Структура екосистем

План.

1. Запровадження. Екосистема і экосистемный метод в экологии.

2. Загальна структура экосистем.

3. Биотический компонент экосистем.

3.1. Сонце як джерело энергии.

4. Харчові кайдани й посадили трофічні уровни.

4.1. Первинні продуценты.

4.2. Первинні консументы.

4.3. Консументи другого і третього порядка.

4.4. Редуценты і детритофаги.

5. Харчові сети.

6. Екологічні пирамиды.

6.1. Піраміди численности.

6.2. Піраміди биомассы.

7. Абиотический компонент экосистемы.

7.1. Эдафические факторы.

7.2. Кліматичні факторы.

7.2.1. Свет.

7.2.2. Температура.

7.2.3. Вологість і соленость.

8. Вывод.

9. Список використовуваної литературы.

1. Запровадження. Екосистема і экосистемный метод в экологии.

Вперше визначення екосистеми як сукупності живих організмів зі своїми місцеперебуванням дали Тэнсли в 1935 року. При экосистемном підході до вивчення екології центрі уваги учених виявляються потік енергії і круговорот речовин між биотическим і абиотическим компонентом экосферы. Екосистемний підхід висуває першому плані спільність організації всіх співтовариств, незалежно від місцеперебування і систематичного становища які входять у них організмів. Разом із цим у экосистемном підході знаходить додаток концепція гомеостазу (саморегуляції), з якої стає зрозуміло, що порушення регуляторних механізмів, наприклад, у результаті забруднення середовища, можуть призвести до біологічному дисбалансу. Екосистемний підхід мають значення розробки у майбутньому науково обгрунтованої практики ведення сільського хозяйства.

2. Загальна структура экосистем.

Екосистеми складаються з живої і неживого компонентів, званих відповідно биотическим і абиотическим. Сукупність живих організмів біотичного компонента називається співтовариством. Дослідження екосистем включає, зокрема, вияснення й опис тісних взаємозв'язків, існуючих між співтовариством та абиотическим компонентом.

Биотический компонент корисно підрозділити на автотрофные і гетеротрофные організми. Отже, будь-які живі організми потраплять однієї із дві групи. Автотрофы синтезують необхідні собі органічні речовини з простих неорганічних і роблять, крім хемотрофных бактерій, з допомогою фотосинтезу, використовуючи світло як генератор. Гетеротрофы потребують джерелі органічного речовини і (крім деяких бактерій) використовують хімічну енергію, що є в споживаної їжі. Гетеротрофы у своїй існуванні залежить від автотрофов, й розуміння цієї залежності необхідне розуміння экосистем.

Неживий, чи абиотический, компонент екосистеми основному включає 1) грунт або води і 2) клімат. Грунт і вода містять суміш неорганічних і органічних речовин. Властивості грунту залежить від материнської породи, де вона лежить, і з якої частково утворюється. У поняття клімату входять такі параметри, як освітленість температура і вологість, значною мірою визначальний видовий склад організмів, успішно та розвитку у цій екосистемі. Для водних екосистем дуже істотна також міра солености.

3. Биотический компонент экосистем.

Організми в екосистемі пов’язані спільністю енергії і поживних речовин. Усю екосистему можна уподібнити єдиному механізму, потребляющему енергію та живильні речовини з метою роботи. Живильні речовини спочатку походять із абиотического компонента системи, куди, зрештою, і повертаються або у ролі відходів життєдіяльності, або після загибелі і руйнувань організмів. Отже, в екосистемі відбувається круговорот поживних речовин, у якому беруть участь і живий і неживої компоненти. Такі круговороти називаються биогеохимическими циклами.

Рушійною силою цих круговоротів служить, зрештою, енергія Сонця. Фотосинтезирующие організми безпосередньо використовують енергію сонячного світла, і потім передають її інших представників біотичного компонента. У результаті створюється потік енергії і поживних речовин через екосистему. Необхідно ще відзначити, що кліматичні чинники абиотического, компонента, такі, як температура, рух атмосфери, випаровування і опади, теж регулюються надходженням сонячної енергії.

Енергія може існувати у різноманітних взаимопревращаемых форм, як-от механічна, хімічна, теплова і електрична енергія. Перехід однієї форми до іншої називається перетворенням энергии.

Отже, будь-які живі організми — це перетворювачі енергії, і щоразу, коли відбувається перетворення енергії, частину їх втрачається на вигляді тепла. Зрештою, вся енергія, яка надходить биотический компонент екосистеми, розсіюється як тепла. Вивчення потоку енергії через екосистеми називається енергетикою екосистеми.

Фактично живі організми не використовують тепло, як генератор з метою роботи — вони використовують світ і хімічну энергию.

Вивчення потоку енергії через екосистеми називається енергетикою экосистем.

3.1. Сонце як джерело энергии.

Першоджерелом енергії для екосистем служить Сонце. Сонце — це зірка, випромінююча до космосу дуже багато енергії. Енергія поширюється осіб у космічному просторі як електромагнітних хвиль, й невеличка частину їх, приблизно 10,5 * 106 кДж/м2 на рік, захоплюється Землею. Близько 40% цієї кількості відразу відбивається від хмар, атмосферної пилу й Землі без хоч би не пішли теплового ефекту. Ще 15% поглинаються атмосферою (зокрема, озоновим шаром у її верхніх частинах) і перетворюються на теплову енергію чи витрачаються на випаровування води. Решта 45% поглинаються рослинами і земної поверхнею. У середньому це становить 5 * 106 кДж/м2 на рік, хоча реальну кількість енергії для даної місцевості залежить від географічної широти. Більшість енергії повторно випромінюється земної поверхнею і нагріває атмосферу приблизно дві третини енергії вступає у атмосферу цим шляхом. І тільки невелику частину яка прийшла від поверхні Сонця енергії засвоюється биотическим компонентом экосистемы.

4. Харчові кайдани й посадили трофічні уровни.

Усередині екосистеми містять енергію органічні речовини створюються автотрофными організмами і служать їжею (джерелом речовини і) для гетеротрофов. Типовий приклад тварина поїдає рослини. Це тварина своєю чергою то, можливо з'їдено іншим тваринам, і такою шляхом може статися перенесення енергії через ряд організмів — кожну наступну харчується попереднім, які поставляють, які поставляють йому сировину й енергію. Така послідовність називається харчової ланцюгом, а кожен її ланка — трофическим рівнем. Перший трофічний рівень займають автотрофы, чи пізно це звані первинні продуценти. Організми другого трофічного рівня називаються первинними консументами, третього — вторинними консументами тощо. буд. Зазвичай буває чотири чи п’ять трофічних рівнів і рідко більше шести.

4.1. Первинні продуценты.

Первинними продуцентами є автотрофные організми, переважно зелені рослини. Деякі прокаріоти, саме синьо-зелені водорості і нечисленні види бактерій, теж фотосинтезируют, та їх внесок щодо невеликий. Фотосинтетики перетворюють сонячної енергії (енергію світла) в хімічну енергію, закладену в органічних молекулах, у тому числі побудовано тканини. Невеликий внесок у продукцію органічного речовини роблять хемосинтезирующие бактерії, извлекающие енергію з неорганічних соединений.

У водних екосистемах головними продуцентами є водорості - часто дрібні одноклітинні організми, складові фитопланктон поверхневих верств океанів та ставків. На суші більшу частину первинної продукції поставляють більш високоорганізовані форми, які стосуються голосеменным і покрытосеменным. Вони формують лісу й до луки.

4.2. Первинні консументы.

Первинні консументи харчуються первинними продуцентами, т. е. це травоїдні тварини. На суші типовими травоїдними є багато комахи, рептилії, птахи, і ссавці. Найважливіші групи травоїдних ссавців — це гризуни і копитні. До останнього належать пастбищные тварини, такі, як коня, вівці, велика рогата худоба, пристосовані до бігу на кінчиках пальців.

У водних екосистемах (прісноводних і морських) травоїдні форми представлені зазвичай молюсками і дрібними ракообразными. Більшість цих організмів — ветвистоусые і веслоногие раки, личинки крабів, усоногие раки і двостулкові молюски (наприклад, мідії і устриці) — харчуються, фільтруючи дрібних первинних продуцентів із води. Разом із найелементарнішими чимало їх становлять основну частину зоопланктону, який ласує фітопланктоном. Життя в океанах і озерах практично цілком залежить від планктону, оскільки від нього починаються майже всі харчові цепи.

До первинним консументам ставляться також паразити рослин (гриби, рослин та тварини).

4.3. Консументи другого і третього порядка.

Побічні консументи харчуються травоїдними; в такий спосіб, то це вже м’ясоїдні тварини, як і і третинні консументи, поедающие консументов другого порядку. Консументи другого і третього порядку може бути хижаками і полювати, схоплювати і вбивати свою жертву, можуть харчуватися падлом або бути паразитами. У разі вони за величині менше своїх господарів. Харчові ланцюга паразитів незвичні за низкою параметрів. У типових харчових ланцюгах хижаків м’ясоїдні тварини виявляються крупніша кожному наступному трофическом уровне:

Рослинний матеріал (наприклад, нектар)? муха? павук ?

? землерийка? сова.

Сік рожевого куща? попелиця? сонечко? павук? насекомоядная птах? хижа птах.

У типових харчових ланцюгах, які включають паразитів, останні стають менше за величиною кожному наступному рівні.

4.4. Редуценты і детритофаги (детритные харчові цепи).

Існують два головні типи харчових ланцюгів — пастбищные і детритные. Вище було наведено приклади пасовищних ланцюгів, у яких перший трофічний рівень займають зелені рослини, другий — пастбищные тварини третій — хижаки. Тіла загиблих рослин та тварин ще містять енергію та «будівельний матеріал», як і і прижиттєві виділення, наприклад, сеча і фекалії. Ці органічні матеріали розкладаються мікроорганізмами, саме грибами і бактеріями, котрі живуть як сапрофиты на органічних залишках. Такі організми називаються редуцентами. Вони виділяють травні ферменти на мертві тіла чи відходи життєдіяльності і поглинають продукти їх перетравлення. Швидкість розкладання може бути різною. Органічні речовини сечі, фекалій і трупів тварин споживаються протягом кількох тижнів, тоді як розбиті дерева і галузі можуть розкладатися багато років. Дуже істотну роль розкладанні деревини (та інших рослинних залишків) грають гриби, які виділяють фермент целлюлазу, размягчающий деревину, і це дозволяє дрібним тваринам проникати всередину і поглинати розм’якшений материал.

Шматочки частково разложившегося матеріалу називають детритом, і з дрібні тварини (детритофаги) харчуються їм, прискорюючи процес розкладання. Бо у цьому процесі беруть участь як справжні редуценты (гриби і бактерії), і детритофаги (тварини), і тих і інших іноді називають редуцентами, хоч насправді цей термін стосується лише сапрофитным організмам.

Детритофагами можуть у своє чергу харчуватися більші організми, і тоді створюється харчова ланцюг іншого типу — ланцюг, ланцюг, начинающаяся з детрита:

Детрит? детритофаг? хищник.

До детритофагам лісових і прибережних співтовариств ставляться дощовій хробак, мокриця, личинка падальной мухи (ліс), полихета, багрянка, голотурія (прибережна зона).

Наведемо дві типові детритные харчові ланцюга наших лесов:

Листовая підстилка? Дощовій хробак? Чорний дрізд? Ястреб-перепелятник.

Мертве тварина? Личинки падальных мух? Трав’яний жаба? Звичайний вже.

Деякі типові детритофаги — це дощові хробаки, мокриці, двупарноногие й менші (.

5. Харчові сети.

У схемах харчових ланцюгів кожен організм буває представлений як що живиться іншими організмами якоїсь однієї типу. Проте реальні харчові зв’язку в екосистемі набагато складніше, т. до. тварина може харчуватися організмами різних типів з одному й тому ж харчової ланцюга і навіть із різних харчових ланцюгів. Це особливо належить до хижакам верхніх трофічних рівнів. Деякі тварини харчуються як іншими тваринами, і рослинами; їх називають всеїдними (такий, зокрема, і творча людина). Насправді харчові ланцюга переплітаються в такий спосіб, що утворюється харчова (трофическая) мережу. У схемою харчової мережі може бути зображена тільки що з багатьох можливих зв’язків, і її зазвичай включає лише чи двох хижаків кожного з чільних трофічних рівнів. Такі схеми ілюструють харчові зв’язок між організмами в екосистемі і є основою для кількісного вивчення екологічних пірамід та продуктивності екосистем.

6. Екологічні пирамиды.

6.1. Піраміди численности.

Для вивчення відносин між організмами в екосистемі й у графічного уявлення цих взаємовідносин зручніше використовувати не схеми харчових мереж, а екологічні піраміди. У цьому спочатку підраховують число різних організмів на цій території, згрупувавши їх за трофическим рівням. Після таких підрахунків стає зрозуміло, що кількість тварин прогресивно зменшується під час переходу від другого трофічного рівня до наступним. Чисельність рослин першого трофічного рівня нерідко трапляється перевершує чисельність тварин, складових другий. Це можна відобразити як піраміди численности.

Для зручності кількість організмів цьому трофическом рівні то, можливо представлено як прямокутника, довжина (або майдан) якого пропорційна числу організмів, які живуть даної площі (чи даному обсязі, якщо це водна екосистема). На малюнку показано піраміда чисельності, яка відображає реальну ситуації у природі. Хижаки, розташовані на вищому трофическом рівні, називаються кінцевими хижаками.

Четвертий трофічний рівень Третинні консументы.

Третій трофічний рівень Побічні консументы.

Другий трофічний рівень Первинні консументы.

Перший трофічний Первинні продуценты.

уровень.

6.2. Піраміди биомассы.

Незручностей, що з використанням пірамід чисельності, можна запобігти через побудову пірамід біомаси, у яких враховується сумарна маса організмів (біомаси) кожного трофічного рівня. Визначення біомаси включає як облік чисельності, а й зважування окремих особин, але це більш трудомісткий процес, вимагає більше часу й спеціального устаткування. Отже, прямокутники в пірамідах біомаси відбивають масу організмів кожного трофічного рівня, віднесену до одиниці площі чи объема.

При відборі зразків — інакше кажучи, в момент часузавжди визначається так звана біомаса повністю, чи урожай буде на корені. Важливо розуміти, що їх кількість зовсім позбавлений немає інформації про швидкості освіти біомаси (продуктивності) чи його споживання; інакше виникатимуть помилки з двох причин:

1. Якщо швидкість споживання біомаси (втрата внаслідок поїдання) відповідає швидкості її створення, то урожай буде на корені необов’язково свідчить про продуктивності, тобто. про кількість енергії і ті речовини, перехідних з однієї трофічного рівня в інший за тепер, наприклад протягом року. Наприклад, на родючому, інтенсивно використовуваному пасовище врожай трав повністю може бути нижчою, а продуктивність вище, ніж менш родючому, але не використовуваному для выпаса.

2. Продуцентом невеликих розмірів, таких як водорості, властива висока швидкість поновлення, тобто. висока швидкість розвитку і розмноження, врівноважена інтенсивним споживанням в їжу іншими організмами і природною загибеллю. Отже, хоча біомаса повністю то, можливо малої проти великими продуцентами (наприклад, деревами), продуктивність може бути меншою, оскільки дерева накопичують біомасу протягом багато часу. Інакше кажучи, фитопланктон такою ж продуктивністю, як в дерева, матиме набагато меншу біомасу, але він міг би підтримати життя таким ж маси тварин. Взагалі популяції великих і довговічних рослин та тварин мають меншою швидкістю відновлення проти дрібними і короткоживучими і акумулюють речовина та енергію протягом багато часу. Зоопланктон має більшої біомасою, ніж фитопланктон, яким він харчується. Це притаманно планктонних співтовариств ставків і морів у час року; біомаса фітопланктону перевищує біомасу зоопланктону під час весняного «цвітіння», але до інших періоди можливо зворотне співвідношення. Подібних що здаються чомусь аномалій можна запобігти, застосовуючи піраміди энергии.

7. Абиотический компонент экосистемы.

Абиотический, тобто. неживої, компонент екосистеми підрозділяється на эдафические (грунтові), кліматичні, топографічні та інші фізичні чинники, зокрема вплив хвиль, морських течій і огня.

7.1. Эдафические факторы.

Наука про грунтах називається почвоведением. Вже ранніх роботах підкреслювалося значення грунту як джерела поживних речовин для рослин. Хоча включили грунт в розділ про абіотичних чинниках, правильніше вважати її найважливішим ланцюгом між биотическими і абиотическими компонентами наземних екосистем. Підставою називають шар речовини, що лежить поверх гірських порід земної кори. До складу грунту входять чотири важливих структурних компонента: мінеральна основа (зазвичай 50−60% загального складу грунту), органічна речовина (до 10%), повітря (15−20%) і вода (25−35%).

Мінеральний скелет грунту — це неорганічний компонент, який утворився з материнської породи у її вивітрювання. Мінеральні фрагменти, що утворюють речовина грунтового скелета різні - від валунів і каміння до піщаних крупинок і дрібних частинок глини. Скелетний матеріал зазвичай довільно поділяють на дрібний грунт (частки менше двох мм) більші фрагменти. Частинки менше 1 мкм в діаметрі називають коллоидными. Механічні і хімічні властивості грунту переважно визначаються тими речовинами, які належать до малому грунту.

Органічне речовина грунту утворюється під час розкладанні мертвих організмів, їх частин (наприклад, опалих листя), экскретов і фекалій. Мертвий органічний матеріал використовують у їжу спільно детритофагами, що його поїдають отже сприяють його руйнації, і редуцентами (грибами і бактеріями), завершальними процес розкладання. Не повністю разложившиеся органічні залишки називаються підстилкою, а кінцевий продукт розкладання — аморфне речовина, у якому вже неможливо розпізнати початковий матеріал, — одержало назву гумусу. Колір гумусу варіює від темно-бурого до чорного. У хімічному плані це дуже складна суміш мінливого складу, освічена органічними молекулами різних типів; переважно гумус складається з фенольних сполук, карбонових кислот і складних ефірів жирних кислот. Гумус, подібно глині, перебуває у колоїдному стані; окремі частки його міцно прилипають до глині й утворять глино-гумусовый комплекс. Так само як і глина, гумус має великий поверхнею частинок і високої катионообменной здатністю. Ця здатність дуже багато важить для грунтів з низьким змістом глини. Аніони в гумусе — це карбоксильные і фенольные групи. Завдяки своїм хімічним і фізичним властивостями, гумус покращує структуру грунтів та її аерацію, і навіть підвищує спроможність утримувати води і живильні вещества.

7.2. Кліматичні факторы.

7.2.1. Свет.

Світло необхідний життя, оскільки це — джерело енергії для фотосинтезу, проте й інші аспекти його на живі організми. Інтенсивність світла, їхню якість (довжина хвилі, чи колір) і тривалість висвітлення (фотопериод) можуть надавати різне влияние.

Необхідність світла для рослин серйозно впливає на структуру співтовариств. Поширення водних рослин обмежена поверхневими верствами води. У наземних екосистемах у процесі конкуренції за світло рослин виробилися певні стратегії, наприклад швидке зростання у висоту, використання інших рослин, у ролі опори, збільшення поверхні листьев.

7.2.2. Температура.

Головним джерелом теплоти є сонячне випромінювання; їм можуть бути і геотермальні джерела, але де вони відіграють істотне значення лише у небагатьох местообитаниях.

Температура, як і інтенсивність світла, значною мірою залежить від географічної широти, сезону, часу діб, і експозиції схилу. Проте часто трапляються й дещо узколокальные розбіжності у температурі; це у особливості стосується микроместообитаний, які мають власним мікрокліматом. Рослинність теж надає деяке впливом геть температуру. Наприклад, інша температура буває під пологом ліси або меншою мірою всередині окремих груп рослин, і навіть під листям окремого рослини.

7.2.3. Вологість і соленость.

Вода необхідна життю і то, можливо важливим лимитирующим чинником в наземних екосистемах. Вода постачається з атмосфери як опадів: дощу, снігу, дощу зі снігом, граду чи роси. У природі відбувається безперервний круговорот води — гідрологічний цикл, від якого розподіл в поверхні суші. Наземні рослини поглинають воду головним чином із грунту. Швидкий дренаж, небагато опадів з грунту, сильне випаровування чи поєднання всіх таких чинників можуть спричинить иссушению грунтів, а у багатстві, навпаки, можливо, їхні постійне перезволоження. Отже, кількість води у грунті залежить від водоудерживающей здібності самої грунтів та від балансу між кількістю випадаючих осадів та спільним результатом випаровування та транспірацію. Випаровування відбувається і з поверхні вологій рослинності, і із поверхні почвы.

8. Висновок. Раціональне використання экосистем.

«Одержання врожаю» означає вилучення з екосистеми тих організмів чи його частин, які у їжу (або заради іншої мети). У цьому бажано, щоб екосистема виробляла придатну для їжі продукцію найефективніше. Це можна досягнути шляхом значного підвищення врожайності культури, зменшення захворюваності та перешкод із боку інших організмів чи використання культури, більш пристосованій до місцевих умов даної экосистемы.

Вивчаючи продуктивність екосистем, ми маємо справу з потоком енергії, що пропливали той чи інший екосистему. Енергія вступає у биотический компонент екосистеми первинних продуцентів. Швидкість накопичення енергії первинними продуцентами у вигляді органічного речовини, що може бути використана для харчування, називається первинної продукцією. Це важливе параметр, тому що їм визначається загальний потік енергії через биотический компонент екосистеми, отже, і кількість (біомаса) тварин організмів, що потенційно можуть існувати в экосистеме.