);

iarbă  vacă  om (ecosistem antropogen);

alge microscopice (fitoplancton)  bug-uri și dafnii (zooplancton)  roach  știucă  pescăruși (ecosistem acvatic).

Un lanțuri trofice din ecosistem sunt strâns legate, formând rețele alimentare. Așa este cunoscut pe scară largă fenomenul „cascadei trofice”: arici de mare se hrănesc cu arici de mare care mănâncă alge brune, distrugerea vidrelor de către vânători a dus la distrugerea algelor datorită creșterii populației de arici. Când vânătoarea de vidre a fost interzisă, algele au început să se întoarcă în habitatele lor.

O parte semnificativă a heterotrofilor sunt saprofagele și saprofitele (ciupercile) care utilizează energia detritului. Prin urmare, se disting două tipuri de lanțuri trofice: lanțuri pășunat, sau pășunat, care încep prin consumul de organisme fotosintetice și detritică valori de descompunere care încep cu rămășițele plantelor moarte, carcase și excremente de animale