Понятие об экосистемах. Классификация экосистем. Структура экосистем. Поток энергии в экосистемах. Пищевые сети и цепи. Экологические пирамиды

Экосистема - любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды, функционирующих как единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией. Экосистема - это взаимосвязанный комплекс живых и неживых компонентов Земли. Живые компонентны: растения, животные, грибы, микроорганизмы (биоценоз); неживые компоненты: атмосфера, солнечная энергия, вода, почва (биотоп экосистемы).

Биогеоценоз - (термин предложен русским ученым В.Н. Сукачевым (1942)) - участок земной поверхности с однородными природными явлениями, которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Термины "биогеоценоз" или "экосистема" можно применять к сообществам и их средам различных размеров, например: кочка среди болота или пень в лесу, нора с ее населением, аквариум являются примерами микроэкосистемы; отдельную растительную ассоциацию со всеми ее живыми компонентами (например, ельник-брусничник и т. п.) или озеро можно назвать мезоэкосистемой, а океан, суша и отдельные типы растительности (лес, степь, луг и т. п.) являются макроэкосистемой. Взаимосвязь всех биогеоценозов нашей планеты создает гигантскую глобальную экосистему, называемую биосферой.

Ю. Одум выделяет три группы природных экосистем:

• наземные экосистемы - это тундра, тайга, широколиственные леса, пустыня, степи, саванны;
• морские экосистемы: открытый океан, прибрежные воды, глубоководные зоны, устья рек;
• пресноводные экосистемы - стоячие воды, текущие воды, заболоченные угодья.

Структура экосистемы характеризуется (как и биогеоценоза) наличием двух системообразующих частей - биотопа и биоценоза, которые включают в себя четыре функционально различных компонента, осуществляющих круговорот веществ и поток энергии.

Первый компонент - абиотические факторы среды, или биотоп (местообитание), то есть весь комплекс неживой природы, в том числе: физические факторы (солнечная энергия, давление, теплота и прочее), химические факторы (вода, биогенные элементы, минеральные соли, газы), откуда биоценоз черпает средства жизни и куда выделяет продукты своего обмена.

Второй компонент - продуценты, или образователи, представленные комплексом разнообразных зеленых растений и фотосинтезирующих бактерий. Они обеспечивают все живущее здесь население органическим веществом и запасенной энергией. Основная масса из них - автотрофы, то есть фотосинтезирующие макро- и микроорганизмы, частично их дополняют и хемосинтезирующие бактерии.

Третий компонент - комплекс всевозможных организмов - гетеротрофов, живущих за счет готовых органических веществ, которые создали продуценты. Это - консументы, или потребители. Среди них - многообразие организмов растительноядных, плотоядных, паразитических и пр.

Четвертый компонент - комплекс организмов, разлагающих органические соединения до минерального состояния. Это - редуценты, или разлагатели, представление макро- и микроорганизмами, среди них бактерии, грибы, животные (простейшие).

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии - единственный на земле пищевой ресурс, энергия которого в соединении с углекислым газом и водой рождает процесс фотосинтеза. Солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам.

Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую или трофическую цепь, то есть перенос веществ и заключенной в них энергии от автотрофов к гетеротрофам, происходящий в результате поедания одними организмами других. Число звеньев в ней может быть различным, но обычно их бывает от 3 до 5. Совокупность организмов, объединенных одним типом питания и занимающих определенное положение в пищевой цепи называется трофический уровень.

Первый трофический уровень - это продуценты (гелиотрофы, хемотрофы), второй - это растительноядные консументы 1 порядка (фитофаги), третий - плотоядные консументы 2 порядка, питающиеся растительноядными консументами 1 порядка (зоофаги), четвертый - редуценты или деструкторы, разлагают органические вещества до неорганических

Экологические пирамиды

Функциональные взаимосвязи, то есть трофическую структуру можно изобразить графически в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды (рисунок 6). Известны три основных типа экологических пирамид. 1) Пирамида чисел - отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона). 2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества - общий сухой вес, калорийность и т.д. 3) пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последующих трофических уровнях

Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается. В основе этой закономерности лежит, во-первых, тот факт, что для уравновешивания массы большого тела необходимо много маленьких тел; во-вторых, от низших трофических уровней к высшим теряется количество энергии (от каждого уровня до предыдущего доходит лишь 10 % энергии) и, в-третьих - обратная зависимость метаболизма от размеpa особей (чем мельче организм, тем интенсивнее обмен веществ, тем выше скорость роста их численности и биомассы).