Tak ako ľudia žijú v domoch a bytoch, tak aj príroda má svoje systémy, ktoré sú oddelené od ostatných. Sú izolované a dalo by sa povedať, že nezávislé. Tieto sa nazývajú ekosystémy a zahŕňajú mnoho rôznych organizmov. Okrem toho sa na ne vzťahujú určité zákony. V tomto článku sa pozrieme na to, čo sú ekosystémy: koncept, štruktúra, účel. Prezradíme vám aj to, čo je v nich zahrnuté.
koncepcia
Súbor organizmov, ktoré spolu žijú v určitom biotope a navzájom tak či onak interagujú, sa označuje pojmom „ekosystém“. Tento koncept navrhol v roku 1935 anglický vedec A. Tansley. Študoval vzájomné vzťahy organizmov a ich spoločný vývoj. Mimochodom, je to on, kto je považovaný za jedného zo zakladateľov takej vedy, ako je ekológia, ktorá sa zaoberá štúdiom toho, čo je ekosystém. Štruktúru ekosystému predstavujú dve hlavné zložky: biocenóza a biotop. Prvý sa týka samotných organizmov a ich vzťahov a druhý sa týka biotopu. Ekosystém zvyčajne zahŕňa celý rad živých bytostí: od baktérií po vyššie zvieratá. A prekvapujúce je, že celé spoločenstvo je v rovnováhe, ktorá sa pri narušení opäť obnovuje a každý z jej účastníkov plní mimoriadne dôležité funkcie.
Biogeocenóza
Súbor niektorých komponentov, ktoré si vymieňajú energiu a sú schopné viac či menej, je ekosystém. Štruktúra ekosystému predpokladá prítomnosť všetkých hlavných organizmov: baktérií, rastlín, zvierat, húb. Niektoré z nich však môžu chýbať. V tejto situácii má zmysel oddeliť tento koncept od biogeocenózy. Tento pojem znamená komunitu, ktorá má všetky vyššie uvedené zložky. Okrem toho biotická štruktúra ekosystému môže zahŕňať iba jedného účastníka, napríklad iba baktérie. Túto situáciu možno pozorovať v komunitách vytvorených napríklad na základe mŕtvol zvierat. Ekosystém a biogeocenóza teda nie sú synonymá, pretože biogeocenóza je širší pojem. Napriek tomu sú často zmätení.
Klasifikácia a štruktúrovanie
Okrem toho, že vedci si medzi sebou rozdeľujú ekosystémy podľa určitých kritérií, zaujíma ich aj ich vnútorná štruktúra. Rôzne prístupy a uhly pohľadu spolu poskytujú pomerne úplný obraz, ktorý nám umožňuje zvážiť každý prvok samostatne. Nie je prekvapujúce, že pri štruktúrovaní sa používa toľko kritérií: typ výživy a funkcie, druh, umiestnenie účastníkov. Samozrejme, stojí za to podrobnejšie zvážiť najdôležitejšie faktory, pretože ekologická štruktúra ekosystému bez toho, aby sme hovorili napríklad o jeho zložení, nedáva zmysel.
Pokiaľ ide o rozdelenie komunít medzi sebou, spravidla je hlavným kritériom prevládajúce prostredie. Ešte jeden dôležitá vlastnosť je prirodzenosť jeho vzniku a schopnosť autonómne udržiavať fungovanie. Hovoríme tu predovšetkým o zásahu do povahy ľudského faktora, ktorý má tiež zmysel načrtnúť podrobnejšie, ale neskôr.
Podľa funkcie
Trofická štruktúra ekosystému rozlišuje organizmy, ktoré sa na ňom podieľajú, podľa typu výživy. Podľa kolobehu látok v prírode sa z prázdnoty nič neberie a nemôže jednoducho zmiznúť. Očividne ide len o to, ako sa transformujú určité záležitosti. A tu vstupujú do hry dve protichodné skupiny organizmov: autotrofy a heterotrofy. Posledne menované sú zvieratá a huby, ktoré konzumujú organickú hmotu. Tí prví (rastliny a baktérie) robia presný opak. Mimochodom, sú zase rozdelené na fotosyntetické a chemosyntetické.
Funkčná štruktúra ekosystému predpokladá rovnaké členenie, ale pod rôznymi názvami. Tu hovoríme o producentoch, rozkladačoch, konzumentoch a deštruktoroch. Tieto dva prístupy úzko súvisia s konceptom potravinových reťazcov.
Podľa hierarchie
Prirodzene, každý systém takejto zložitosti je rozdelený do niekoľkých úrovní. Prvou a najkomplexnejšou je už spomínaná biocenóza, čo je súhrn všetkých zúčastnených živých organizmov. Ďalej sa ekosystémy delia na fyto-, zoo-, myko- a mikrobiocenózy. Každá z týchto individuálnych skupín obsahuje kolekciu nazývanú populácia. Nakoniec najmenšou jednotkou je jedinec (alebo jedinec), ktorý je individuálnym exemplárom.
Existuje aj funkčná hierarchia. Trofická štruktúra ekosystému, ako už bolo spomenuté, zahŕňa rozdelenie na výrobcov, spotrebiteľov, rozkladačov a ničiteľov. Ale aj tu je niekoľko úrovní. Všetko to teda začína zelenými rastlinami, ktoré prijímajú minerály a vodu z pôdy a tiež slnečné svetlo. Bylinožravce už patria do prvej úrovne konzumentov a zeleň konzumujú ako potrava. O stupienok vyššie zasa slúžia ako potrava predátorom. Takže aj tu existuje špeciálna hierarchia.
Podľa typu
Dokonca aj v rámci rovnakého typu organizmu možno pozorovať určitú rozmanitosť a nie je to prekvapujúce. Druhová štruktúra ekosystému je jeho dôležitým ukazovateľom, ktorý odráža pomer určitých rastlín, živočíchov, húb, mikroorganizmov atď. Táto charakteristika závisí od veľkého množstva faktorov: geografická poloha, klimatická zóna, vodný režim, vek spoločenstva. Podobné druhové zloženie možno pozorovať tisíce kilometrov od seba, ak sú základné ukazovatele podobné. Okrem samotnej prítomnosti určitých organizmov je dôležitý aj ich počet. Najbežnejší predstavitelia živej prírody v konkrétnom ekosystéme sa nazývajú tvorcovia prostredia, a preto vykonávajú kľúčové funkcie a vytvárajú podmienky na prežitie iných druhov.
To však neznamená, že malí účastníci nie sú veľmi dôležití. Naopak, v niektorých prípadoch môže špeciálna biotická štruktúra ekosystémov poskytnúť veľmi presné informácie o ich stave. Prítomnosť vzácnych exemplárov rastlín a živočíchov môže poskytnúť pohľad napríklad na to, aká čistá je voda a vzduch.
Podľa priestorového základu
Na prvý pohľad je celkom zrejmé členenie ekosystémov súvisiace s ich polohou. Step, les, púšť, tundra - súbor tu žijúcich organizmov bude nepochybne úplne iný. Takáto klasifikácia je však vhodná iba vtedy, ak hovoríme o porovnávaní viacerých systémov a rozdieloch medzi nimi.
Na druhej strane, každá jednotlivá komunita bude mať svoju vlastnú fyzickú hierarchiu. Priestorová štruktúra ekosystému napríklad v lese je ľahko viditeľná a je rozdelená do niekoľkých úrovní. Sláviky si hniezda stavajú na vyšších stromoch, trasochvosty sa radšej zdržiavajú bližšie pri zemi. A medzi vegetáciou je nerovnosť zrejmá: stromy, kríky, tráva a mach sa nachádzajú na úplne iných úrovniach. Vedci nazývajú súhrn týchto charakteristík úrovňami alebo počtom poschodí.
Suchozemský ekosystém
Štruktúra ekosystému umiestneného na súši môže byť veľmi odlišná, no takmer vždy mimoriadne zaujímavá. Nachádzajú sa všade: v lesoch, stepiach, púšťach, vysoko v horách a každý z nich je zvedavý svojím vlastným spôsobom. Všetky spája biotop zem-vzduch. Medzitým v nich môže byť ešte viac rozdielov, ako majú spoločných. Napríklad štruktúra lesného ekosystému v trópoch bude úplne odlišná od toho, čo sa pozoruje v strednom Rusku. Navyše zelená plocha v Južná Amerika bude veľmi odlišný od obrazu v juhozápadnej Ázii. Ako už bolo spomenuté, klimatická zóna je jedným z hlavných, ale nie jediným faktorom ovplyvňujúcim vývoj ekosystému. Štruktúra ekosystému je príliš zložitá a mnohorozmerná, a preto je rozkošná a tajomná.
Voda
Sladkovodné a morské organizmy, riasy, planktón, medúzy, hlbokomorské ryby - druhová štruktúra ekosystému nachádzajúceho sa vo svetových oceánoch nie je o nič menej zaujímavá ako na Zemi. Často to môže byť ešte oveľa zložitejšie. Štruktúra vodného ekosystému môže v niektorých smeroch pripomínať suchozemský, existuje tu napríklad aj vrstvenie. Ale je tu veľmi dôležitý rozdiel. Spočíva v tom, že je tu obrátená pyramída biomasy. To znamená, že prvovýrobcovia (tu rôzne druhy planktónu) sú oveľa početnejšie a reprodukujú sa rýchlejšie ako spotrebitelia. Týka sa to predovšetkým morských a oceánskych hĺbok, no rovnakú situáciu možno pozorovať aj v sladkovodných spoločenstvách. Najzaujímavejšie je, že štruktúra vodného ekosystému zahŕňa tak niektoré z najmenších organizmov, ako aj tie najväčšie. A všetci žijú pokojne vedľa seba.
Význam
Dôležitosť ekosystémov je ťažké preceňovať. Po prvé, všetky sú navzájom prepojené kolobehom látok v prírode. Prvky z jedného systému prúdia do iných, takže sú aj vzájomne závislé. Po druhé, umožňujú viac či menej zachovanie biodiverzity – každé spoločenstvo organizmov je jedinečné, úžasné a svojím spôsobom krásne. Nakoniec všetky tie Prírodné zdroje ktoré človek bez rozmýšľania prijíma – čistú vodu, poľnohospodársku pôdu, úrodnú pôdu, čerstvý vzduch – mu dáva ten či onen ekosystém. Štruktúra ekosystému, podobne ako celá biosféra, je dosť krehká, takže netreba zabúdať na jeho úlohu a občas si treba myslieť, že planéta stojí za to, aby si zachovala svoje bohatstvo pre potomkov.
Antropogénny faktor
Ľudské aktivity tak či onak ovplyvňujú takmer všetky ekosystémy. Ale ak niektorí z nich sú ovplyvnení nepriamo, iní to zažívajú priamo. Odlesňovanie, pôda a voda, lov rýb a zvierat – to všetko sa stáva vážnou skúškou na udržanie prírodnej rovnováhy.
Mimochodom, ľudia sa naďalej učia samostatne modelovať stabilne fungujúce ekosystémy a tiež sa pokúšajú riadiť existujúce. zvyčajne životný cyklus umelo vytvorené komunity nie sú príliš veľké a stabilita vyvoláva množstvo otázok. Bolo by však veľmi užitočné naučiť sa spravovať ekosystémy, pretože týmto spôsobom by bolo možné dosiahnuť väčšiu poľnohospodársku produktivitu, ako aj pokúsiť sa obnoviť to, čo bolo zničené. Bohužiaľ je stále hodnotený mimoriadne negatívne, pretože jeho činy spôsobujú veľa následkov, najmä:
- zmena klímy v dôsledku zmeny zloženia plynov v atmosfére;
- redukcia lesných plôch;
- zmena a zničenie jedinečných spoločenstiev a podmienok;
- vyčerpanie prírodných zdrojov;
- dezertifikácia a ;
- hromadenie odpadu z domácností a znečistenie životného prostredia;
- zmeny v štruktúre ekosystému;
- stenčovanie ozónovej vrstvy.
Stojí za to zamyslieť sa nad konzumným postojom ľudstva k planéte a zamyslieť sa nad tým, či je možné zachovať prírodu v jej veľkolepej rozmanitosti. Ničiť predsa nie je také ťažké, ale bude možné tvoriť?
Termín „ekosystém“ prvýkrát navrhol v roku 1935 anglický ekológ A. Tansley. Ekosystém je základnou štruktúrnou jednotkou ekológie, je to jeden prírodný alebo prírodno-antropogénny komplex tvorený živými organizmami a ich biotopom, v ktorom sú živé a inertné ekologické zložky spojené vzťahmi príčiny a následku, metabolizmom a distribúciou energie. tok. Ekosystémy sú veľmi rozmanité. Existuje niekoľko klasifikácií ekosystémov.
Na základe ich pôvodu sa rozlišujú nasledujúce typy ekosystémov.
1. Prírodné (prírodné) ekosystémy sú ekosystémy, v ktorých prebieha biologický cyklus bez priamej účasti človeka. Na základe energie sa delia na dva typy:
Ekosystémy, ktoré sú úplne závislé na priamom slnečnom žiarení, dostávajú málo energie, a preto sú neproduktívne. Sú však mimoriadne dôležité, pretože zaberajú obrovské oblasti, kde sa čistí veľké množstvo vzduchu, vytvárajú sa klimatické podmienky atď.
Ekosystémy, ktoré prijímajú energiu zo Slnka a iných prírodných zdrojov. Tieto ekosystémy sú oveľa produktívnejšie ako tie prvé.
2. Antropogénne (umelé) ekosystémy - ekosystémy vytvorené človekom, ktoré sú schopné existovať len s podporou človeka. Medzi tieto ekosystémy patria:
Agroekosystémy (grécky agros – pole) sú umelé ekosystémy, ktoré vznikajú v dôsledku poľnohosp. ekonomická aktivita osoba;
Technoekosystémy sú umelé ekosystémy, ktoré vznikajú ako výsledok ľudskej priemyselnej činnosti;
Mestské ekosystémy (lat. urbanus – urban) – ekosystémy, ktoré vznikajú v dôsledku vytvárania ľudských sídiel. V priemyselno-mestských ekosystémoch energia paliva nedopĺňa, ale nahrádza slnečnú energiu. Spotreba energie v husto osídlených mestách je o 2-3 rády väčšia ako tok, ktorý podporuje život v prírodných ekosystémoch poháňaných Slnkom. Existujú aj prechodné typy ekosystémov medzi prírodnými a antropogénnymi, napríklad ekosystémy prirodzených pasienkov využívaných človekom na pasenie hospodárskych zvierat. Všetky ekosystémy sú vzájomne prepojené a vzájomne závislé. Existuje klasifikácia prírodných ekosystémov v závislosti od prírodných a klimatických podmienok na základe prevládajúceho typu vegetácie v regiónoch veľkých biomov. Bióm je súbor rôznych skupín organizmov a ich biotopov v určitej krajinno-geografickej zóne. Bióm je charakterizovaný hlavným typom podnebia, vegetácie alebo krajinných prvkov. Medzi hlavné typy prírodných ekosystémov a biómov (podľa Yu. Odum, 1986) patria tieto suchozemské ekosystémy:
Vždyzelený tropický dažďový prales;
Polovečne zelený tropický les (vyslovuje sa obdobie vlhka a sucha);
Púštny bylinný ker;
Chaparral – oblasti s daždivými zimami a suchými letami;
Tropické trávne porasty (trávne porasty) a savany;
Mierna step;
Mierny listnatý les;
Boreálne ihličnaté lesy;
Arktická a alpská tundra.
Vo vodných biotopoch, kde je vegetácia nenápadná, je identifikácia ekosystémov založená na hydrologických a fyzikálnych vlastnostiach prostredia, napríklad „stojatá voda“, „tečúca voda“. Vodné ekosystémy sa delia na sladkovodné a morské.
Sladkovodné ekosystémy:
Stuha (stojaté vody) – jazerá, rybníky a pod.;
Lotické (tečúce vody) – rieky, potoky a pod.;
Mokrade – močiare a bažinaté lesy.
Morské ekosystémy:
Otvorený oceán (pelagický ekosystém);
Kontinentálne šelfové vody (pobrežné vody);
Horné oblasti (úrodné oblasti s produktívnym rybolovom);
ústia riek (pobrežné zálivy, úžiny, ústia riek atď.);
Hlbokomorské riftové zóny.
Pojem ekosystémov a ich miesto v organizácii biosféry.
Štrukturálnou jednotkou biosféry je ekosystém.
Ekologický systém je prepojený, jednotný funkčný súbor živých organizmov a ich biotopov. Zložkami ekosystému sú biocenóza (súbor živých organizmov) a biotop (miesto ich života, neživé zložky).
EKOSYSTÉM = BIOCENÓZA + BIOTOP
Rastliny a zvieratá, ktoré zaberajú určité biotop(biotop) tvoria živé spoločenstvo - biocenóza. Biotop môžete prirovnať k nádobe a biocenózu k jej obsahu.
Termín „ekosystém“ zaviedol anglický ekológ Arthur Tansley v roku 1935. V roku 1944 V. N. Sukachev navrhol termín „biogeocenóza“ a V. I. Vernadsky použil pojem „bio-inertné telo“. Hlavným významom týchto konceptov je, že zdôrazňujú povinnú prítomnosť vzťahov, vzájomnú závislosť a vzťahy príčin a následkov, inými slovami, zjednotenie komponentov do funkčného celku. Príkladom ekosystému je jazero, les atď.
Biogeocenóza a ekosystém sú pojmy, ktoré sú v podstate podobné, ale sú dané rôznymi vedcami iný čas. Diskusie o tejto záležitosti medzi vedcami stále prebiehajú. Môžete vyjadriť svoj názor na to, či sú tieto pojmy odlišné alebo ekvivalentné. Biocenóza vzniká až vtedy, keď má každý druh svoju niku a svoj biotop, keď sa dokázal prispôsobiť okolitým podmienkam.
Rozdiely medzi ekosystémom a biogeocenózou sú nasledovné::
1. v domácej vede sa častejšie používa pojem „ekosystém“;
2. Pojem „ekosystém“ má viac široký význam ako „biogeocenóza“;
3. pojem „biogeocenóza“ sa používa len vo vzťahu k prírodným spoločenstvám, ekosystém zahŕňa biosféru, človeka a jeho vplyv na ostatné zložky spoločenstva.
Zložky a zloženie ekosystému
Spoločenstvá organizmov sú s anorganickým prostredím spojené najužšími materiálovými a energetickými väzbami. Rastliny môžu existovať iba vďaka neustálemu prísunu oxidu uhličitého, vody, kyslíka a minerálnych solí.
Heterotrofyžiť mimo autotrofy , ale vyžadujú prísun anorganických zlúčenín, ako je kyslík a voda. Návrat živiny do prostredia sa vyskytuje tak počas života organizmov, ako aj po ich smrti, v dôsledku rozkladu mŕtvol. Spoločenstvo tvorí určitý systém s anorganickým prostredím, v ktorom tok atómov spôsobený životnou činnosťou organizmov má tendenciu uzatvárať sa do cyklu.
A. Tansley považoval ekosystémy za základné prírodné jednotky na povrchu Zeme, ktoré pokrývajú priestor akéhokoľvek rozsahu (peň stromu i celú zemeguľu). Na udržanie obehu látok v systéme je potrebné mať zásobu anorganických molekúl v asimilovateľnej forme a štyri funkčne odlišné zložky: abiotické prostredie, producenti, konzumenti a rozkladači.
1. Neživé (abiotické) prostredie - ide o vodu, minerály, plyny, ako aj neživé organické látky a humus.
2 Výrobcovia (výrobcovia) - živé bytosti schopné budovať organické látky z anorganických materiálov prostredia. Túto prácu vykonávajú najmä zelené rastliny, ktoré produkujú solárna energia organické zlúčeniny z oxidu uhličitého, vody a minerálov. Tento proces sa nazýva fotosyntéza. Tým sa uvoľňuje kyslík. Organické látky produkované rastlinami sa používajú ako potrava pre zvieratá a ľudí a kyslík sa používa na dýchanie.
3. Spotrebitelia - spotrebitelia rastlinných produktov. Organizmy, ktoré sa živia iba rastlinami, sa nazývajú konzumenti prvého poriadku. Zvieratá, ktoré jedia iba (alebo prevažne) mäso, sa nazývajú konzumenti druhého rádu.
4. Rozkladače (deštruktory, rozkladače) - skupina organizmov, ktoré rozkladajú zvyšky mŕtvych tvorov, napríklad zvyšky rastlín alebo mŕtvoly zvierat a premieňajú ich späť na suroviny (voda, minerály a oxid uhličitý), vhodná pre výrobcov, ktorí tieto zložky premieňajú späť na organické látky. Medzi rozkladače patria mnohé červy, larvy hmyzu a iné drobné pôdne organizmy. Baktérie, huby a iné mikroorganizmy, ktoré premieňajú živú hmotu na minerály, sa nazývajú mineralizátory.
Potravinové reťazce a ekologické pyramídy
Slnko poskytuje stály prísun energie a živé organizmy ju nakoniec rozptyľujú ako teplo. Počas životnej činnosti organizmov dochádza k neustálemu kolobehu energie a látok a každý druh využíva len časť energie obsiahnutej v organických látkach. V dôsledku toho vznikajú energetické reťazce - trofické reťazce, potravinové reťazce , predstavujúce sekvenciu druhov, ktoré extrahujú organickú hmotu a energiu z pôvodnej potravinovej substancie, pričom každý predchádzajúci článok sa stáva potravou pre nasledujúci (obr. 1).
V roku 1934 C. Elton navrhol koncept potravinového reťazca.
Silové obvody- ide o prenos hmoty a energie cez trofické úrovne (sú postavené na princípe, že každý nasledujúci článok sa napája na predchádzajúci).
Na každej trofickej úrovni ekosystému prebieha boj o prvenstvo v držbe potravy. To umožňuje prežiť populáciám s väčšou konkurencieschopnosťou (možnosťou prežitia). Konkurencieschopnosť rastlín závisí od rýchlosti rastu, plodnosti, adaptability na abiotické faktory, u živočíchov od plodnosti, vývoja zmyslových orgánov, rýchlosti pohybu, vytrvalosti a životného štýlu.
Obrázok 1. Všeobecná schéma potravinového reťazca
V každom potravinovom reťazci organizmus zaberá špecifické miesto - ekologickú niku. Ekologická nika môže byť obsadená odlišné typy organizmy s podobnými výživovými vzorcami.
Slávny ekológ Lindemann v roku 1942 sformuloval zákon premeny energie v ekosystémoch – “ zákon 10%».
Ekologická pyramída - Toto grafický obrázok vzťahy v potravinových reťazcoch. Rozlišujú sa počtom, biomasou a energiou.
Obrázok 2 – Ekologická pyramída
Ekosystém- toto je funkčná jednota živých organizmov a ich biotopov. Hlavnými charakteristickými črtami ekosystému sú jeho bezrozmernosť a nedostatok hodnosti. Nahradenie niektorých biocenóz inými počas dlhého časového obdobia sa nazýva sukcesia. Sukcesia vyskytujúca sa na novovytvorenom substráte sa nazýva primárna. Sukcesia v oblasti, ktorú už zaberá vegetácia, sa nazýva sekundárna sukcesia.
Jednotkou klasifikácie ekosystémov je bióm - prírodná zóna alebo oblasť s určitými klimatickými podmienkami a zodpovedajúcim súborom dominantných rastlinných a živočíšnych druhov.
Špeciálny ekosystém – biogeocenóza – je úsek zemského povrchu s homogénnymi prírodnými javmi. Zložkami biogeocenózy sú klimatop, edafotop, hydrotop (biotop), ako aj fytocenóza, zoocenóza a mikrobiocenóza (biocenóza).
Aby ľudia získali potravu, umelo vytvárajú agroekosystémy. Od prírodných sa líšia nízkou odolnosťou a stabilitou, no vyššou produktivitou.
Ekosystémy sú základnými stavebnými jednotkami biosféry
Ekologický systém alebo ekosystém je základnou funkčnou jednotkou v ekológii, pretože zahŕňa organizmy a
neživé prostredie - zložky, ktoré sa navzájom ovplyvňujú svojimi vlastnosťami a nevyhnutnými podmienkami na udržanie života vo forme, ktorá existuje na Zemi. Termín ekosystému bol prvýkrát navrhnutý v roku 1935 anglickým ekológom A. Tansley.
Ekosystém sa teda chápe ako súbor živých organizmov (spoločenstiev) a ich biotopov, ktoré vďaka kolobehu látok tvoria stabilný systém života.
Spoločenstvá organizmov sú s anorganickým prostredím spojené najužšími materiálovými a energetickými väzbami. Rastliny môžu existovať iba vďaka neustálemu prísunu oxidu uhličitého, vody, kyslíka a minerálnych solí. Heterotrofy žijú z autotrofov, ale vyžadujú prísun anorganických zlúčenín, ako je kyslík a voda.
V každom danom biotope by zásoby anorganických zlúčenín potrebné na podporu života organizmov, ktoré ho obývajú, nevydržali dlho, ak by sa tieto zásoby neobnovili. K návratu živín do prostredia dochádza tak počas života organizmov (v dôsledku dýchania, vylučovania, defekácie), ako aj po ich smrti v dôsledku rozkladu mŕtvol a rastlinných zvyškov.
V dôsledku toho spoločenstvo tvorí určitý systém s anorganickým prostredím, v ktorom tok atómov spôsobený životnou činnosťou organizmov má tendenciu uzatvárať sa do cyklu.
Ryža. 8.1. Štruktúra biogeocenózy a schéma interakcie medzi komponentmi
Termín „biogeocenóza“, navrhnutý v roku 1940, sa v ruskej literatúre bežne používa. B. NSukačev. Podľa jeho definície je biogeocenóza „súborom homogénnych prírodných javov (atmosféra, skala, pôdne a hydrologické pomery), ktorá má zvláštnu špecifickosť interakcií týchto zložiek, ktoré ju tvoria, a určitý typ výmeny hmoty a energie medzi sebou a inými prírodnými javmi a predstavuje vnútorne protirečivú dialektickú jednotu, v neustálom pohybe a rozvoj.”
V biogeocenóze V.N. Sukačev identifikoval dva bloky: ekotop— súbor podmienok abiotického prostredia a biocenóza- súhrn všetkých živých organizmov (obr. 8.1). Za ekotop sa často považuje abiotické prostredie netransformované rastlinami (primárny komplex faktorov fyzickogeografického prostredia) a biotop je súbor prvkov abiotického prostredia modifikovaný environmentálnou činnosťou živých organizmov.
Existuje názor, že pojem „biogeocenóza“ v oveľa väčšej miere odráža štrukturálne charakteristiky skúmaného makrosystému, pričom pojem „ekosystém“ zahŕňa predovšetkým jeho funkčnú podstatu. V skutočnosti medzi týmito pojmami nie je žiadny rozdiel.
Je potrebné poznamenať, že kombinácia špecifického fyzikálno-chemického prostredia (biotop) so spoločenstvom živých organizmov (biocenóza) vytvára ekosystém:
Ekosystém = Biotop + Biocenóza.
Rovnovážny (stabilný) stav ekosystému sa zabezpečuje na základe látkových cyklov (pozri odsek 1.5). Všetky zložky ekosystémov sa priamo zúčastňujú týchto cyklov.
Na udržanie obehu látok v ekosystéme je potrebný prísun anorganických látok v stráviteľnej forme a tri funkčne odlišné ekologické skupiny organizmov: producenti, konzumenti a rozkladači.
Výrobcovia autotrofné organizmy sú schopné budovať svoje telá pomocou anorganických zlúčenín (obr. 8.2).
Ryža. 8.2. Výrobcovia
Spotrebitelia - heterotrofné organizmy, ktoré spotrebúvajú organickú hmotu od výrobcov alebo iných spotrebiteľov a premieňajú ju na nové formy.
RozkladačeŽijú z mŕtvej organickej hmoty a premieňajú ju späť na anorganické zlúčeniny. Táto klasifikácia je relatívna, keďže spotrebitelia aj samotní výrobcovia pôsobia počas života čiastočne ako rozkladači, pričom do životného prostredia uvoľňujú minerálne metabolické produkty.
V zásade sa dá kolobeh atómov udržať v systéme bez medzičlánku – konzumentov, a to vďaka aktivitám dvoch ďalších skupín. Takéto ekosystémy sa však vyskytujú skôr ako výnimky, napríklad v oblastiach, kde fungujú spoločenstvá tvorené len z mikroorganizmov. Úlohu konzumentov v prírode zohrávajú najmä živočíchy, ich aktivity pri udržiavaní a urýchľovaní cyklickej migrácie atómov v ekosystémoch sú zložité a rôznorodé.
Rozsah ekosystémov v prírode sa veľmi líši. Rôzna je aj miera uzavretosti v nich udržiavaných cyklov hmoty, t.j. opakované zapájanie tých istých prvkov do cyklov. Za samostatné ekosystémy môžeme považovať napríklad vankúš lišajníkov na kmeni stromu, rozkladajúci sa peň s jeho populáciou, malú dočasnú vodnú plochu, lúku, les, step, púšť, celý oceán, a napokon celý povrch Zeme zaberaný životom.
V niektorých typoch ekosystémov je presun hmoty mimo ich hraníc taký veľký, že ich stabilita je udržiavaná najmä prílevom rovnakého množstva hmoty zvonku, pričom vnútorný kolobeh je neúčinný. Sú to tečúce nádrže, rieky, potoky, plochy na strmé svahy hory Ostatné ekosystémy majú oveľa ucelenejší kolobeh látok a sú relatívne autonómne (lesy, lúky, jazerá atď.).
Ekosystém je prakticky uzavretý systém. Toto je základný rozdiel medzi ekosystémami a komunitami a populáciami, ktoré sú otvorenými systémami, ktoré si vymieňajú energiu, hmotu a informácie so svojím prostredím.
Ani jeden ekosystém na Zemi však nemá úplne uzavretý obeh, keďže stále dochádza k minimálnej výmene hmoty s prostredím.
Ekosystém je súbor vzájomne prepojených spotrebiteľov energie, ktorí vykonávajú prácu na udržanie svojho nerovnovážneho stavu vo vzťahu k svojmu biotopu pomocou toku slnečnej energie.
V súlade s hierarchiou spoločenstiev sa život na Zemi prejavuje aj v hierarchii zodpovedajúcich ekosystémov. Ekosystémová organizácia života je jednou z nevyhnutné podmienky jeho existenciu. Ako už bolo uvedené, zásoby biogénnych prvkov potrebných pre život organizmov na Zemi vo všeobecnosti a v každej konkrétnej oblasti na jej povrchu nie sú neobmedzené. Len systém cyklov mohol dať týmto rezervám vlastnosť nekonečna, ktorá je nevyhnutná pre pokračovanie života.
Cyklus môžu udržiavať a vykonávať iba funkčne odlišné skupiny organizmov. Funkčná a ekologická rozmanitosť živých bytostí a organizácia toku látok extrahovaných z prostredia do cyklov je najstaršou vlastnosťou života.
Z tohto hľadiska sa udržateľná existencia mnohých druhov v ekosystéme dosahuje vďaka prirodzeným narušeniam biotopov, ktoré sa v ňom neustále vyskytujú, čo umožňuje novým generáciám obsadiť novo uvoľnený priestor.
Ekosystémový koncept
Hlavným predmetom štúdia ekológie sú ekologické systémy, čiže ekosystémy. Ekosystém zaujíma po biocenóze ďalšie miesto v systéme úrovní živej prírody. Keď sme hovorili o biocenóze, mali sme na mysli iba živé organizmy. Ak vezmeme do úvahy živé organizmy (biocenózu) v spojení s environmentálnymi faktormi, potom je to už ekosystém. Ekosystém je teda prírodný komplex (bioinertný systém) tvorený živými organizmami (biocenóza) a ich biotopom (napríklad atmosféra je inertná, pôda, nádrž bioinertná atď.), vzájomne prepojený výmena látok a energie.
Termín „ekosystém“, všeobecne akceptovaný v ekológii, zaviedol v roku 1935 anglický botanik A. Tansley. Veril, že ekosystémy „z pohľadu ekológa predstavujú základné prírodné jednotky na povrchu Zeme“, ktoré zahŕňajú „nielen komplex organizmov, ale aj celý komplex fyzikálnych faktorov, ktoré tvoria to, čo nazývame prostredie biomu - biotopové faktory v najširšom zmysle." Tansley zdôraznil, že ekosystémy sa vyznačujú rôznymi typmi metabolizmu nielen medzi organizmami, ale aj medzi organickými a anorganická látka. Nejde len o komplex živých organizmov, ale aj o kombináciu fyzikálnych faktorov.
Ekosystém (ekologický systém)— základná funkčná jednotka ekológie, ktorá predstavuje jednotu živých organizmov a ich biotopov, organizovaných tokmi energie a biologickým cyklom látok. Toto je základné spoločenstvo živých vecí a ich biotop, akýkoľvek súbor živých organizmov žijúcich spolu a podmienky ich existencie (obr. 8).
Ryža. 8. Rôzne ekosystémy: a - rybník stredná zóna(1 - fytoplanktón; 2 - zooplanktón; 3 - plávajúce chrobáky (larvy a dospelí); 4 - mladý kapor; 5 - šťuka; 6 - larvy choronomidov (trsavé komáre); 7 - baktérie; 8 - hmyz pobrežnej vegetácie; b - lúky (I - abiotické látky, t. j. hlavné anorganické a organické zložky); II - producenti (vegetácia); III - makrospotrebitelia (živočíchy): A - bylinožravce (slišky, myšiaky poľné a pod.); B - nepriame alebo suťové kŕmenie konzumenti alebo saprobi (pôdne bezstavovce); C - „horské“ dravce (jastraby); IV - rozkladači (hnilobné baktérie a huby)
Pojem „ekosystém“ možno aplikovať na objekty rôznej miere zložitosť a veľkosť. Príkladom ekosystému je tropický prales na určitom mieste a v určitom čase, obývaný tisíckami druhov rastlín, zvierat a mikróbov, ktoré spolu žijú a sú spojené interakciami, ktoré medzi nimi prebiehajú. Ekosystémy sú prírodné útvary ako oceán, more, jazero, lúka, močiar. Ekosystémom môže byť humno v močiari, hnijúci strom v lese s organizmami, ktoré na nich a v nich žijú, alebo mravenisko s mravcami. Najväčším ekosystémom je planéta Zem.
Každý ekosystém možno charakterizovať určitými hranicami (smrekový lesný ekosystém, nížinný močiarny ekosystém). Samotný pojem „ekosystém“ však nemá význam. Má atribút bezrozmernosti, nevyznačuje sa územnými obmedzeniami. Ekosystémy sú zvyčajne ohraničené prvkami abiotického prostredia, napríklad reliéfom, druhovou diverzitou, fyzikálno-chemickými a trofickými podmienkami atď. Veľkosť ekosystémov nemožno vyjadriť vo fyzikálnych jednotkách merania (plocha, dĺžka, objem atď.). Vyjadruje sa ako systémové opatrenie, ktoré zohľadňuje metabolické a energetické procesy. Ekosystém sa preto zvyčajne chápe ako súbor zložiek biotického (živé organizmy) a abiotického prostredia, pri interakcii ktorých dochádza k viac-menej úplnému biotickému cyklu, na ktorom sa podieľajú producenti, konzumenti a rozkladači. Pojem „ekosystém“ sa používa aj v súvislosti s umelými útvarmi, napríklad ekosystémom parku, poľnohospodárskym ekosystémom (agroekosystémom).
Ekosystémy možno rozdeliť na mikroekosystémy(strom v lese, pobrežné húštiny vodných rastlín), mezoekosystémy(močiar, borovicový les, žitné pole) a makroekosystémy(oceán, more, púšť).
O rovnováhe v ekosystémoch
Rovnovážne ekosystémy sú tie, ktoré „kontrolujú“ koncentrácie živín a udržiavajú ich rovnováhu s pevnými fázami. Pevné fázy (zvyšky živých organizmov) sú produktmi vitálnej činnosti bioty. Tie spoločenstvá a populácie, ktoré sú súčasťou rovnovážneho ekosystému, budú tiež v rovnováhe. Tento typ biologickej rovnováhy sa nazýva mobilné, keďže procesy smrti sú neustále kompenzované vznikom nových organizmov.
Rovnovážne ekosystémy sa riadia Le Chatelierovým princípom udržateľnosti. V dôsledku toho majú tieto ekosystémy homeostázu – inými slovami, sú schopné minimalizovať vonkajšie vplyvy pri zachovaní vnútornej rovnováhy. Stabilita ekosystémov sa nedosahuje posunom chemických rovnováh, ale zmenou rýchlosti syntézy a rozkladu živín.
Mimoriadne zaujímavý je spôsob udržiavania stability ekosystémov, ktorý je založený na zapojení do biologického cyklu organických látok, ktoré ekosystém predtým produkoval a vyčlenil „v rezerve“ - drevo a morská hmota (rašelina, humus, stelivo). V tomto prípade drevo slúži ako individuálne materiálne bohatstvo a mortmasa slúži ako kolektívne bohatstvo, ktoré patrí do ekosystému ako celku. Toto „materiálové bohatstvo“ zvyšuje odolnosť ekosystémov a zabezpečuje ich prežitie počas nepriaznivých klimatických zmien, prírodné katastrofy atď.
Stabilita ekosystému je tým väčšia, čím je väčší, čím je bohatší a rozmanitejší je jeho druhové a populačné zloženie.
Ekosystémy rôznych typov využívajú rôzne možnosti individuálnych a kolektívnych metód uchovávania udržateľnosti s rôznymi pomermi individuálneho a kolektívneho materiálneho bohatstva.
Hlavnou funkciou celku živých bytostí (spoločenstiev) začlenených do ekosystému je teda zabezpečenie rovnovážneho (stabilného) stavu ekosystému na základe uzavretého kolobehu látok.
Ekosystém je akýkoľvek súbor vzájomne sa ovplyvňujúcich živých organizmov a podmienok prostredia. Termín „ekosystém“ zaviedol A. Tansley v roku 1935.
Základné vlastnosti:
1) schopnosť vykonávať obeh látok
2) odolávať vonkajším vplyvom
3) vyrábať biologické produkty
Typy ekosystémov:
1) mikroekosystémy (kmeň stromu v štádiu rozmnožovania, akvárium, jazierko, kvapka vody atď.)
2) mezoekosystém (les, rybník, step, rieka)
3) makroekosystém (oceán, kontinent, prírodná oblasť)
4) globálny ekosystém (biosféra ako celok)
Najväčším ekosystémom je biosféra- obal planéty obývaný živými organizmami. Hrúbka biosféry je o niečo viac ako 20 km (organizmy žijú nad zemským povrchom nie vyššie ako 6 km nad morom, neklesajú hlbšie ako 15 km do pevniny a 11 km hlboko do oceánu), ale väčšina živá hmota je sústredená v prípovrchovej vrstve hrubej 50 - 100 m. m je výška zápoja lesa a hĺbka prieniku hlavnej masy koreňov. V týchto hraniciach sa sústreďujú pozemné a pôdne živočíchy a mikroorganizmy. V oceáne sú blízkopovrchové vodné stĺpce, osvetlené slnkom a vyhrievané do hĺbky 10 - 20 m, najviac obývané rastlinami a živočíchmi. V tejto tenkej vrstve biosféry je sústredených viac ako 90 % biomasy rastlín a živočíchov.
Odum navrhol klasifikáciu ekosystému na základe biómov. Ide o veľké prírodné ekosystémy zodpovedajúce fyzicko-geografickým zónam. Charakterizované niektorým základným typom vegetácie alebo iným charakteristický znak krajina.
Typy biomov:
1) suchozemské (tundra, tajga, stepi, púšte)
2) sladká voda (tečúce vody: rieky, potoky, stojaté vody: jazerá, rybníky, mokrade: močiare)
3) morské (otvorený oceán, šelfové vody, hlbokomorské zóny)
Ekológovia tiež používajú termín „biogeocenóza“, navrhol sovietsky botanik V.N. Sukačev. Tento termín sa vzťahuje na zhromažďovanie rastlín, zvierat, mikroorganizmov, pôdy a atmosféry na homogénnej pôde. Biogeocenóza je synonymom pre ekosystém.
V závislosti od vplyvu ľudskej hospodárskej činnosti sa systémy delia na:
1) prírodné, neporušené;
2) upravené, zmenené ľudskou činnosťou;
3) transformovaný, premenená človekom.
Ekosystém sa skladá zo štyroch hlavných prvkov:
1. Neživé (abiotické) prostredie je voda, minerály, plyny, ako aj neživé organické látky a humus.
2. Producenti (producenti) sú živé bytosti schopné budovať organické látky z anorganických materiálov prostredia. Túto prácu vykonávajú najmä zelené rastliny, ktoré pomocou slnečnej energie vyrábajú organické zlúčeniny z oxidu uhličitého, vody a minerálov. Tento proces sa nazýva fotosyntéza. Tým sa uvoľňuje kyslík. Organické látky produkované rastlinami sa používajú ako potrava pre zvieratá a ľudí a kyslík sa používa na dýchanie.
3. Spotrebitelia – spotrebitelia rastlinných produktov. Organizmy, ktoré sa živia iba rastlinami, sa nazývajú konzumenti prvého poriadku. Zvieratá, ktoré jedia iba (alebo prevažne) mäso, sa nazývajú konzumenti druhého rádu.
4. Rozkladače (deštruktory, rozkladače) - skupina organizmov, ktoré rozkladajú zvyšky mŕtvych tvorov, napríklad zvyšky rastlín alebo mŕtvoly zvierat a premieňajú ich späť na suroviny (vodu, minerály a oxid uhličitý), vhodné pre výrobcov, ktorí transformujú tieto zložky časti späť do organickej hmoty. Medzi rozkladače patria mnohé červy, larvy hmyzu a iné drobné pôdne organizmy. Baktérie, huby a iné mikroorganizmy, ktoré premieňajú živú hmotu na minerály, sa nazývajú mineralizátory.
Príroda funguje mimoriadne hospodárne. Biomasa vytvorená organizmami (látka ich tiel) a energia v nej obsiahnutá sa prenáša do zvyšku ekosystému: zvieratá jedia rastliny, dravé zvieratá jedia prvé, ľudia jedia rastliny a zvieratá. Tento proces sa nazýva potravinový reťazec.
Z hľadiska energetického vstupu sú prírodné a antropogénne (umelé) ekosystémy podobné. Prírodné aj umelé (domy, mestá, dopravné systémy) ekosystémy vyžadujú externý zdroj energie. Prírodné ekosystémy však dostávajú energiu z takmer večného zdroja - Slnka, ktoré navyše pri „výrobe“ energie neznečisťuje životné prostredie. Naopak, človek poháňa procesy výroby a spotreby najmä vďaka konečným zdrojom energie – uhliu a rope, ktoré spolu s energiou vypúšťajú prach, plyny, tepelné a iné odpady, ktoré poškodzujú životné prostredie a nie je možné ich spracovať samotný umelý ekosystém. Netreba zabúdať, že spotreba aj takej „čistej“ energie, akou je elektrická energia (ak sa vyrába v tepelnej elektrárni), vedie k znečisťovaniu ovzdušia a tepelnému znečisťovaniu životného prostredia.
