Екосистеми, їх структура та властивості

Параграф 2.1

Концепція екосистеми, її компоненти. Критерії виділення екосистем. Склад екосистеми та закони формування її структури. Структура просторово-часової різноманітності екосистем

Термін “екосистема” був запропонований та введений в екологію англійським ботаніком А.Тенслі в 1935 році. Поняття екосистеми не обмежується будь-якими ознаками рангу, розміру, складності чи походження. Тому його можна використовувати стосовно як до відносно простих штучних (акваріум, теплиця, космічний корабель, тощо), так і до складних природних комплексів організмів і середовища їх мешкання (озеро, ліс, океан, тощо). Розрізняють водні та наземні екосистеми. Усі вони утворюють на поверхні планети густу строкату мозаїку. При цьому в одній природній зоні зустрічається багато схожих екосистем – або об’єднаних в однорідні комплекси. або розділених іншими екосистемами. Наприклад, ділянки листвяних лісів , розділених хвойними лісами, або болота посеред лісів. В кожній локальній наземній екосистемі є абіотичний компонент – біотоп або екотоп – ділянка з однаковими ландшафтними, кліматичними, грунтовими умовами; та біотичний компонент – біоценоз – сукупність усіх живих організмів, що мешкають в данному біотопі. Біотоп є загальним місцеобитанням для всіх членів біоценозу.

Біоценози складаються з представників багатьох видів рослин, тварин і мікроорганізмів. Практично кожний вид в біоценозі наведений багатьма особами різного полу та віку. Вони утворюють популяцію (або частину популяції) даного виду в екосистемі.

Члени біоценозу так тісно взаємодіють з середовищем мешкання, що біоценоз(030) часто важко розглядати окремо від біотопу. Наприклад, ділянка землі це не просто “місце”, а й багато грунтових мікроорганізмів і продуктів життєдіяльності рослин і тварин. Тому їх і об’єднують під назвою біогеоценозу. Біогеоценоз – це елементарна наземна екосистема, головна форма існування природних екосистем. Поняття біогеоценозу ввів В.Н. Сукачов у 1942 році (рис. 2.1).

Біоценоз + Біотоп =

Екосистема

Рисунок 2.1. – Екосистема

Кожна екосистема має своє власне матеріально-енергетичне господарство і певну функціональну структуру.

Склад екосистеми наведений двома групами компонентів: біотичними компонентами – компонентами живої природи, і абіотичними – компонентами неживої природи. До біотичних компонентів екосистеми належать групи організмів різних видів, що розрізняються за способом харчування і складаються з двох великих функціональних груп: автотрофи та гетеротрофи.

Автотрофи – ті організми, які харчуються самостійно, утворюють складні органічні сполуки свого тіла з простих неорганічних речовин внаслідок процесів фотосинтеза (фотоавтотрофи) і хемосинтеза (хемоавтрофи).

Фотоавтотрофи використовують в якості джерела енергії сонячне світло, а в якості будівельного матеріалу – неорганічні речовини, в основному, вуглекислий газ та воду. До цієї групи організмів належать зелені рослини планети, як наземні, так і водні. В процесі життєдіяльності вони синтезують на світлі органічні сполуки – вуглеводи або цукри (СН₂О)_n:

СО₂ + Н₂О = (СН₂О)_n + О₂

Хемоавтотрофи – використовують енергію, що вивільнюється внаслідок хімічних реакцій. Хемосинтез спостерігається у деяких хемоавтотрофних бактерій, які використовують в якості джерела енергії оксилення водню, сірки, сірководню, аміака, заліза. Хемоавтотрофи в природних екосистемах відіграють відносно невелику роль, за виключенням надзвичайно важливих нітріфікуючих бактерій, що окислюють аміак до азотистої, а потім азотної кисліт:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + Q₁

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ +Q₂

Хімічна енергія (Q), що вивільнюється в цих реакціях, використовується бактеріями для відновлення СО₂ до вуглевода.

Головна роль в синтезі органічних речовин належить зеленим рослинним організмам. Роль хемосинтезуючих бактерій в цьому процесі відносно невелика. Кожний рік фотосинтезуючими організмами на Землі створюється біля 150 млрд органічної речовини. що акумулює сонячну енергію. Автотрофи складають основну масу усіх живих істот і повністю відповідають за утворення всієї нової органічної речовини в будь-якій екосистемі, тобто є виробниками продукції – продуцентами.

Гетеротрофи – ті організми, які споживають готову органічну речовину інших організмів та продуктів їх життєдіяльності, для яких характерні утилізація, перебудова та розкладення складних сполук і вивільнення простих неорганічних речовин.

Ці організми використовують органічні речовини в якості джерела як харчового матеріалу, так і енергії. Вони розділяються на дві великі групи організмів: консументи і редуценти.

Консументи – споживники органічної речовини живих організмів. До них належать у свою чергу дві групи організмів:

Фаготрофи – до їх числа належать:

• рослинноядні тварини (фітофаги), що харчуються живими рослинами (гусь, качка, вівця, слон тощо);

• плотоядні тварини (зоофаги), які поїдають інших тварин – різні хижаки (хижі комахи, хижі птахи та рептилії, звіри), що нападають не тільки на фітофагів, але й на інших хижаків (хижаки другого й третього порядку);

• паразити, що живуть за рахунок речовин організму-господаря; це не тільки тварини (хробаки, комахи, кліщі), але й різноманітні мікроорганізми (віруси, бактерії, простіші), а також деякі гриби і рослини;

• симбіотрофи – бактерії, гриби, простіші, які харчуючись соками чи виділеннями організма-господаря, виконують разом з тим і життєво важливі для нього трофічні функції; це міцелліальні гриби – мікоризи, що приймають участь у корньовому харчуванні багатьох рослин; бульбові бактерії бобових, що зв’язують молекулярний азот, мікробактеріальне населення шлунку жуйних тварин, які підвищують травлення та всвоєння рослинного харчу. Існують також чимало тварин, що споживають і рослинну, і тваринну їжу.

• Сапротрофи.

Сапротрофи – організми, що споживають мертву органічну речовину – залишки рослин і тварин.

Це різноманітні гнилостні бактерії, гриби. хробаки, личинки комах, жуки-копрофаги та інші тварини, всі вони виконують функцію очищення екосистем. Сапротрофи приймають участь в утворенні грунту, торфу, донних відкладень.

Редуценти – бактерії та нижчи гриби (мікроконсументи), завершують деструктивну працю консументів, доводять розкладення органіки до її повної мінералізації і повертають в середовище екосистеми останні порції двоокису вуглецю, води та мінеральних елементів.

Роль редуцентів в кругообігу речовин надзвичайно велика. Без редуцентів в біосфері накопичувалися б груди органічних залишків; зникли б запаси мінеральних речовин, необхідних продуцентам, і життя у тій формі, яку ми знаємо, припинилося би.