Structura și organizarea ecosistemului. Principii de funcționare a ecosistemelor

Legile organizării ecosistemelor

În biocenoze, organismele vii sunt strâns legate nu numai între ele, ci și cu natura neînsuflețită. Această legătură este exprimată prin materie și energie.

Metabolismul, după cum știți, este una dintre principalele manifestări ale vieții. În termeni moderni, organismele sunt sisteme biologice deschise, deoarece sunt conectate la mediul lor printr-un flux constant de materie și energie care trece prin corpurile lor. Dependența materială a ființelor vii de mediu a fost recunoscută încă din Grecia Antică. Filosoful a exprimat în mod figurat acest fenomen în următoarele cuvinte: „Trupurile noastre curg ca niște râuri, iar materia se reînnoiește constant în ele, ca apa într-un râu”. Legătura substanță-energie a unui organism cu mediul său poate fi măsurată.

Fluxul de alimente, apă și oxigen în organismele vii sunt fluxuri de materie din mediu. Alimentele conțin energia necesară funcționării celulelor și organelor. Plantele absorb direct energia luminii solare, o stochează în legăturile chimice ale compușilor organici, iar apoi este redistribuită prin relațiile alimentare în biocenoze.

Fluxurile de materie și energie prin organismele vii în procesele metabolice sunt extrem de mari. O persoană, de exemplu, consumă zeci de tone de alimente și băuturi în timpul vieții sale și multe milioane de litri de aer prin plămâni. Multe organisme interacționează cu mediul lor și mai intens. Pentru a crea fiecare gram din masa lor, plantele cheltuiesc de la 200 la 800 sau mai multe grame de apă, pe care le extrag din sol și se evaporă în atmosferă. Plantele obțin substanțele necesare fotosintezei din sol, apă și aer.

Cu o asemenea intensitate a fluxurilor de materie din natura anorganică în corpurile vii, rezervele de compuși necesari vieții - elemente biogene - ar fi fost de mult epuizate pe Pământ. Cu toate acestea, viața nu se oprește, deoarece nutrienții sunt returnați în mod constant mediului înconjurător organismelor. Acest lucru se întâmplă în biocenoze, unde, ca urmare a relațiilor nutriționale dintre specii, substanțele organice sintetizate de plante sunt în cele din urmă distruse din nou în compuși care pot fi utilizați din nou de către plante. Așa ia naștere ciclul biologic al substanțelor.

Astfel, biocenoza face parte dintr-un sistem și mai complex, care, pe lângă organismele vii, include și mediul lor neînsuflețit, care conține materia și energia necesare vieții. O biocenoză nu poate exista fără conexiuni materiale și energetice cu mediul. Ca urmare, biocenoza reprezintă o anumită unitate cu aceasta.

Se numește orice colecție de organisme și componente anorganice în care se poate menține ciclul materieisistem ecologic , sau ecosistem .

Ecosistemele naturale pot fi de diferite volume și întinderi: o mică băltoacă cu locuitorii săi, un iaz, un ocean, o pajiște, un crâng, o taiga, o stepă - toate acestea sunt exemple de ecosisteme de diferite scări. Orice ecosistem include o parte vie - o biocenoză și mediul său fizic. Ecosistemele mai mici fac parte din cele din ce în ce mai mari, până la întregul ecosistem al Pământului. Ciclul biologic general al materiei de pe planeta noastră constă și în interacțiunea a multor mai multe cicluri private. Un ecosistem poate asigura circulația materiei numai dacă include cele patru componente necesare pentru aceasta: rezerve de nutrienți, producători, consumatori Și descompunetori .

Producătorii- sunt plante verzi care creează materie organică din elemente biogene, adică produse biologice, folosind fluxurile de energie solară.

Consumatori- consumatorii acestei substanțe organice, prelucrând-o în noi forme. Animalele acționează de obicei ca consumatori. Există consumatori de ordinul întâi - specii erbivore (fitofage) și de ordinul doi - animale carnivore (zoofage).

Descompunetoare- organisme care distrug complet compușii organici până la cei minerali. Rolul descompozitorilor în biocenoze este îndeplinit în principal de ciuperci și bacterii, precum și de alte organisme mici care procesează rămășițele moarte ale plantelor și animalelor.

Distrugători de lemn mort(gândacul de bronz și larva sa; gândacul de cerb și larva sa; gândacul mare de stejar și larva sa; fluturele de râme odorifer și omida sa; gândacul plat roșu; centipedul nodul; furnică neagră; păduchi; râme)

Viața pe Pământ se desfășoară de aproximativ 4 miliarde de ani, fără întrerupere tocmai pentru că are loc în sistemul de cicluri biologice ale materiei. Baza pentru aceasta este fotosinteza plantelor și conexiunile alimentare dintre organismele din biocenoze. Cu toate acestea, ciclul biologic al materiei necesită consum constant de energie. Spre deosebire de elementele chimice care sunt implicate în mod repetat în corpurile vii, energia luminii solare reținută de plantele verzi nu poate fi folosită de organisme la infinit.

Conform primei legi a termodinamicii, energia nu dispare fără urmă ea se păstrează în lumea din jurul nostru, ci trece de la o formă la alta. Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, orice transformare a energiei este însoțită de trecerea unei părți a acesteia într-o stare în care nu mai poate fi folosită pentru lucru. În celulele ființelor vii, energia care asigură reacțiile chimice este parțial convertită în căldură în timpul fiecărei reacții, iar căldura este disipată de organism în spațiul înconjurător. Lucrarea complexă a celulelor și organelor este astfel însoțită de pierderea energiei din organism. Fiecare ciclu de circulație a substanțelor, în funcție de activitatea membrilor biocenozei, necesită din ce în ce mai multe surse de energie noi.

Astfel, viața pe planeta noastră are loc ca un ciclu constant de substanțe, susținut de fluxul de energie solară. Viața este organizată nu numai în biocenoze, ci și în ecosisteme, în care există o legătură strânsă între componentele vii și nevii ale naturii.

În păduri, toate organismele erbivore (consumatorii de ordinul întâi) folosesc în medie aproximativ 10-12% din creșterea anuală a plantelor. Restul este procesat de descompozitori după ce frunzișul și lemnul mor. În ecosistemele de stepă, rolul consumatorilor crește foarte mult. Erbivorele pot mânca până la 70% din masa totală supraterană a plantelor fără a submina în mod semnificativ rata de reînnoire a acestora. O parte semnificativă a substanței consumate se întoarce în ecosistem sub formă de excremente, care sunt descompuse în mod activ de microorganisme și animale mici. Astfel, activitatea consumatorilor accelerează foarte mult circulația substanțelor în stepe. Acumularea deșeurilor de plante moarte în ecosisteme este un indicator al încetinirii ratei de rotație biologică.

Diversitatea ecosistemelor de pe Pământ este asociată atât cu diversitatea organismelor vii, cât și cu condițiile mediului fizic și geografic. Tundra, pădure, stepă, deșert sau comunitățile tropicale au propriile lor caracteristici ale ciclurilor biologice și ale conexiunilor cu mediul. Ecosistemele acvatice sunt, de asemenea, extrem de diverse. Ecosistemele diferă în ceea ce privește viteza ciclurilor biologice și cantitatea totală de substanță implicată în aceste cicluri.

Mările sunt, de asemenea, ecosisteme gigantice, complexe. În ciuda adâncimii lor enorme, ei sunt populați cu viață până la fund. În mări există o circulație constantă a maselor de apă, apar curenți, iar în apropierea coastei au loc fluxuri și reflux.

Lumina soarelui pătrunde numai în straturile de suprafață de apă sub 200 m, fotosinteza algelor este imposibilă. Prin urmare, doar heterotrofele - animale și bacterii - trăiesc la adâncimi. Astfel, activitățile producătorilor și cea mai mare parte a descompunetorilor și consumatorilor sunt puternic separate în spațiu. Materia organică moartă se scufundă în cele din urmă în partea de jos, dar elementele minerale eliberate revin în straturile superioare numai în locurile în care există curenți ascendenti puternici. În partea centrală a oceanelor, reproducerea algelor este puternic limitată de lipsa nutrienților, iar „productivitatea” oceanului în aceste zone este la fel de scăzută ca în cele mai uscate deșerturi.

Principiul de bază al sustenabilității ecosistemelor – ciclul materiei susținut de fluxul de energie – asigură în esență existența nesfârșită a vieții pe Pământ.

Pe baza acestui principiu, pot fi organizate ecosisteme artificiale durabile și tehnologii de producție care economisesc apă sau alte resurse. Încălcarea activității coordonate a organismelor din biocenoze implică, de obicei, modificări serioase ale ciclurilor materiei din ecosisteme. Aceasta este cauza principală a unor astfel de dezastre de mediu, cum ar fi scăderea fertilității solului, scăderea randamentului plantelor, creșterea și productivitatea animalelor și distrugerea treptată a mediului natural.

În ecosistemele terestre, solul joacă în primul rând rolul de depozitare și rezervă a acelor resurse care sunt necesare vieții biocenozei. Ecosistemele care nu au soluri - acvatice, stâncoase, de adâncime și halde - sunt foarte instabile. Circulația substanțelor în ele este ușor întreruptă și greu de reluat.

În sol, cea mai valoroasă parte este humusul - o substanță complexă care se formează din materie organică moartă ca urmare a activității a numeroase organisme. Humusul oferă plantelor o nutriție pe termen lung și fiabilă, deoarece se descompune foarte lent și treptat, eliberând nutrienți. Solurile cu o cantitate mare de humus se caracterizează printr-o fertilitate ridicată, iar ecosistemele sunt rezistente.

Ecosistemele instabile în care ciclul materiei nu este echilibrat pot fi observate cu ușurință în exemplul iazurilor cu creștere excesivă sau a lacurilor mici. În astfel de rezervoare, mai ales dacă îngrășămintele sunt spălate de câmpurile înconjurătoare, atât vegetația de coastă, cât și diferitele alge se dezvoltă rapid. Plantele nu au timp să fie prelucrate de locuitorii acvatici și, murind, formează straturi de turbă în partea de jos. Lacul devine puțin adânc și încetează treptat să mai existe, transformându-se mai întâi într-o mlaștină și apoi într-o poiană umedă. Dacă rezervorul este mic, astfel de modificări pot apărea destul de repede, pe parcursul mai multor ani.

Clasificarea și proprietățile ecosistemelor.

Compoziția și structura ecosistemelor.

Produse energetice și ecosistemice

Piramide ecologice

Tipuri de ecosisteme.

Compoziția și structura ecosistemelor

Dacă apelați la prelegerea nr. 1 a acestui curs, veți descoperi că domeniul de studiu al ecologiei include trei niveluri principale de organizare a vieții: populație, ecosistem și biosferă. Pentru a rezolva multe probleme globale și a lua decizii, studierea nivelului organismului joacă un rol cheie.

După cum se știe, organismele vii și mediul lor neînsuflețit (abiotic) sunt inseparabil legate între ele și sunt în interacțiune constantă, formând ecosisteme.

Un ecosistem este o colecție de toate organismele vii care trăiesc într-o zonă comună împreună cu mediul neînsuflețit care le înconjoară.

Un ecosistem este unitatea funcțională de bază în ecologie, deoarece include atât organisme, cât și mediul neînsuflețit - componente care se influențează reciproc proprietățile celuilalt și sunt necesare pentru a menține viața în forma care există pe Pământ.

Un exemplu ar fi o pajiște, o pădure, un lac.

Destul de des conceptul de ecosistem este identificat cu conceptul de biogeocenoză, dar acești termeni nu sunt sinonimi. Conceptul de ecosistem este mai larg și acoperă toate tipurile de organisme vii și habitate numai formațiunile naturale (pădure, luncă etc.) pot fi numite biogeocenoză. Acea. orice biogeocenoză este un ecosistem, dar nu orice ecosistem este o biogeocenoză.

ÎN compus Ecosistemele sunt reprezentate de două grupe de componente: abiotice - componente ale naturii neînsuflețite (ecotop) și biotice - componente ale naturii vii (biocenoza).

Biocenoza este o colecție de reprezentanți ai lumii plantelor (fitocenoze), animalelor (zoocenozei) și lumii microorganismelor (microbiocenozei). Un ecotop include două componente principale: clima în toate manifestările sale diverse și mediul geologic - soluri sau edafotopi. Toate componentele acestui sistem sunt într-o interacțiune constantă și complexă (Fig. 1).

Este destul de evident că ecosistemul nu este omogen în spațiu și timp și, prin urmare, este destul de important să luăm în considerare structura spatiala biogeocenoza. In primul rand asta structura pe niveluri fitocenoze, care este o adaptare în lupta pentru lumina soarelui. În pădurile cu frunze late există până la 6 niveluri.

În structura spațială a biogeocenozei există și mozaic– modificarea comunității vegetale și animale pe zonă (concentrarea vegetației în jurul corpurilor de apă).

Participarea diferitelor specii la formarea unui ecosistem nu este aceeași, astfel încât într-un ecosistem pot domina reprezentanții unei specii (de exemplu: pinul silvestru într-o pădure de pini), altele pot apărea individual (leopardul de zăpadă).

Se numesc speciile care predomină în număr dominant. Printre acestea se numără cele fără de care alte specii nu pot exista sau edifactori. Minor Speciile - mici și chiar rare - joacă un rol uriaș în formarea unui ecosistem stabil. Așa s-a instituit legea globală a sustenabilității ecosistemelor, conform căreia: cu cât biodiversitatea unui ecosistem este mai mare, respectiv, cu atât mai multe specii „minore”, cu atât este mai stabil.

Din punct de vedere structura trofică(din trofeul grecesc - hrană) ecosistemul poate fi împărțit în două niveluri:

nivelul superior autotrof (auto-hrănit) sau „centa verde”, inclusiv plantele sau părțile acestora care conțin clorofilă, unde predomină fixarea energiei luminoase, utilizarea compușilor anorganici simpli și acumularea de compuși organici complecși. Organismele incluse în „centrul verde” sunt numite autotrof(din latină: auto-self, trofo-food). Caracteristica principală a acestor organisme este capacitatea de a sintetiza substanțe organice din cele anorganice în timpul procesului de fotosinteză. Deoarece, fiind autotrofe, ei creează materie organică primară prin producerea ei din materie anorganică, se numesc producători.

nivelul inferior heterotrofic (alimentat de alții) sau „centrul maro”, în care predomină utilizarea, transformarea și descompunerea compușilor complecși. Organismele incluse în această zonă nu își pot construi propria substanță din componente minerale sunt forțate să folosească ceea ce este creat de autotrofe, mâncându-le. Se numesc heterotrofi (din latină: hetero-alte trofo-nutriție).

Cu toate acestea, specificitatea heterotrofilor poate fi diferită. Deci partea organismelor care utilizează nutrienți din plante gata preparate în dieta lor se numește fitofage- erbivore (phytos - plantă, phagos - devorator, gr.) sau erbivore. Fitofagii sunt acumulatori secundari de energie solară acumulată inițial de plante. consumatori de prim ordin (de exemplu: iepure de câmp, vacă). Acest grup de organisme aparține consumatorii primari.

Multe animale au evoluat pentru a se baza pe proteine ​​animale. Acest grup zoofage sau prădători care mănâncă fitofagi și prădători mai mici. Prădătorii sunt cei mai importanți regulatori ai echilibrului biologic: ei nu numai că reglează numărul de animale fitofage, ci acționează ca ordonatoare, mâncând în primul rând animalele bolnave și slăbite. Un exemplu este consumul de volei de către păsările de pradă. Acest grup de organisme aparține consumatori secundari. Animalele care se hrănesc cu consumatori de ordinul doi se numesc consumatori de ordinul al treilea etc.

În orice sistem se formează inevitabil deșeuri organice (cadavre de animale, excremente etc.), care pot servi și ca hrană pentru organismele heterotrofe, numite descompunetori sau saprofite.

Prin urmare, din punct de vedere biologic, este convenabil să distingem următoarele componente în compoziția ecosistemului:

substanţe anorganice (C, N, CO2, H2O etc.) incluse în cicluri.

compuși organici (proteine, carbohidrați, lipide, substanțe humice) care leagă părțile biotică și abiotică.

aer, apă și mediu de substrat, inclusiv regimul climatic și alți factori fizici.

producători, organisme autotrofe, mai ales plante verzi, care pot produce hrană din substanțe anorganice simple.

macroconsumatori sau fagotrofi (din grecescul phagos - mâncător) - organisme heterotrofe, în principal animale, care se hrănesc cu alte organisme sau particule de materie organică.

microconsumatori, saprotrofe, destructrofi - organisme heterotrofe, în principal bacterii și ciuperci, care obțin energie fie prin descompunerea țesutului mort, fie prin absorbția materiei organice dizolvate, eliberate spontan sau extrase de saprotrofe din plante și alte organisme.

Toate organismele care alcătuiesc ecosistemul sunt legate prin conexiuni alimentare strânse (deci un organism servește drept hrană pentru altul, care este mâncat de o treime etc.). Astfel, într-o biogeocenoză, se formează un lanț de transfer secvențial de materie și energie echivalentă de la un organism la altul, sau așa-numitul lanț trofic.

Exemple de astfel de circuite includ:

muşchi cerb lup (ecosistem tundră);

iarbă vacă umană (ecosistem antropic);

alge microscopice (fitoplancton) bungăci și dafnii (zooplancton)  gândac știucă pescăruși (ecosistem acvatic).

Un lanț trofic dintr-un ecosistem este strâns împletit, formând rețele trofice. Fenomenul „cascadei trofice” este atât de cunoscut: aricii de mare se hrănesc cu arici de mare, care mănâncă alge brune, distrugerea vidrelor de către vânători a dus la distrugerea algelor din cauza creșterii populației de arici. Când vânătoarea de vidre a fost interzisă, algele au început să se întoarcă în habitatele lor.

O parte semnificativă a heterotrofelor sunt saprofage și saprofite (ciuperci), care folosesc energia detritusului. Prin urmare, se disting două tipuri de lanțuri trofice: lanțuri mâncat în oraș, sau pășunatul, care începe prin a mânca organisme fotosintetice și detrital apreciați descompunerea, care începe cu rămășițele de plante moarte, carcase și excremente de animale

Produse energetice și ecosistemice

Principala (și practic singura) sursă de energie din ecosistem este lumina soarelui. O diagramă bloc a fluxului de substanțe și energie în ecosistem este prezentată în Fig. 3.

Fluxul de energie este direcționat într-o singură direcție, o parte din energia solară primită este convertită de comunitate și trece la un nivel calitativ nou, transformându-se în materie organică, care este o formă de energie mai concentrată decât lumina soarelui, dar cea mai mare parte a energiei. se degradează, trece prin sistem și îl lasă sub formă de energie termică de calitate scăzută (scurgere termică). Trebuie remarcat faptul că doar aproximativ 2% din energia care ajunge la suprafața pământului este absorbită de organismele autotrofe, majoritatea (până la 98%) este disipată sub formă de energie termică.

Fig.3. Diagrama fluxului de substanțe și energie într-un ecosistem.

Energia poate fi stocată și apoi eliberată din nou sau exportată, dar nu poate fi reutilizată. Spre deosebire de energie, nutrienții, inclusiv elementele biogene necesare vieții (carbon, azot, fosfor etc.) și apa pot fi folosite în mod repetat. Eficiența reciclării și amploarea importurilor și exporturilor de nutrienți variază foarte mult în funcție de tipul de ecosistem.

În diagrama funcțională, comunitatea este descrisă ca o rețea alimentară formată din autotrofi și heterotrofe, interconectate prin fluxuri energetice și cicluri de nutrienți corespunzătoare.

Orez. 4. Fluxul de energie în lanțul trofic:

TPE - aport total de energie solară; NE - energie neutilizată de ecosistem; C - energia absorbită de plante; H - parte din energia (cu producție primară) utilizată de organisme la niveluri trofice; CH - parte din energia absorbită disipată sub formă termică; D 1 D 2, D 3 - pierdere de energie pentru respirație; E - pierderea substanței sub formă de excremente și secreții; P in - producția brută a producătorilor; P 1 - producția primară netă; P 2 și P 3 - produse ale consumatorilor; Cercul prezintă bioreductori - destructori ai materiei organice moarte.

Lanțul trofic într-o biogeocenoză este în același timp un lanț energetic, adică un flux consistent, ordonat de transfer de energie solară de la producători la toate celelalte verigi (Fig. 4).

Organismele consumatoare (consumatorii), hrănindu-se cu materia organică a producătorilor, primesc de la ei energie, parțial folosită pentru a-și construi propria materie organică și legată în moleculele compușilor chimici corespunzători, și parțial cheltuită pentru respirație, transfer de căldură, efectuarea de mișcări în procesul de căutare a hranei, de evadare de inamici și așa mai departe.

Astfel, există un flux continuu de energie în ecosistem, care constă în transferul acestuia de la un nivel alimentar la altul. În virtutea celei de-a doua legi a termodinamicii, acest proces este asociat cu disiparea energiei la fiecare legătură ulterioară, adică cu pierderile sale și cu o creștere a entropiei. Este clar că această disipare este compensată constant de furnizarea de energie de la Soare.

În procesul vieții comunitare, materia organică este creată și consumată. Aceasta înseamnă că fiecare sistem ecologic are o anumită productivitate.

Productivitatea unui sistem ecologic este rata la care producătorii absorb energia radiantă prin procesul de fotosinteză și chemosinteză, formând materie organică care poate fi folosită ca hrană. Există diferite niveluri de producție de materie organică: producția primară, creată de producători pe unitatea de timp, și producția secundară - creșterea masei consumatorilor pe unitatea de timp. Producția primară este împărțită în producție brută și producție netă. Producția primară brută este masa totală de materie organică brută creată de o plantă pe unitatea de timp la o rată dată de fotosinteză, inclusiv cheltuielile plantei pentru respirație - de la 40 la 70% din producția brută. Acea parte din producția brută care nu este cheltuită „pe respirație” se numește producție primară netă, reprezintă cantitatea de creștere a plantelor și este acest produs care este consumat de consumatori și descompunetori. Producția secundară nu mai este împărțită în brută și netă, deoarece consumatorii și descompozitorii, adică. toți heterotrofei își măresc masa datorită produselor primare create anterior.

Toate componentele vii ale unui ecosistem alcătuiesc biomasa totală a comunității ca întreg sau a anumitor grupuri de organisme. Se exprimă în g/cm 3 sub formă brută sau uscată, sau în unități de energie - în calorii, jouli etc. Dacă rata de eliminare a biomasei de către consumatori este în urmă cu rata de creștere a plantelor, atunci aceasta duce la o creștere treptată a biomasei producătorilor și la un exces de materie organică moartă. Acesta din urmă duce la formarea de turbă în mlaștini și la supra-creșterea rezervoarelor mici. În comunitățile stabile, aproape toată producția este cheltuită în rețele trofice, iar biomasa rămâne aproape constantă.

De mediupiramide

Relațiile funcționale, adică structura trofică, pot fi reprezentate grafic, sub forma așa-numitelor piramide ecologice. Baza piramidei este nivelul producătorilor, iar nivelurile ulterioare de nutriție formează podelele și vârful piramidei. Există trei tipuri principale de piramide ecologice: 1) piramida numerelor, reflectând numărul de organisme la fiecare nivel (piramida lui Elton); 2) piramida biomasei, care caracterizează masa materiei vii - greutate totală uscată, conținut caloric etc.; 3) piramida produsului(sau energie), având un caracter universal, prezentând modificări ale producției primare (sau energiei) la niveluri trofice succesive.

Piramida numerelor afișează un model clar descoperit de Elton: numărul de indivizi care alcătuiesc o serie secvențială de legături de la producători la consumatori este în scădere constantă (Fig. 5.). Acest model se bazează, în primul rând, pe faptul că pentru a echilibra masa unui corp mare, sunt necesare multe corpuri mici; în al doilea rând, se pierde o cantitate de energie de la nivelurile trofice inferioare spre cele superioare (doar 10% din energie ajunge la nivelul anterior de la fiecare nivel) și, în al treilea rând, există o relație inversă între metabolism și dimensiunea indivizilor (cu cât organismul este mai mic, cu cât metabolismul este mai intens, cu atât este mai mare rata de creștere, numărul și biomasa acestora).

Orez. 5. Diagrama simplificată a piramidei lui Elton

Cu toate acestea, piramidele populației vor varia foarte mult ca formă în diferite ecosisteme, așa că este mai bine să prezentați numerele în formă tabelară, dar biomasa în formă grafică. Indică clar cantitatea de materie vii la un anumit nivel trofic, de exemplu, în unități de masă pe unitate de suprafață - g/m2 sau volum - g/m3 etc.

În ecosistemele terestre se aplică următoarea regulă: piramidebiomasa: masa totală a plantelor depășește masa tuturor ierbivorelor, iar masa acestora depășește întreaga biomasă a prădătorilor. Această regulă este respectată, iar biomasa întregului lanț se modifică odată cu modificările valorii producției nete, raportul dintre creșterea anuală a acesteia și biomasa ecosistemului este mic și variază în pădurile din diferite zone geografice de la 2 la 6. %. Și numai în comunitățile de plante de luncă poate ajunge la 40-55%, iar în unele cazuri, în semi-deșerturi - 70-75%. În fig. Figura 6 prezintă piramidele de biomasă ale unor biocenoze. După cum se poate observa din figură, pentru ocean regula de mai sus a piramidei biomasei este invalidă - are un aspect inversat (inversat).

Orez. 6. Piramidele de biomasă ale unor biocenoze: P - producători; RK - consumatori erbivori; PC - consumatori carnivori; F – fitoplancton; Z - zooplancton

Ecosistemul oceanic se caracterizează printr-o tendință a biomasei de a se acumula la niveluri ridicate printre prădători. Prădătorii trăiesc mult, iar rata de rotație a generațiilor lor este scăzută, dar pentru producători - alge fitoplanctonice - rata de rotație poate fi de sute de ori mai mare decât rezerva de biomasă. Aceasta înseamnă că producția lor netă depășește și producția absorbită de consumatori, adică, prin nivelul producătorilor trece mai multă energie decât prin toți consumatorii.

Prin urmare, este clar că o reflectare și mai perfectă a influenței relațiilor trofice asupra ecosistemului ar trebui firegula piramidei produsului(sauenergie): la fiecare nivel trofic anterior, cantitatea de biomasă creată pe unitatea de timp (sau energie) este mai mare decât la următorul.

Lanțurile trofice sau trofice pot fi reprezentate sub formă de piramidă. Valoarea numerică a fiecărei etape a unei astfel de piramide poate fi exprimată prin numărul de indivizi, biomasa acestora sau energia acumulată în ea.

În conformitate cu legea piramidei energiilor a lui R. Lindemann și regula celor zece procente, din fiecare etapă aproximativ 10% (de la 7 la 17%) din energie sau materie în termeni energetici trece la etapa următoare (Fig. 7). Rețineți că la fiecare nivel ulterior, pe măsură ce cantitatea de energie scade, calitatea acesteia crește, adică. capacitatea de a lucra pe unitatea de biomasă animală este de un număr corespunzător de ori mai mare decât aceeași cantitate de biomasă vegetală.

Un exemplu izbitor este lanțul trofic al mării deschise, reprezentat de plancton și balene. Masa planctonului este dispersată în apa oceanului și, cu bioproductivitatea mării deschise mai mică de 0,5 g/m 2 zi -1, cantitatea de energie potențială dintr-un metru cub de apă oceanică este infinitezimală în comparație cu energia unei balene. , a cărui masă poate ajunge la câteva sute de tone. După cum știți, uleiul de balenă este un produs bogat în calorii care a fost folosit chiar și pentru iluminat.

Conform ultimei cifre se formulează regula unu la sută: pentru stabilitatea biosferei în ansamblu, ponderea consumului final posibil al producției primare nete în termeni energetici nu trebuie să depășească 1%.

O secvență corespunzătoare se observă și în distrugerea materiei organice: aproximativ 90% din energia producției primare pure este eliberată de microorganisme și ciuperci, mai puțin de 10% de animalele nevertebrate și mai puțin de 1% de animalele vertebrate, care sunt ultimele. cumpărători.

În cele din urmă, toate cele trei reguli ale piramidelor reflectă relațiile energetice din ecosistem, iar piramida produselor (energia) are un caracter universal.

În natură, în sistemele stabile, biomasa se modifică ușor, adică natura tinde să folosească întreaga producție brută. Cunoașterea energiei unui ecosistem și a indicatorilor săi cantitativi fac posibilă luarea în considerare cu acuratețe a posibilității de a elimina o anumită cantitate de biomasă vegetală și animală din ecosistemul natural fără a submina productivitatea acestuia.

Omul primește destul de multe produse din sistemele naturale, totuși, principala sursă de hrană pentru el este agricultura. După ce a creat agroecosisteme, o persoană se străduiește să obțină cât mai multe produse de vegetație pure, dar trebuie să cheltuiască jumătate din masa vegetală pentru hrănirea ierbivorelor, păsărilor etc., o parte semnificativă a produselor merge în industrie și se pierde în deșeuri. , adică, se pierde și aici aproximativ 90% este producție pură și doar aproximativ 10% este utilizat direct pentru consumul uman.

În ecosistemele naturale, fluxurile de energie se modifică și în intensitate și caracter, dar acest proces este reglat de acțiunea factorilor de mediu, care se manifestă în dinamica ecosistemului în ansamblu.

Bazându-se pe lanțul trofic ca bază pentru funcționarea ecosistemului, se pot explica și cazurile de acumulare în țesuturi a anumitor substanțe (de exemplu, otrăvuri sintetice), care, pe măsură ce se deplasează de-a lungul lanțului trofic, nu participa la metabolismul normal al organismelor. Conform regulile de ameliorare biologică Există o creștere de aproximativ zece ori a concentrației de poluant la trecerea la un nivel superior al piramidei ecologice. În special, un conținut crescut aparent nesemnificativ de radionuclizi în apa râului la primul nivel al lanțului trofic este asimilat de microorganisme și plancton, apoi concentrat în țesuturile peștilor și atinge valori maxime la pescăruși. Ouăle lor au un nivel de radionuclizi de 5000 de ori mai mare decât contaminarea de fond.

Tipuri de ecosisteme:

Există mai multe clasificări ale ecosistemelor. În primul rând, ecosistemele sunt împărțite după natura originiiși sunt împărțite în naturale (mlaștină, luncă) și artificiale (teren arabil, grădină, navă spațială).

După mărime ecosistemele sunt împărțite în:

microecosisteme (de exemplu, trunchiul unui copac căzut sau o poiană în pădure)

mezoecosisteme (pădure sau pădure de stepă)

macroecosisteme (taiga, mare)

ecosisteme la nivel global (planeta Pământ)

Energia este cea mai convenabilă bază pentru clasificarea ecosistemelor. Există patru tipuri fundamentale de ecosisteme bazate pe tip de sursa de energie:

condus de Soare, prost subventionat

condus de Soare, subvenționat de alte surse naturale

condus de Soare și subvenționat de om

condus de combustibil.

În cele mai multe cazuri, se pot folosi două surse de energie - Soarele și combustibilul.

Ecosisteme naturale conduse de soare, puțin subvenționate- acestea sunt oceane deschise, păduri de munte înalt. Toate primesc energie aproape exclusiv dintr-o singură sursă - Soarele și au o productivitate scăzută. Consumul anual de energie este estimat la aproximativ 10 3 -10 4 kcal-m 2. Organismele care trăiesc în aceste ecosisteme sunt adaptate la cantitatea redusă de energie și alte resurse și le folosesc eficient. Aceste ecosisteme sunt foarte importante pentru biosferă, deoarece ocupă suprafețe vaste. Oceanul acoperă aproximativ 70% din suprafața globului. De fapt, acestea sunt principalele sisteme de susținere a vieții, mecanisme care stabilizează și mențin condițiile pe „nava spațială” - Pământ. Aici, cantități uriașe de aer sunt purificate în fiecare zi, apa este readusă în circulație, se formează condițiile climatice, temperatura este menținută și sunt îndeplinite alte funcții de susținere a vieții. În plus, unele alimente și alte materiale sunt produse aici fără aport uman. De asemenea, trebuie spus despre valorile estetice ale acestor ecosisteme care nu pot fi luate în considerare.

Ecosisteme naturale conduse de Soare, subvenționate de alte surse naturale, sunt ecosisteme care sunt fertile în mod natural și produc exces de materie organică care se poate acumula. Aceștia primesc subvenții pentru energie naturală sub formă de energie din maree, surf, curenți, substanțe organice și minerale care provin din bazinul hidrografic cu ploaie și vânt etc. Consumul lor de energie variază de la 1 * 10 4 până la 4 * 10 4 kcal * m - 2 *an -1 . Partea de coastă a unui estuar, cum ar fi Golful Neva, este un bun exemplu de astfel de ecosisteme care sunt mai fertile decât zonele de uscat adiacente care primesc aceeași cantitate de energie solară. Fertilitatea excesivă poate fi observată și în pădurile tropicale.

Ecosisteme,mobilSoare și subvenționatpersoană, sunt agroecosisteme terestre și acvatice care primesc energie nu numai de la Soare, ci și de la oameni sub formă de subvenții energetice. Productivitatea lor ridicată este susținută de energia musculară și energia combustibilului, care sunt cheltuite pentru cultivare, irigare, fertilizare, selecție, prelucrare, transport etc. Pâinea, porumbul, cartofii sunt „parțial făcute din ulei”. Cea mai productivă agricultură primește aproximativ aceeași cantitate de energie ca și cele mai productive ecosisteme naturale de al doilea tip. Producția lor ajunge la aproximativ 50.000 kcal*m -2 an -1 . Diferența dintre ele este că omul direcționează cât mai multă energie spre producerea unui tip limitat de hrană, în timp ce natura o distribuie între mai multe tipuri și acumulează energie pentru o zi ploioasă, parcă ar fi pus-o în diferite buzunare. Această strategie se numește „strategie de diversitate pentru supraviețuire”.

Ecosisteme industrial-urbane conduse de combustibil, este încoronarea realizării umanității. În orașele industriale, energia de combustibil foarte concentrată nu completează, ci înlocuiește energia solară. Mâncarea, un produs al sistemelor conduse de Soare, este adusă în oraș din exterior. O caracteristică a acestor ecosisteme este cererea enormă de energie a zonelor urbane dens populate - este cu două până la trei ordine de mărime mai mare decât în ​​primele trei tipuri de ecosisteme. Dacă în ecosistemele nesubvenționate influxul de energie variază de la 10 3 la 10 4 kcal*m -2 an -1 , iar în sistemele subvenționate de al doilea și al treilea tip - de la 10 4 la 4*10 4 kcal*m -2 an -1 , apoi în În marile orașe industriale, consumul de energie ajunge la câteva milioane de kilocalorii pe 1 m 2: New York -4,8 * 10 6, Tokyo - 3 * 10 6, Moscova - 10 6 kcal * m -2 an -1.

Consumul uman de energie în oraș este în medie de peste 80 de milioane de kcal*an -1; pentru nutriție, are nevoie de doar aproximativ 1 milion de kcal*an -1, prin urmare, pentru toate celelalte tipuri de activități (gospodărie, transport, industrie etc.) o persoană cheltuiește de 80 de ori mai multă energie decât este necesară pentru funcționarea fiziologică a organismului . Desigur, în țările în curs de dezvoltare situația este oarecum diferită.

Un ecosistem este un sistem biologic care constă dintr-o colecție de organisme vii, habitatul acestora, precum și un sistem de conexiuni care fac schimb de energie între ele. În prezent, acest termen este conceptul de bază al ecologiei.

Structura

Au fost studiate relativ recent. Oamenii de știință disting două componente principale în el - biotic și abiotic. Prima este împărțită în heterotrofe (include organisme care obțin energie ca urmare a oxidării materiei organice - consumatori și descompunetori) și primesc energie primară pentru fotosinteză și chemosinteză, adică producători).

Singura și cea mai importantă sursă de energie necesară existenței întregului ecosistem sunt producătorii care absorb energia soarelui, căldura și legăturile chimice. Prin urmare, autotrofii sunt reprezentanți ai primilor din întregul ecosistem. Al doilea, al treilea și al patrulea nivel se formează în detrimentul consumatorilor. Ele sunt închise de descompozitori capabili să transforme materia organică nevii într-o componentă abiotică.

Proprietățile ecosistemului, despre care puteți citi pe scurt în acest articol, implică posibilitatea dezvoltării și reînnoirii naturale.

Componentele principale ale ecosistemului

Structura și proprietățile unui ecosistem sunt principalele concepte cu care se ocupă ecologia. Se obișnuiește să se evidențieze următorii indicatori:

Condițiile climatice, temperatura ambiantă, precum și condițiile de umiditate și iluminare;

Substanțe organice care leagă componentele abiotice și biotice în ciclul substanțelor;

Compuși anorganici incluși în ciclul energetic;

Producătorii sunt organisme care creează produse primare;

Fagotrofele sunt heterotrofe care se hrănesc cu alte organisme sau cu particule mari de materie organică;

Saprotrofele sunt heterotrofe care pot distruge materia organică moartă, o pot mineraliza și o pot întoarce în ciclu.

Combinația ultimelor trei componente formează biomasa ecosistemului.

Un ecosistem, ale cărui proprietăți sunt studiate în ecologie, funcționează datorită blocurilor de organisme:

1. Saprofage - se hrănesc cu materie organică moartă.
2. Biofage - mănâncă alte organisme vii.

Durabilitatea ecosistemului și biodiversitatea

Proprietățile unui ecosistem sunt legate de diversitatea speciilor care trăiesc în el. Cu cât biodiversitatea este mai extinsă și complexă, cu atât stabilitatea ecosistemului este mai mare.

Biodiversitatea este foarte importantă deoarece permite formarea unui număr mare de comunități, care diferă ca formă, structură și funcție, și oferă o oportunitate reală pentru formarea acestora. Prin urmare, cu cât biodiversitatea este mai mare, cu atât este mai mare numărul de comunități care pot trăi, și cu atât este mai mare numărul de reacții biogeochimice care pot avea loc, asigurând în același timp existența complexă a biosferei.

Sunt corecte următoarele afirmații despre proprietățile unui ecosistem? Acest concept se caracterizează prin integritate, stabilitate, autoreglare și auto-reproducere. Multe experimente și observații științifice oferă un răspuns afirmativ la această întrebare.

Productivitatea ecosistemului

În timpul studiului productivității, au fost prezentate concepte precum biomasa și randamentul în picioare. Al doilea termen determină masa tuturor organismelor care trăiesc pe o unitate de suprafață de apă sau pământ. Dar biomasa este și greutatea acestor corpuri, dar din punct de vedere energetic sau materie organică uscată.

Biomasa include corpuri întregi (inclusiv țesutul mort la animale și plante.) Biomasa devine necromasă numai atunci când întregul organism moare.

Comunitățile reprezintă formarea de biomasă de către producători, fără a exclude energia care poate fi cheltuită pentru respirație pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp.

Există produse primare brute și nete. Diferența dintre ele este costul respirației.

Productivitatea netă a unei comunități este rata de acumulare a materiei organice, care nu este consumată de heterotrofe și, ca urmare, de către descompozitori. Se obișnuiește să se calculeze pe an sau sezon de vegetație.

Productivitatea secundară a unei comunități este rata de acumulare a energiei de către consumatori. Cu cât sunt mai mulți consumatori în ecosistem, cu atât sunt procesate volume mai mari de energie.

Auto-reglare

Proprietățile unui ecosistem includ autoreglementarea, a cărei eficacitate este reglementată de diversitatea locuitorilor și relațiile alimentare dintre ei. Când numărul unuia dintre consumatorii primari scade, prădătorii trec la alte specii care anterior aveau o importanță secundară pentru ei.

Lanțurile lungi se pot intersecta, creând posibilitatea diversificării relațiilor de hrănire în funcție de numărul de pradă sau de randamentul plantelor. În vremurile cele mai favorabile, numărul de specii poate fi restabilit - astfel, relațiile în biogenocenoză sunt normalizate.

Intervenția neînțeleaptă a omului în ecosistem poate avea consecințe negative. Douăsprezece perechi de iepuri aduși în Australia s-au înmulțit la câteva sute de milioane de indivizi de-a lungul a patruzeci de ani. Acest lucru s-a întâmplat din cauza numărului insuficient de prădători care se hrănesc cu ei. Drept urmare, animalele cu blană distrug toată vegetația de pe continent.

Biosferă

Biosfera este un ecosistem de cel mai înalt rang, unind toate ecosistemele într-unul singur și oferind posibilitatea vieții pe planeta Pământ.

Cum este studiat ecosistemul global de către știința ecologiei. Este important să știm cum funcționează procesele care afectează viața tuturor organismelor în ansamblu.

Biosfera include următoarele componente:

- Hidrosferă- Acesta este învelișul de apă al Pământului. Este mobil și pătrunde peste tot. Apa este un compus unic care este unul dintre fundamentele vieții oricărui organism.

- Atmosfera- cea mai ușoară aeronavă care se învecinează cu spațiul cosmic. Datorită acesteia, energia este schimbată cu spațiul exterior;

- Litosferă- învelișul solid al Pământului, format din roci magmatice și sedimentare.

- Pedosferă- stratul superior al litosferei, inclusiv solul și procesul de formare a solului. Se învecinează cu toate învelișurile anterioare și închide toate ciclurile de energie și materie din biosferă.

Biosfera nu este un sistem închis, deoarece este alimentată aproape în întregime de energie solară.

Ecosisteme artificiale

Ecosistemele artificiale sunt sisteme create ca urmare a activității umane. Aceasta include agrocenozele și sistemele economice naturale.

Compoziția și proprietățile de bază ale unui ecosistem creat de om diferă puțin de cel real. Are și producători, consumatori și descompunetori. Dar există diferențe în redistribuirea fluxurilor de materie și energie.

Ecosistemele artificiale diferă de cele naturale prin următorii parametri:

1. Un număr mult mai mic de specii și o predominare clară a uneia sau mai multor dintre ele.
2. Stabilitate relativ scăzută și dependență puternică de toate tipurile de energie (inclusiv de oameni).
3. Lanțuri trofice scurte datorită diversității scăzute a speciilor.
4. Un ciclu deschis de substanțe din cauza eliminării produselor comunitare sau a culturilor de către oameni. În același timp, ecosistemele naturale, dimpotrivă, includ cât mai mult posibil în ciclu.

Proprietățile unui ecosistem creat într-un mediu artificial sunt inferioare celor ale unuia natural. Dacă nu mențineți fluxurile de energie, atunci după un anumit timp procesele naturale vor fi restabilite.

ecosistemul forestier

Compoziția și proprietățile unui ecosistem forestier diferă de alte ecosisteme. În acest mediu, precipitații cad mult mai multe decât deasupra câmpului, dar majoritatea nu ajung niciodată la suprafața solului și se evaporă direct din frunze.

Ecosistemul pădurii de foioase este format din câteva sute de specii de plante și câteva mii de specii de animale.

Plantele care cresc în pădure sunt adevărați concurenți și luptă pentru lumina soarelui. Cu cât nivelul este mai jos, cu atât speciile mai tolerante la umbră s-au stabilit acolo.

Consumatorii primari sunt iepuri de câmp, rozătoare și păsări și ierbivorele mari. Toate substanțele nutritive conținute în frunzele plantelor vara sunt transferate pe ramuri și rădăcini toamna.

Consumatorii primari includ, de asemenea, omizile și gândacii de scoarță. Fiecare nivel nutrițional este reprezentat de un număr mare de specii. Rolul insectelor erbivore este foarte important. Sunt polenizatori și servesc ca sursă de hrană pentru următorul nivel al lanțului trofic.

Ecosistem de apă dulce

Cele mai favorabile condiții pentru viața organismelor vii sunt create în zona de coastă a rezervorului. Aici apa se încălzește cel mai bine și conține cel mai mult oxigen. Și aici trăiesc un număr mare de plante, insecte și animale mici.

Sistemul de relații alimentare în apă dulce este foarte complex. Plantele superioare sunt consumate de peștii erbivori, moluștele și larvele de insecte. Acestea din urmă, la rândul lor, sunt o sursă de hrană pentru crustacee, pești și amfibieni. Peștii răpitori se hrănesc cu specii mai mici. De asemenea, mamiferele găsesc hrană aici.

Dar resturile de materie organică cad pe fundul rezervorului. Pe ele se dezvoltă bacterii, care sunt consumate de protozoare și moluște filtrante.

Natura este o conjugare neobosită
verbele „a mânca” și „a fi mâncat”.
William Inge

Care sunt principalele componente ale ecosistemelor? Ce sunt lanțurile alimentare și rețelele alimentare? Care este structura trofică a ecosistemului?

Lecție-prelecție

PRINCIPALE COMPONENTE ECOSISTEMULUI. Ecosistemele sunt o unitate funcțională elementară a naturii vii, în care au loc interacțiuni între toate componentele sale și are loc circulația substanțelor și energiei. Compoziția ecosistemului include substanțe anorganice (apă, dioxid de carbon, compuși de azot etc.), care sunt incluși în ciclu, și compuși organici (proteine, carbohidrați, grăsimi etc.), care leagă biotic (vii) și abiotic ( nevii sau inerte) părţile sale. Fiecare ecosistem se caracterizează printr-un anumit mediu (aer, apă, pământ), inclusiv un regim climatic și un anumit set de parametri ai mediului fizic (temperatură, umiditate etc.). Pe baza rolului jucat de organismele în ecosistem, acestea sunt împărțite în trei grupe:

• producători- organisme autotrofe, în principal plante verzi, care sunt capabile să creeze substanțe organice din cele anorganice;
• consumatori- organisme heterotrofe, în principal animale care se hrănesc cu alte organisme sau particule de materie organică;
• descompunetori- organisme heterotrofe, în principal bacterii și ciuperci, asigurând descompunerea compușilor organici.

Mediul și organismele vii sunt interconectate prin procesele de circulație a materiei și energiei.

Producătorii captează lumina soarelui și îi transformă energia în energia legăturilor chimice ale compușilor organici pe care îi sintetizează. Consumatorii, producătorii care mănâncă, folosesc energia eliberată în timpul ruperii acestor legături chimice pentru a-și construi propriul organism. Descompozitorii se comportă într-un mod similar, dar folosesc fie corpuri moarte, fie produse eliberate în timpul proceselor vitale ale organismelor ca sursă de hrană. În același timp, descompozitorii descompun moleculele organice complexe în compuși anorganici simpli - dioxid de carbon, oxizi de azot, apă, săruri de amoniu etc. Ca urmare, ei returnează mediului înconjurător substanțele îndepărtate de plante, iar aceste substanțe pot fi din nou utilizate de producători. Ciclul este finalizat. Trebuie remarcat faptul că toate ființele vii sunt într-o anumită măsură descompunetoare. În timpul metabolismului lor, ei extrag energia de care au nevoie prin descompunerea compușilor organici, eliberând dioxid de carbon și apă ca produse finite.

În ecosisteme, componentele vii sunt aranjate în lanțuri - alimente sau lanțuri trofice, în care fiecare legătură anterioară servește drept hrană pentru următoarea. La baza lanțului trofic se află producători care, din materie anorganică și energie luminoasă, creează materie vie - biomasă primară. A doua verigă este formată din fitofagii animale care consumă această biomasă primară - aceștia sunt consumatori de prim ordin. Ele, la rândul lor, servesc drept hrană pentru organismele care alcătuiesc următorul nivel trofic - consumatorii de ordinul doi. Urmează consumatorii de ordinul al treilea etc. Să dăm un exemplu de lanț simplu:

Iată un exemplu de circuit mai complex:

În ecosistemele naturale, lanțurile trofice nu sunt izolate unele de altele, ci sunt strâns legate între ele. Ele formează rețele trofice, principiul formării lor este că fiecare producător poate servi ca hrană nu pentru unul, ci pentru multe animale fitofage, care, la rândul lor, pot fi consumate de diferite tipuri de consumatori de ordinul doi etc. (Fig. 49).

Orez. 49. Rețea trofică de hering

Rețelele trofice formează cadrul ecosistemelor, iar perturbările acestora pot avea consecințe imprevizibile. Deosebit de vulnerabile sunt ecosistemele cu lanțuri trofice relativ simple, adică acelea în care gama de produse alimentare pentru o anumită specie este restrânsă (de exemplu, multe ecosisteme arctice). Pierderea uneia dintre legături poate duce la prăbușirea întregii rețele trofice și la degradarea ecosistemului în ansamblu.

STRUCTURA TROFICĂ A ECOSISTEMULUI ȘI ENERGIEI. Plantele verzi captează 1-2% din energia solară care cade peste ele, transformând-o în energia legăturilor chimice. Consumatorii de primă ordine absorb aproximativ 10% din energia totală conținută de plantele pe care le mănâncă. La fiecare nivel ulterior se pierde 10-20% din energia celui precedent. Acest model este în deplină conformitate cu cea de-a doua lege a termodinamicii. Conform acestei legi, în timpul oricărei transformări de energie, o parte semnificativă a acesteia este disipată sub formă de energie termică indisponibilă pentru utilizare. Astfel, energia scade rapid în lanțurile trofice, limitând lungimea acestora. Acest lucru este, de asemenea, asociat cu o scădere la fiecare nivel ulterior a numărului și biomasei (cantitatea de materie vie exprimată în unități de masă sau calorii) a organismelor vii. Cu toate acestea, această regulă, așa cum vom vedea mai jos, are o serie de excepții.

Stabilitatea fiecărui ecosistem se bazează pe o anumită structură trofică, care poate fi exprimată sub formă de piramide de numere, biomasă și energie. La construirea lor, valorile parametrului corespunzător pentru fiecare nivel trofic sunt reprezentate sub formă de dreptunghiuri plasate unul peste altul.

Forma piramidelor populației (Fig. 50) depinde în mare măsură de mărimea organismelor la fiecare nivel trofic, în special a producătorilor. De exemplu, numărul copacilor dintr-o pădure este mult mai mic decât cel al ierbii dintr-o poiană.

Începând cu consumatorii de ordinul întâi, se respectă mai mult sau mai puțin regula, conform căreia dimensiunea viețuitoarelor crește la fiecare nivel trofic ulterior. Deși aici există și excepții: o haită de lupi poate conduce un căprior sau un elan - pradă mult mai mare decât fiecare lup individual.

Piramidele de biomasă reflectă mai bine structura actuală a ecosistemului. Dacă dimensiunile viețuitoarelor la diferite niveluri trofice nu diferă prea mult, atunci se poate obține o piramidă în trepte (vezi Fig. 50). Cu toate acestea, în ecosistemele cu producători foarte mici (fitoplancton) și mari consumatori, masa totală a acestora din urmă va fi mai mare și vom obține o piramidă inversată. Această imagine este tipică pentru majoritatea ecosistemelor marine și de apă dulce.

Orez. 50. Piramide ecologice

Piramidele energetice oferă cea mai completă imagine a organizării funcționale a unui ecosistem. Numărul și masa organismelor la fiecare nivel trofic depind de abundența hranei la nivelul anterior la un moment dat. Prin urmare, piramidele de numere și de biomasă reflectă statica ecosistemului, adică ele caracterizează numărul de organisme la momentul studiului. Piramida energetică reflectă viteza cu care alimentele trec prin lanțul trofic. Fiecare pas simbolizează cantitatea de energie (calculată pe unitate de suprafață sau de volum) care a trecut printr-un anumit nivel trofic într-o anumită perioadă. Prin urmare, forma piramidei energetice nu este afectată de schimbările de dimensiune, populație și biomasă. Are întotdeauna forma unui triunghi cu vârful în sus, ceea ce este asociat cu pierderea de energie în timpul trecerii de la un nivel trofic la altul (vezi Fig. 50).

Studiul structurii trofice a ecosistemelor, în special a legilor conversiei energiei, este de o importanță capitală pentru înțelegerea mecanismelor care stau la baza stabilității acestora. Fără aceasta, este imposibil să se calculeze corect limitele admisibile de impact asupra mediului, dincolo de care va provoca daune ireparabile.

Legăturile trofice dintre organisme formează baza unui ecosistem. În orice ecosistem există cu siguranță producători primari de materie organică - producători și organisme care consumă și procesează această substanță - consumatori și descompunetori. Aceste componente principale ale ecosistemului formează lanțuri trofice și rețele prin care trece fluxul de materie și energie. Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, la fiecare nivel trofic are loc o pierdere semnificativă de energie sub formă de căldură, ceea ce limitează lungimea lanțurilor trofice. Ecosistemul funcționează ca un sistem unic, în curs de dezvoltare, cu autoreglare.

• Explicați de ce este posibil să identificați componente comune în orice ecosistem.
• Ce constituie baza pentru interacțiunea componentelor ecosistemului?
• Care este importanța diversității componentelor sale pentru sustenabilitatea unui ecosistem?

Ecosistem se referă la conceptele cheie ale ecologiei. Cuvântul în sine înseamnă „sistem ecologic”. Termenul a fost propus de ecologistul A. Tansley în 1935. Un ecosistem combină mai multe concepte:

• Biocenoza - o comunitate de organisme vii
• Biotopul este habitatul acestor organisme
• Tipuri de conexiuni între organisme dintr-un habitat dat
• Metabolismul care are loc între aceste organisme într-un biotop dat.

Adică, în esență, un ecosistem este o combinație de componente ale naturii vii și neînsuflețite, între care se face schimb de energie. Și datorită acestui schimb, este posibil să se creeze condițiile necesare pentru a susține viața. Baza oricărui ecosistem de pe planeta noastră este energia luminii solare.

Pentru a clasifica ecosistemele, oamenii de știință au ales o caracteristică - habitatul. Acest lucru face mai convenabilă distingerea ecosistemelor individuale, deoarece este zona care determină caracteristicile climatice, bioenergetice și biologice. Să luăm în considerare tipurile de ecosisteme.

Ecosisteme naturale se formează pe pământ în mod spontan, cu participarea forțelor naturale. De exemplu, lacuri naturale, râuri, deșerturi, munți, păduri etc.

Agroecosisteme este unul dintre tipurile de ecosisteme artificiale create de om. Ele se disting prin conexiuni slabe între componente, o compoziție mai mică de specii a organismelor și schimburi artificiale, dar, în același timp, agroecosistemele sunt cele mai productive. Oamenii le creează de dragul obținerii de produse agricole. Exemple de agroecosisteme: terenuri arabile, pășuni, grădini, grădini de legume, câmpuri, păduri plantate, iazuri artificiale...

Ecosistemele forestiere sunt comunități de organisme vii care trăiesc în copaci. Pe planeta noastră, o treime din pământ este ocupată de păduri. Aproape jumătate dintre ele sunt tropicale. Restul sunt conifere, foioase, mixte, cu frunze late.

În structura ecosistemului forestier, se disting niveluri separate. În funcție de înălțimea nivelului, compoziția organismelor vii se modifică.

Principalul lucru într-un ecosistem forestier sunt plantele, iar principalul este una (mai puțin adesea mai multe) specii de plante. Toate celelalte organisme vii sunt fie consumatori, fie distrugătoare, influențând într-un fel sau altul metabolismul și energia...

Plantele și animalele sunt doar o parte integrantă a oricărui ecosistem. Astfel, animalele sunt cea mai importantă resursă naturală, fără de care existența unui ecosistem este imposibilă. Sunt mai mobile decât plantele. Și, în ciuda faptului că fauna este inferioară florei în ceea ce privește diversitatea speciilor, animalele sunt cele care asigură stabilitatea ecosistemului, participând activ la metabolism și energie.

În același timp, toate animalele formează fondul genetic al planetei, trăind doar în acele nișe ecologice unde le sunt create toate condițiile de supraviețuire și reproducere.

Plantele sunt un factor fundamental pentru existența oricărui ecosistem. Ei sunt cel mai adesea descompozitori - adică organisme care procesează energia solară. Și soarele, așa cum s-a menționat mai sus, este baza existenței formelor de viață pe Pământ.

Dacă luăm în considerare reprezentanții florei și faunei separat, atunci fiecare animal și plantă reprezintă un microecosistem într-un stadiu sau altul al existenței. De exemplu, trunchiul unui copac pe măsură ce se dezvoltă este un ecosistem integral. Trunchiul unui copac căzut este un alt ecosistem. La fel este și cu animalele: un embrion în stadiul de reproducere poate fi considerat un microecosistem...

Ecosistemele acvatice sunt sisteme adaptate vieții în apă. Apa este cea care determină unicitatea comunității de organisme vii care trăiesc în ea. Diversitatea speciilor de animale și plante, starea și stabilitatea ecosistemului acvatic depind de cinci factori:

• Salinitatea apei
• Procentul de oxigen pe care îl conține
• Transparența apei într-un rezervor
• Temperaturile apei
• Disponibilitatea nutrienților.

Se obișnuiește să se împartă toate ecosistemele acvatice în două mari clase: de apă dulce și marine. Apele marine ocupă mai mult de 70% din suprafața pământului. Acestea sunt oceane, mări, lacuri sărate. Există mai puțină apă dulce: majoritatea râurilor, lacurilor, mlaștinilor, iazurilor și alte corpuri de apă mai mici...

Stabilitatea unui ecosistem este capacitatea unui anumit sistem de a rezista la schimbările factorilor externi și de a-și menține structura.

În ecologie, se obișnuiește să se distingă două tipuri de sustenabilitate ES:

• Rezistent este un tip de sustenabilitate în care un ecosistem este capabil să-și mențină structura și funcționalitatea neschimbate, în ciuda modificărilor condițiilor externe.
• Elastic— acest tip de durabilitate este inerent acelor ecosisteme care își pot restabili structura după schimbarea condițiilor sau chiar după distrugere. De exemplu, atunci când o pădure își revine după un incendiu, ei vorbesc în mod specific despre stabilitatea elastică a ecosistemului.
  Ecosistemul uman

În ecosistemul uman, oamenii vor fi specia dominantă. Este mai convenabil să împărțiți astfel de ecosisteme în zone:

Un ecosistem este un sistem stabil de componente de origine vie și nevie, în care participă atât obiectele naturii neînsuflețite, cât și obiectele naturii vii: plante, animale și oameni. Fiecare persoană, indiferent de locul de naștere și de reședință (fie că este o metropolă zgomotoasă sau un sat, o insulă sau un teren mare etc.) face parte dintr-un ecosistem....

În prezent, influența umană asupra oricărui ecosistem se simte peste tot. Pentru propriile scopuri, omul fie distruge, fie îmbunătățește ecosistemele planetei noastre.

Astfel, tratarea risipitoare a pământului, defrișarea și drenarea mlaștinilor sunt considerate a fi efectele distructive ale oamenilor. În schimb, crearea rezervațiilor naturale și restabilirea populațiilor de animale contribuie la restabilirea echilibrului ecologic al Pământului și reprezintă o influență creativă a oamenilor asupra ecosistemelor...

Principala diferență între astfel de ecosisteme este metoda de formare a acestora.

Natural, sau ecosistemele naturale sunt create cu participarea forțelor naturale. O persoană fie nu are nicio influență asupra lor, fie există o influență, dar este nesemnificativă. Cel mai mare ecosistem natural este planeta noastră.

Artificial ecosistemele sunt numite și antropice. Ele sunt create de om de dragul obținerii de „beneficii” sub formă de alimente, aer curat și alte produse necesare supraviețuirii. Exemple: grădină, grădină de legume, fermă, lac de acumulare, seră, acvariu. Chiar și o navă spațială poate fi considerată un exemplu de ecosistem creat de om.

Principalele diferențe dintre ecosistemele artificiale și cele naturale.