Экосистема

Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:
1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов
2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Биогеоценоз (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1942 году.

Фитоценоз – растительное сообщество.
Зооценоз – животное сообщество.
Среда обитания организмов – совокупность абиотических и биотических факторов.
Экологические факторы – определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организмы. (биотич., абиотич., антропоген.)

Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.
Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга.
Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.

Структура биоценоза.
1. Пространственная структура.
По пространственным критериям выделяют: вертикальную и горизонтальную экосистемы. Вертикальная система – ярусы. (верхний ярус – светолюбивые растения, затем теневыносливые, затем тенелюбивые)
В пространственной структуре биогеоценоза наблюдается мозаичность, т.е. изменение растительности и животного мира по горизонтали.
2. Видовая структура.
Определяется строгой совокупностью видов, представленной популяциями растений, животных, грибов, микроорганизмов свойственных данному биоценозу.
3. Трофическая структура.
Характеризуется пищевыми взаимоотношениями в биоценозе и обеспечивает поддержание круговорота вещества и энергии в системе биоценоза.

Энергия в экосистемах. Трофические цепи и уровни.

Автотрофы – это организмы, которые в качестве источника энергии используют солнечный свет, а в качестве питательного материала неорганические вещества СО2 и О2. В процессе своей жизнедеятельности они синтезируют на свету углеводы и выделяют кислород. В результате фотосинтеза происходит накопление части солнечной энергии путем превращения ее в потенциальную энергию химических связей органических веществ.
Фотоавтотрофы составляют основную массу биоты и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в экосистеме, то есть являются первичными производителями – продуцентами экосистем. Синтезированная автотрофами новая биомасса органического вещества – это первичная продукция, а скорость ее образования – биологическая продуктивность экосистемы.

Вторая группа организмов - гетеротрофы (питающиеся другими). Они потребляют готовое органическое вещество, синтезированное другими организмами, и их продукты жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. В отличие от автотрофов–продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источника питания и участия в деструкции органического вещества они подразделяются на консументов и редуцентов.

В зависимости от функций, которые выполняют живые организмы в экосистемах, они могут быть консументами, продуцентами и редуцентами.
Продуценты – производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы (зеленые растения, морские и пресноводные водоросли, которые делают из неорганики органику)
Консументы – потребители органических веществ (травоядные, плотоядные, и всеядные)
Редуценты (деструкторы) – они возвращают вещ-ва из отмерших организмов в неживую природу, разлагая органику до простых неорган. соединений и элементов (CO2, H2O, NO2 и т.д.) (бактерии, микроорганизмы, грибы)

Трофический уровень (пищевой уровень)
— совокупность организмов, объединяемых типом питания. Представление о трофическом уровне позволяет понять динамику потока энергии в экосистеме. Первый трофический уровень занимают продуценты (растения), второй — консументы I порядка (растительноядные животные), третий — консументы II порядка (хищники, питающиеся растительноядными животными), четвертый — консументы III порядка (вторичные хищники). Организмы разных пищевых цепей, но получающие пищу через равное число звеньев этих цепей, находятся на одном трофическом уровне. В то же время различные популяции одного и того же вида, входящие в различные пищевые цепи, могут находиться на разных трофических уровнях.

Схема переноса вещества и энергии в природных экосистемах.

Пища, поглощаемая консументами усваивается: на 12-20% у растительноядных, до 15% у плотоядных.
Энергетические затраты связаны с поддержанием метаболических процессов, которые называются тратой на дыхание и оценивают общим количеством CO2, выделенного организмом.
Меньшая часть энергии идет на образование тканей и запас питательных веществ (пищеварение).
Остальная часть пищи выделяется в виде экскриментов.
Кроме того, значительная часть энергии расходуется в виде тепла при химических реакциях в организмах.
В конечном итоге (смерти) вся энергия превращается в тепловую и рассеивается в окружающую среду.
Потеря энергии при переходе с одного трофического уровня на другой составляет 90%, т.е. передается только 10% от одного трофического уровня.

Существует 3 основных типа экологических пирамид:
Пирамида чисел – отражает численность организмов на каждом уровне.
Пирамида биомассы – характеризует массу живого вещества.
- Пирамида продукции или энергии – показывает изменение первичной продукции на последующих трофических уровнях.

Упрощенная схема экологической пирамиды биомассы (1) и пирамиды чисел (2)

Пирамида продукции или энергии

Правила пирамид:
количество особей от продуцентов к консументам уменьшается.
суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.
- на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы (энергии), создаваемое в ед. времени больше, чем на последующем.

Свойства экологических систем и закономерности их функционирования. Гомеостаз экосистем
Гомеостаз – способность биологических систем к саморегуляции при изменении условий окружающей среды; для организма сохранение постоянства внутренней среды организма и устойчивость основных физиологических функций при изменении внешних условий. Поддержание гомеостаза – непременное условие существования как отдельных клеток и организмов, так и целых биологических сообществ и экосистем.

Цикличностью – называется суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних условий и проявлением внутренних ритмов живых организмов.
Суточные циклы – резкая смена дневных и ночных температур в условиях обычного континентального климата.
Сезонная цикличность выражается в том, что на определенный период из биоценоза выпадают группы животных или растений сообществ.
Многолетняя цикличность проявляется благодаря колебаниям климата.

Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния биогеоценозов местности – сукцессиям (от англ. succession – последовательность).
Различают первичную сукцессию – постепенное заселение организмами появившейся суши, оголенной материнской породы (отступившее море или ледник, высохшее озеро, песчаные дюны). В этих случаях решающую роль играет процесс почвообразования. Начальное выветривание – разрушение и разрыхление поверхности минеральной основы под действием перепадов температур и увлажнения – высвобождает или принимает нанос некоторого количества биогенов, которое уже может быть использовано бактериями, лишайниками. Под действием лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются высокоорганизованные растения – кустистые лишайники, зеленые мхи, травы и другие растения.

Вторичные сукцессии имеют характер постепенного восстановления свойственного данной местности сообщества после нанесенных повреждений (последствий бури, пожара, вырубки, наводнения, выпаса скота, запуска полей) . Скорость изменений при вторичной сукцессии гораздо выше, чем при первичной. Это объясняется тем, что первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву, что значительно ускоряет рост и развитие новых поселенцев.

Популяция – любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, изолированная в пространстве и времени от других аналогичных особей.
При описании популяций используют две группы количественных показателей: статические, характеризующие состояние популяции в какой-то определенный момент времени, и динамические, характеризующие процессы, протекающие в популяции за некоторый промежуток времени

Статические факторы – характеризуют состояние популяции в данный момент времени (численность, плотность)
- численность – поголовье животных или количество растений в пределах определенной территории.
плотность – число особей, приходящихся на единицу площади.
Динамические – характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени (рождаемость, смертность, скорость роста популяции)
- рождаемость – число особей, рождающихся в популяции за ед. времени.
- смертность – число особей, погибших в популяции за ед. времени.
- иммиграция/эмиграция –кол-во особей прибывших и убывших в популяции в ед. вр.

Продолжительность жизни вида зависит от условий жизни:
-физиологических – продолжительность жизни, которая определяется только физиологическими возможностями организма.
-максимальных – продолжительность жини, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях.

Кривые выживания – это зависимость количества доживших до определенного возраста особей от продолжительности интервала с самого момента рождения организма.