Екосистеми – екологія
Біоценоз визначається насамперед характером рослинності. Тропічні ліси, тайга, степи і пустелі мають властиві їм рослинні співтовариства. Тропічні ліси відрізняються від тайги не тільки деревостанів, а й підліском, і трав’яним покривом. У кожному рослинному співтоваристві мешкають властиві йому співтовариства тварин, грибів і мікроорганізмів, які отримують необхідні речовини та енергію від рослин, а також з навколишнього середовища (сонця, повітря, води і грунту). Потоки речовин і енергії пов’язують спільноти між собою і з навколишнім середовищем в нерозривну єдність – екосистему.
Під екосистемою розуміють сукупність спільно мешкають організмів і умов існування, об’єднаних в єдине функціональне ціле. До найважливіших властивостей екосистем відносять здатність здійснювати потік речовин і енергії і підтримувати сталість свого складу. Екосистемою можна вважати гай, ставок та лісової пень – за умови, що їх спільноти містять комплекс організмів, здатних здійснювати круговорот речовин. Теорія екосистем розроблена в 1935-1950 рр. англійським вченим А. Д. Тенсли, що запропонував в 1935 р термін “екосистема” і російським академіком В. Н. Сукачова, який ввів в 1940 р термін “біогеоценоз” для наземних екосистем.
За характером харчування і отримання енергії організми всіх екосистем поділяються на три функціональні групи: продуценти, консументи і редуценти.
У першу групу продуцентів (<лат. Producens виробляє) входять виробники органічних речовин з неорганічних. Це автотрофи – фотосинтезуючі рослини і бактерії, які використовують сонячну енергію, а також хемо-трофі – бактерії, що використовують хімічну енергію.
Продуценти є джерелом органічних речовин і енергії для консументів (<лат. Consumо споживач). Рослиноїдних тварин називають первинними консументами; хижаків, паразитів і некрофагія (трупоедов) – вторинними консументами. Більших хижаків, що поїдають консу-ментів другого порядку, називають третинними консументами і т. Д., Аж до так званих верховних хижаків.
Замикає група харчових ланцюгів – редуценти (<лат. Reducere повертати), або деструктори (<лат. Destructivus руйнівний), переробні залишки органічної речовини всіх груп (рослинний опад, трупи, екскременти). Редуцентамі є бактерії, гриби, дощові черв’яки і т. Д. Вони здійснюють мінералізацію – розкладання органічних молекул на неорганічні (сполуки азоту, фосфору, сірки, іони металів), що складають мінеральне живлення рослин. Деякі гриби виробляють ферменти, здатні розкладати навіть такі компоненти деревини, які не піддаються бактеріям. Без них ліс був би завалений негниючими стволами.
Тільки спільна життєдіяльність продуцентів, консу-ментів і редуцентов забезпечує існування екосистеми. Без рослин не можуть обійтися тварини, відсутність рослиноїдних робить неможливим існування хижаків. Без редуцентов екосистеми заповнилися б мертвої органічної масою, а запаси мінеральних речовин швидко б вичерпалися. У тропічних лісах всі доступні мінеральні речовини споживаються рослинами, але їх недоліку не відчувається: редуценти швидко розкладають опад на мінеральні компоненти. У грунтах степів мінералізація також відбувається досить інтенсивно, і залишки не накопичуються. У болотних біоценозах внаслідок утрудненою діяльності редуцентов переважає накопичення органічної маси.
Найпростіший приклад екосистеми – лишайник. Роль продуцентів виконують водорості, які здійснюють фотосинтез. Грибниця виступає консументами, що харчується продуктами фотосинтезу, а бактерії та найпростіші – редуцентамі, переробними відмирає речовину. Зауважимо, що екосистему лишайника або акваріума не можна назвати биогеоценозом. Екосистема – поняття більш багатозначне, ніж біогеоценоз.
Більшість видів харчуються кількома іншими і самі служать їжею багатьом членам екосистеми. Хижі птахи ловлять мишей, зайців, змій, жаб і ящірок. Змії полюють на мишей, жаб і дрібних птахів. Ведмеді – хижаки, але вживають мед і рослинну їжу. Харчуються плодами рослин і лисиці. Ланцюги живлення переплетені в складні мережі, випадання одного з ланок може бути компенсовано іншим. Чим більша кількість видів становить біоценоз, тим він стійкіше. Якщо, наприклад, з ланцюга живлення рослини ^ зайці ^ лисиці випадуть з яких-небудь причин зайці, то в багатому біоценозі лисиці можуть полювати на мишей і птахів.
Розглянуті харчові ланцюги починаються з живих організмів (продуцентів), їх називають пасовищними. В особливу групу виділяють детрітние (<лат. Detritus потертий) харчові ланцюги, вони починаються не з живих організмів, а з їх залишків. Наприклад, опад листя служить їжею дощовим черв’якам, їх екскрементами харчуються бактерії і гриби і т. Д. Навіть невеликі на вигляд порушення у харчових ланцюгах можуть призводити до тяжких наслідків. Мешканці одного з островів Індонезії вирішили позбутися москітів і протравили приміщення ДДТ (отрута). Померлими москітами отруїлися ящірки. Отруйними ящірками отруїлися кішки. Розплодилися щури викликали спалах чуми. Велика партія привезених кішок впоралася з пацюками, але до того часу почали руйнуватися будинки: після зникнення ящірок розмножилися терміти і підточила балки будівель.
Екологічна піраміда. Первинним джерелом енергії в екосистемах служить сонячне світло. При цьому атоми і молекули можуть використовуватися багаторазово, а енергія світла повинна постійно надходити від Сонця.
Рослини засвоюють близько 1% сонячної енергії, на збільшення біомаси вони витрачають не більше 10% засвоєної енергії, інші 90% йдуть на підтримку життєдіяльності (в основному на дихання – біологічне окислення). Травоїдні тварини на ріст і розмноження витрачають приблизно стільки ж – 10% споживаної енергії. Поїдають їх хижаки витрачають на збільшення біомаси також близько 10% отриманої енергії. На кожен наступний рівень переходить близько 10% біомаси та енергії, тому зелені рослини здатні забезпечити харчовий ланцюг не більше 3-5 рівнів, наприклад: рослини ^ коники ^ жаби ^ змії ^ сови; водорості ^ рачки ^ салака ^ тріска ^ тюлень. Разом з речовиною через екосистему проходить потік енергії, укладеної в його хімічних зв’язках.
Відносна кількість переданих на кожен наступний трофічний (<грец. Trophe їжа) рівень речовин і енергії зображують у вигляді екологічної харчової піраміди. Згідно з правилом піраміди, 1 т рослин годує 100 кг травоїдних тварин, 10 кг вторинних консументів і лише 1 кг третинних. Для побудови 1 кг тіла людини потрібно 10 кг тріски, потрібно 100 кг дрібних риб, що з’їли 1 т зоопланктону (рачків, інфузорій та ін.), Усвоившего 10 т фітопланктону (дрібні водорості, бактерії). У таких кількостях планктон споживають тільки вусаті кити.
Правило екологічної піраміди успішно застосовується в рибному господарстві. Оскільки до високих трофічних рівнів доходить усього 0,1-0,01% енергії біомаси продуцентів, то в штучних водоймах звичайно вирощують риб, найбільш близьких у харчовому ланцюгу до продуцентів. Так, коропів вигідніше вирощувати, ніж щук, які є консу-ментами більш високого порядку: водорості ^ зоопланктон ^ короп ^ окунь ^ щука. Порушення правил екологічної піраміди в промисловій діяльності загрожує серйозними наслідками. У Північній Атлантиці, Баренцовому і Білому морях прибережні популяції тріски були залишені без їжі і різко скоротилися через хижацької видобутку мойви, салаки і кільки.
Грубим порушенням правила піраміди викликано інтенсивне скорочення чисельності колись найбагатшого волзького стада російського осетра. Надмірна кількість випускається рибницьких заводів молоди (в 4-5 разів більше оптимуму) викликало недолік білкового харчування і деградацію м’язової тканини осетрів. Всупереч доводам вчених Інституту загальної генетики РАН рибоводні господарства ще більш збільшували кількість випущеної молоди, керуючись, здавалося б, здоровим міркуванням: чим більше малюків, тим більше риби.
Промислові та побутові стічні води в Ладозькому озері і Фінській затоці, не небезпечні виживання риби, призвели до загибелі значної частини первинних консументів – водних безхребетних (ракоподібних і мікроскопічних кільчастих хробаків). Це істотно збільшило чисельність продуцентів (одноклітинних водоростей), що викликали цвітіння води. Розмноженню водоростей сприяли і мінеральні сполуки стічних вод, що забезпечили водорості харчуванням в надлишку. Надмірна кількість відмираючих продуцентів викликало накопичення мулистих відкладень, зменшення вмісту кисню, скорочення кількості риби і, в кінцевому рахунку, деградацію екосистеми.
Продукція екосистем. Важливі параметри будь-якої екосистеми – біомаса і її приріст, тобто урожай. Найбільшою біомасою володіють тропічні дощові ліси, найменшою – тундри і пустелі. Рослинна біомаса тропічних лісів складає 500 т / га, широколистяних лісів помірної зони – 300 т / га, пустель – не більше 10 т / га.
Площа листя рослин на 1 га широколистяні ліси помірної зони, становить близько 6 га, щорічний приріст зеленої маси – 6 т / га, коренів – 4 т / га. Таким чином, загальна продукція біомаси лісовим масивом – 10 т / га.
Серед тварин найбільшою біомасою володіють грунтові безхребетні – дощові черв’яки (1-4 т / га), біомаса лісових хребетних в сотні разів менше, ніж хробаків (менше 10 кг / га).
Біомаса водоростей океану, основу якої становить фітопланктон, в 10 000 разів менше біомаси рослин суші, а її продукція менше тільки в 3 рази. Біомаса фітопланктону в світовому океані складає всього 1,5 млрд т, а щорічний продукція – 550 млрд т. Біомаса океанічних водоростей відтворюється заново щодня (вони швидко ростуть і швидко з’їдаються), а широколистяні ліси – кожні 30 років. Істотно більш тривалий цикл відтворення лісової біомаси частково обумовлений значною масою деревних стовбурів, які ростуть повільно в порівнянні з листям.
Піраміда біомас більшості земних екосистем подібна з харчової пірамідою. А піраміда біомас океану перевернута вниз вершиною, оскільки біомаса основного продуцента океану, фітопланктону, мала, але, швидко розмножуючись, фітопланктон живить перевершують по біомасі організми океану.
На океанічному шельфі більше світла і біогенних сполук, відповідно, значно більш активний розвиток фітопланктону – основного продуцента океану. Тому все велике рибальство зосереджено на шельфі або поблизу нього.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)