Біогеоценози, екосистеми і біосфера
Кожен живе організм пов’язаний з навколишнім середовищем потоками речовини та енергії, що проходять через його тіло. Споживаючи і виділяючи речовина і енергію, живі організми впливають на середовище свого існування вже тим, що живуть. Результати життєдіяльності кожної окремої істоти можуть бути невеликі й малопомітні. Але всі разом вони зливаються в потужну силу, перетворюючу земну поверхню. видатний вітчизняний
Вчений-натураліст, творець ряду наук про Землю і вчення про біосферу В. І. Вернадський писав, що на Землі немає сили більш могутньої за своїми наслідками, ніж жива речовина, як він назвав всі живі організми, взяті в цілому.
В біоценозах всі популяції видів пов’язані один з одним складною харчової мережею. Сонячна енергія надходить в організми тварин з рослин, які черпають запаси речовини і енергії з неживої природи. У підсумку будь біоценоз являє деяку єдність зі своїм біотопом, створюючи цілісну систему, яку називають екосистемою. Організована в екосистеми життя на Землі триває вже мільйони років, не перериваючись. Екосистеми бувають різних масштабів, наземні і водні: ставок з його мешканцями, озеро, море, океан, невеликий ліс, ціла тайга, степ, пустеля – все це природні екосистеми. Акваріум, сад, пшеничне поле – екосистеми, створені людиною.
Наземні екосистеми, пов’язані з ділянками однорідної рослинності, називають биогеоценозами. Такі, наприклад, ялинник кіслічних, ялинник зеленомошний, березняк різнотравні, сфагнове болото, луг, ковиловий степ і т. П.
У назві “біогеоценоз” підкреслюється тісний взаємозв’язок (“ценоз”) живих (“біо-“) і неживих (“гео-“) компонентів на певній ділянці земної поверхні. Вчення про біогеоценоз і сам термін створив великий російський вчений-ботанік В. Н. Сукачов.
Екосистем на Землі дуже багато. Істотним властивістю кожної з них є кругообіг речовин і потоки енергії. Через великої ролі живих організмів кругообіг речовин в екосистемах часто називають біологічним кругообігом речовин.
Біологічний круговорот речовин є головною умовою існування екосистеми.
Кругообіг речовин в біогеоценозі здійснюється завдяки наявності в ньому чотирьох невід’ємних компонентів (рис. 82): 1) абиотического компонента (запасу біогенних речовин і сонячної енергії); 2) продуцентів (створюють органічну речовину); 3) консументів (споживаючих органічна речовина); 4) редуцентів (розкладницьких мертве органічна речовина).
Біогенними речовинами називають мінеральні сполуки, використовувані для синтезу органічних речовин. Продуценти – це організми, що створюють ці органічні речовини і запасающие в них променисту енергію Сонця. Зазвичай це фотосинтезирующие зелені рослини і деякі прокаріоти (ціанобактерії). Консументи – це переробники біологічної продукції, в основному тварини, а також гриби і деякі паразитичні і комахоїдні рослини. Редуценти – організми, що розкладають мертві залишки рослин, тварин та інших представників живого світу до мінеральних сполук (вуглекислого газу, води і мінеральних солей). В ролі редуцентов виступають переважно бактерії, а також гриби і деякі тварини (найпростіші). Спільна діяльність цих різних за екологічним функціям груп організмів і є двигуном біологічного кругообігу речовин в біогеоценозі.
Біогеоценози (екосистеми) стійкі лише в тому випадку, коли всі чотири компоненти, що входять до їх складу, підтримують круговорот речовин досить повно.
Кругообіг речовин підтримується в біогеоценозах (екосистемах) постійним притоком все нових і нових порцій енергії. Хоча за законом збереження енергії вона не зникає безслідно, а лише переходить з однієї форми в іншу, круговороту енергії в екосистемах бути не може. Расходуясь на життєдіяльність організмів, засвоєна ними енергія поступово переходить в теплову форму і розсіюється в навколишньому просторі. Таким чином, діяльність екосистеми нагадує кругове обертання млинового колеса (круговорот речовин) в потоці скороминучої води (потік енергії).
Одна і та ж порція речовини і ув’язнена в ньому енергія не можуть нескінченно передаватися по складній мережі живлення, яка зв’язує організми в біогеоценозі. Насправді трофічна мережа складається з переплетення коротких піщевьх (трофічних) ланцюгів – послідовного ряду живляться одне одним організмів, в якому можна простежити витрачання первісної порції енергії. Кожна ланка ряду називають трофическим рівнем.
Візьмемо для прикладу коротку харчовий ланцюг: капуста (перший трофічний рівень) – коза (другий трофічний рівень) – вовк (третій рівень). Капуста з екологічної точки зору – продуцент, коза – консумент першого порядку як растительноядное тварина, а хижий вовк – консумент другого порядку. Простежимо, як витрачається в цьому ланцюзі сонячна енергія, пов’язана в качані капусти, знаючи, що від засвоєної тваринам їжі лише невелика частка йде на ріст організму, т. Е. Відкладається в його тілі. Решта витрачається на підтримання обміну речовин, на забезпечення розмноження і частина видаляється з організму як незасвоєного.
Підраховано, що в середньому на зростання йде близько 10% засвоєної енергії. Отже, в тілі кози затримається навіть менше десятої частини енергії, укладеної в качані капусти, так як частина речовини капусти не засвоюється. Коли ж козу з’їсть вовк, то на приріст його тіла дістанеться не більше одного відсотка енергії, яка була в качані капусти.
В кожному наступному ланці ланцюгів живлення обсяги затриманої енергії зменшується приблизно в 10 разів, і вже через 4-5 ланок вона практично повністю вичерпується. Це так зване екологічне “правило десяти відсотків” має величезне практичне значення. Воно дозволяє зрозуміти, як витрачається в екосистемі продукція – органічна речовина, створюване рослинами за певний час. На створення 1 кг маси рослиноїдних тварин затрачається в 10 разів більше сонячної енергії, ніж на 1 кг маси рослин. Продукція м’ясоїдних тому обходиться в 100 разів дорожче.
Передача органічної речовини і по ланцюгах харчування підпорядковується “правилу десяти відсотків”.
“Правило десяти відсотків” можна виразити графічно у вигляді так званих екологічних пірамід. В них відображають: число особин, включених в харчовий ланцюг (піраміда чисельності), біомасу (сумарну масу організмів) екосистеми (піраміда біомаси), залучену в оборот енергію (піраміда енергії). Нижня щабель відповідає першому, трофічного рівня, а кожна наступна ступінь виявляється в 10 разів менше попередньої (рис. 83).
Людське суспільство живе за рахунок первинної та вторинної продукції рослин і тварин. Продукція тварин обходиться і природі, і людям дорожче, ніж рослинна. Тому проблема голоду для населення різних країн починається насамперед з браку вторинної продукції – тваринних білків, необхідних в раціоні людини.
Навіть у найбільш стійких біогеоценозах (екосистемах) Землі круговорот речовин не замкнутий. Частина речовини переноситься вітрами і течіями, зноситься в пониження рельєфу, мігрує разом з поверхневим стоком і підземними водами. В результаті всі екосистеми суші та океану виявляються пов’язаними в єдину глобальну екосистему – біосферу. З безлічі пов’язаних один з одним круговоротов складається усталений за багато мільйонів років глобальний біологічний круговорот речовин біосфери, що підтримує стійкість життя на планеті.
Вчення про біосферу створено В. І. Вернадським. Він характеризує біосферу не лише як область поширення життя на Землі, але і як частина планети, цілком перетворену життям. За Вернадським, кругообіги найважливіших біогенних елементів в біосфері створюються організмами. Завдяки їм хімічні речовини оболонок Землі поперемінно переходять з неживої природи в живу речовину, а з живої речовини знову в неживу природу.
(2 votes, average: 3.00 out of 5)