Трофические уровни. Цепи и сети питания, их звенья
Трофический (пищевой) уровень — комплекс организмов с одинаковым типом питания, занимающих определенное положение в пищевой цепи.
Пищевая цепь — последовательность живых организмов, способных передавать питательные вещества и энергию от продуцентов (растений) к консументам (хищникам). Соседние звенья пищевой цепи формируют отношения по принципу «пища — потребитель». То есть, если одна группа организмов становится пищей для другой группы, звенья будут сцеплены.
Классификация трофических уровней:
- первый — образуют продуценты (фотосинтезирующие растения);
- второй — консументы I порядка (травоядные животные: овцы, зайцы, насекомые);
- третий — консументы II порядка (первичные хищники, для которых пищей служат травоядные животные: змея, поедающая грызунов, или волк, питающийся кроликом);
- четвертый — консументы III порядка (хищники, питающиеся консументами II порядка, или вторичные хищники: сова, поедающая змей).
Особи одного вида могут занимать несколько трофических уровней в зависимости от источников пищи (например, белый медведь, потребляя ягоды, считается консументом I порядка, но, поедая грызуна, становится консументом II порядка).
Вершину пищевой цепи обычно занимают высшие хищники, которые, как правило, не имеют серьезных врагов (например, крокодил или акула).
Заключенная в одних организмах энергия потребляется другими организмами в процессе круговорота веществ. Перенос энергии и пищи от ее источника — автотрофов (продуцентов) через ряд организмов происходит по пищевой цепи, путем поедания одних организмов другими. Пищевая цепь — это ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Число звеньев в ней может быть различным, но обычно их бывает 3 — 5.
Пищевые цепи подразделяются на:
- пастбищные;
- детритные.
Пастбищные пищевые цепи – это цепи выедания. Основным источником пищи здесь являются зеленые растения (продуценты).
Например, трава (автотроф) → заяц → лиса. Такие пищевые цепи находятся в непосредственной зависимости от солнечной энергии. Круговорот веществ и энергии в природе определяется пастбищными пищевыми цепями.
Детритные пищевые цепи – это цепи разложения, где в качестве главного источника пищи используются отмершие останки. Органические останки, или детрит, формируют начало детритных пищевых цепей.
Например, листовой опад (детрит) → дождевой червь → дрозд → ястреб-перепелятник. Этот тип пищевой цепи меньше зависит от энергии Солнца. Главный фактор существования данной цепи — приток органических веществ из другой системы. Детритные пищевые цепи осуществляют накопление веществ и энергии в экосистеме.
Значение пищевой цепи:
- изучение пищевых цепей позволяет проследить кормовые взаимодействия между разными организмами в экосистеме;
- знания о пищевых цепях дают возможность оценить механизм движения энергии и проследить перемещение веществ в экосистеме.
Пищевые цепи не изолированы друг от друга. Они взаимодействуют между собой, формируя пищевые сети. Пищевая сеть– это условное образное обозначение трофических взаимоотношений продуцентов, консументов и редуцентов в сообществе. Оценивая схемы пищевых цепей, можно отметить, что каждый организм питается только каким-то определенным организмом. На самом деле, это не всегда так. Как правило, живые организмы могут использовать в качестве источника пищи организмы из разных популяций. Даже организмы из смежных пищевых цепей могут выступать для них компонентом питания. Таким образом, возможно переплетение пищевых цепей с образованием пищевых сетей.
Классификация экосистем
Несмотря на большое разнообразие экосистем, все они являются открытыми, без этого их существование было бы невозможно. Виды экосистем разные, и классификация может быть различной. Если иметь в виду происхождение, то экосистемы бывают:
- Природные или естественные. В них все взаимодействие осуществляется без прямого участия человека. Они в свою очередь подразделяются на:
- Экосистемы, находящиеся в полной зависимости от солнечной энергии.
- Системы, которые получают энергию как от солнца, так и от других источников.
2. Искусственные экосистемы. Созданы руками человека, и существовать могут только при его участии. Они также подразделяются на:
- Агроэкосистемы, то есть те, которые связаны с хозяйственной деятельностью человека.
- Техноэкосистемы появляются в связи с промышленной деятельностью людей.
- Городские экосистемы.
Другая классификация выделяет следующие виды природных экосистем:
1. Наземные:
- Тропические леса.
- Пустыня с травянистой и кустарниковой растительностью.
- Саванна.
- Степи.
- Листопадный лес.
- Тундра.
- Стоячие водоемы (озеро, пруд).
- Текучие воды (реки, ручьи).
- Болота.
- Океан.
- Континентальный шельф.
- Районы с рыболовством.
- Устья рек, бухты.
- Глубоководные рифтовые зоны.
Независимо от классификации можно видеть разнообразие видов экосистемы, которое характеризуется своим набором жизненных форм и численным составом.
Биогеоценоз и экосистема
Биогеоценоз (кратко — БГЦ) — это лежащий в границах определенного фитоценоза и связанный взаимным обменом веществ и энергии единый природный комплекс, образованный участком земной поверхности (суши) с определенными условиями среды обитания (биотопом) и популяциями всех видов организмов, населяющих этот биотоп (биоценозом), см. рис.
Примеры биогеоценозов: ельник, дубрава, сфагновое болото, суходольный луг и др.
Биогеоценоз функционирует как целостная самовоспроизво-дящаяся, саморегулирующаяся открытая система. Популяции организмов получают из неорганической среды ресурсы, необходимые для поддержания жизни, и одновременно выделяют продукты жизнедеятельности, восстанавливающие среду.
Экологическая система (или экосистема) — любая совокупность совместно обитающих организмов и неорганических компонентов, при взаимодействии которых происходит круговорот веществ и поток энергии.
Примеры экосистем; гниющий пень, муравейник, лужа с дождевой водой, парк, аквариум, биосфера и др.
Отличие экосистемы от биогеоценоза. Понятие экосистемы не требует каких-то ограничений на занимаемую ею территорию или акваторию и может применяться к любым комплексам организмов и их среды обитания (включая водную), не только к естественным (природным), но и к созданным человеком. Биогеоценоз — это природная, выделяемая на суше экосистема, границы которой определены фитоценозом, т.е. растительным сообществом. Поэтому экосистема — понятие более широкое, чем биогеоценоз: любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема является биогеоценозом.
❖ Компоненты биогеоценоза:
■ неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода и азота, кислород, вода, минеральные соли);
■ климатические факторы (температура, освещенность, влажность);
■ органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и др.);
■ организмы различных функциональных групп — продуценты, консументы, редуценты.
Продуценты — автотрофные организмы (в основном зеленые растения и водоросли), синтезирующие органические вещества из неорганических. Продуценты используют энергию Солнца, преобразуя ее в химическую энергию органических веществ, доступную всем остальным организмам.
Консументы — потребители органического вещества — гетеротрофные организмы, питающиеся готовыми органическими веществами. К консументам относятся все растительноядные, плотоядные и всеядные животные, а также паразиты.
Редуценты — гетеротрофные организмы (бактерии, грибы), которые в процессе своего питания разрушают органическое вещество отмерших растений и животных и экскременты животных, превращая их в простые неорганические соединения, пригодные для усвоения растениями.
Характеристики биогеоценоза (экосистемы): биомасса, продуктивность, видовое разнообразие, плотность популяций каждого вида, соотношение видов по численности и плотности популяций, пространственная и трофическая (пищевая) структуры и т.д.
Биомасса — суммарная масса всех организмов экосистемы или отдельных ее трофических уровней.
■ Биомасса выражается обычно в единицах массы вещества на единицу площади или объема экосистемы (кг/га, кг/м3 и др.).
■ Биомасса всех организмов Земли составляет 2,4 • 1012 т сухого вещества, 90% от этого количества составляет биомасса наземных растений.
Продуктивность — прирост биомассы, созданный организмами экосистемы за единицу времени на единице площади или объема.
■ Продуктивность выражается в единицах массы вещества на единицу площади или объема за определенный отрезок времени (кг/м2 в год и др.).
Первичная продуктивность экосистемы — количество биомассы, продуцированной за единицу времени всеми растениями этой экосистемы в результате фотосинтеза.
Вторичная продуктивность экосистемы — количество биомассы, продуцированной всеми консументами этой экосистемы за единицу времени.
■ Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле 150-200 млрд, т (из них 2/3 дают наземные экосистемы, 1/3 — водные экосистемы).
Экосистема: определение
Подобно двигателю автомобиля, состоящему из нескольких частей, работающих вместе, экосистема имеет взаимодействующие элементы, которые поддерживают её работу.
Согласно определению В. Н. Сукачева, экосистема — это совокупность на определенной территории однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих составляющих и определенный тип обмена веществ и энергией (между собой и с другими явлениями природы) и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении и развитии.
Живые существа — это биотические черты, а неживые — абиотические. Каждая экосистема уникальна, но все они имеют три основных компонента:
- Автотрофы (производители энергии).
- Гетеротрофы (потребители энергии).
- Неживая природа.
Растения составляют большинство автотрофов в экосистеме, в то время как большинство гетеротрофов — животные. Неживая природа — это почва, отложения, листовая подстилка и другие органические вещества на земле или на дне водоемов. Существует два типа экосистем — закрытые и открытые. К первым относятся те, которые не имеют каких-либо ресурсов (обмен энергией из окружающей среды) или результатов (обмен энергией изнутри экосистемы). Открытые — это те, которые имеют как обмен энергией, так и результаты внутреннего обмена.
Агроиеноз
Агроценоз (или агробиоценоз) — искусственно созданная человеком экосистема, структуру и функции которой он поддерживает и контролирует в своих интересах. Это сообщество организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений.
Примеры; поля, огороды, сады, парки, лесопосадки, пастбища, оранжереи, аквариумы, водоемы для разведения рыбы и т.п.
Роль человека в агроценозе: он создает агроценоз, обеспечивает его высокую продуктивность с помощью комплекса специальных агротехнических приемов, собирает и использует урожай.
❖ Роль агроценозов:
■ в настоящее время они занимают 10% всей поверхности суши (около 1,2 млрд, га) и ежегодно дают 2,5 млрд, т сельскохозяйственной продукции (около 90% всей пищевой энергии, необходимой человечеству);
■ они обладают огромными потенциалом для увеличения продуктивности, реализация которого возможна при постоянном, научно обоснованном уходе за почвой, обеспечении растений влагой и элементами минерального питания, охране растений от неблагоприятных абиотических и биотических факторов.
В состав агроценоза входят культурные растения, сорняки, насекомые, дождевые черви, мышевидные грызуны, птицы, бактерии, грибы и другие организмы, связанные между собой трофическими взаимоотношениями.
Пищевые цепи в агроценозе те же, что и в природной экосистеме: продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, полевки, лисы) и редуценты (бактерии, грибы); обязательное звено пищевой цепи — человек.
❖ Отличия агроценозов от естественных биогеоценозов:
■ в агроценозах действует преимущественно не естественный, а искусственный отбор, который направлен человеком главным образом на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Это резко снижает экологическую устойчивость агроценозов, которые не способны к саморегуляции и самообновлению, не могут существовать самостоятельно (без поддержки человека) в течение более-менее длительного времени (превращаются в биогеоценоз) и могут погибнуть при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней;
■ в агроценозах предельно ограничен видовой состав живых организмов, один или несколько видов (сортов) растений, культивируемых на полях, и сопутствующие ему растения (сорняки) и животные (в частности, специализированные насекомые и паразиты), возбудители болезней (грибы, бактерии) и т.д.;
■ в агроценозах отсутствует полный круговорот веществ и резко нарушен баланс питательных элементов (их основная часть изымается человеком при сборе урожая); для возмещения потерь необходимо постоянное внесение в почву различных питательных веществ в виде удобрений;
■ агроценозы, помимо солнечной энергии, имеют дополнительный источник энергии в виде энергии вносимых человеком минеральных и органических удобрений, химических средств защиты от сорняков, вредителей и болезней, энергии, затраченной на обработку почвы, орошение или осушение земель и т.д.;
■ смена агроценозов происходит по воле человека (в полевых агроценозах — севооборот);
■ продуктивность агроценозов выше, чем биогеоценозов.
Методы повышения продуктивности агроценозов:
■ осушение и орошение почв;
■ борьба с эрозией (укрепление склонов, безотвальная вспашка, залуживание бывших торфяников);
■ нормированное внесение удобрений;
■ дозированное применение средств борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений;
■ применение биологических способов борьбы с вредителями;
■ использование высокопроизводительной техники;
■ выведение и использование новых высокоурожайных сортов культурных растений, устойчивых к болезням и вредителям;
■ соблюдение научно обоснованных севооборотов;
■ использование теплиц и парников;
■ применение методов выращивания овощей без грунта — гидропоники (в качестве субстрата используется гравий, орошаемый растворами солей) и аэропоники (субстрат отсутствует, а корни периодически опрыскиваются растворами минеральных солей).
О равновесии в экосистемах
Равновесными называются такие экосистемы, которые «контролируют» концентрации биогенов, поддерживая их равновесие с твердыми фазами. Твердые же фазы (остатками живых организмов) являются продуктами жизнедеятельности биоты. Равновесными будут и те сообщества и популяции, которые входят в равновесную экосистему. Такой вид биологического равновесия называется подвижным
, поскольку процессы отмирания непрерывно компенсируются появлением новых организмов.
Равновесные экосистемы подчиняются принципу устойчивости Лe Шателье. Следовательно, эти экосистемы обладают гомеоста- зом, — иными словами, способны минимизировать внешнее воздействие при сохранении внутреннего равновесия. Устойчивость экосистем достигается не смещением химических равновесий, а путем изменения скоростей синтеза и разложения биогенов.
Особый интерес представляет способ поддержания устойчивости экосистем, основанный на вовлечении в биологический круговорот органического веществ, ранее произведенного экосистемой и отложенного «про запас» — древесины и мортмассы (торф, гумус, подстилка). В этом случае древесина служит как бы индивидуальным материальным богатством, а мортмасса — коллективным, принадлежащим экосистеме в целом. Это «материальное богатство» увеличивает запас устойчивости экосистем, обеспечивая их выживание при неблагоприятных изменениях климата, стихийных бедствиях и др.
Устойчивость экосистемы тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.
Экосистемы разного типа используют различные варианты индивидуальных и коллективных способов запасания устойчивости при различном соотношении индивидуального и коллективного материального богатства.
Таким образом, основная функция совокупности живых существ (сообщества), входящих в экосистему, — обеспечить равновесное (устойчивое) состояние экосистемы на основе замкнутого круговорота веществ.
Экосистема пресного водоема
Самые благоприятные условия для жизнедеятельности живых организмов созданы в прибрежной зоне водоема. Именно здесь вода лучше всего прогревается и содержит больше всего кислорода. И именно здесь обитает большое количество растений, насекомых и мелких животных.
Система пищевых отношений в пресном водоеме очень сложная. Высшие растения употребляют растительноядные рыбы, моллюски и личинки насекомых. Последние, в свою очередь, являются источником питания для рачков, рыб и амфибий. Хищные рыбы питаются более мелкими видами. Здесь же находят для себя пищу и млекопитающие.
А вот остатки органики падают на дно водоема. На них развиваются бактерии, которых потребляют простейшие и фильтрующие моллюски.
Агробиоценозы
Используя природные ресурсы, человек создал многочисленные искусственные экосистемы. Примеры таких сообществ — это агробиоценозы. К ним относятся поля, огороды, сады, пастбища, оранжереи, лесные насаждения. Агроценозы создаются для получения сельскохозяйственной продукции. В них существуют те же элементы пищевых цепей, что и естественной экосистеме.
Продуцентами в агроценозах являются как культурные, так и сорные растения. Грызуны, хищники, насекомые, птицы — это консументы, или потребители органического вещества. А бактерии и грибы представляют группу редуцентов. Отличительной особенностью агробиоценозов является обязательное участие человека, который является необходимым звеном трофической цепи и создает условия для продуктивности искусственной экосистемы.
Что такое сукцессия
Очень часто в пределах одного ареала происходит последовательная смена Это явление называют сукцессией. Классический пример смены экосистемы — это появление лиственного леса на месте хвойного. Вследствие пожара на занимаемой территории сохраняются только семена. Но для их прорастания необходимо длительное время. Поэтому сначала на месте пожара появляется травянистая растительность. Со временем ее сменяют кустарники, а их, в свою очередь, — лиственные деревья. Такие сукцессии называют вторичными. Они возникают под влиянием природных факторов или деятельности человека. В природе они встречаются достаточно часто.
Первичные сукцессии связаны с процессом почвообразования. Она характерна для территорий, лишенных жизни. К примеру, скал, песков, камнях, супесках. При этом сначала возникают условия для формирования почв, а уже потом появляются остальные составляющие биогеоценоза.
Итак, экосистемой называют сообщество, в состав которого входят биотические элементы и Они находятся в тесном взаимодействии, связаны круговоротом веществ и энергии.
*Термин «экосистема»
применим к биоценозам и биотопам самого различного размера, например,
ствол погибшего дерева, лес или пруд, океан. Все это естественные экосистемы.
В качестве примера естественной, сравнительно простой экосистемы рассмотрим
экосистему небольшого пруда. Экосистему пруда можно представить в виде
двух основных компонентов.
**Естественные экосистемы достаточно сложны, и изучать
их с помощью традиционного научного приема «опыта и контроля»
очень трудно. Поэтому ученые-экологи используют лабораторные искусственные
микроэкосистемы, моделирующие процессы, протекающие в естественных условиях.
Аквариум как искусственная экосистема
Существует заблуждение, касающееся «равновесия»
в аквариуме. Достигнуть в аквариуме приблизительного равновесия в отношении
газового и пищевого режима возможно лишь при условии, что рыб в нем
будет мало, а воды и растений много. Еще в 1857 году Дж. Уоррингтон
установил «это удивительное и восхитительное равновесие между животными
и растительным царством» в аквариуме объемом 12 галлонов (54,6
л), поселив в нем несколько золотых рыбок и улиток. Кроме того, он посадил
большое количество многолетних водных растений валлиснерий, служащих
кормом для рыб. Дж. Уоррингтон правильно оценил не только взаимодействие
рыб и растений, но и значение детритоядных улиток «для разложения
остатков растений и слизи», в результате чего «то, что могло
бы действовать как ядовитое начало, превращалось в плодородную среду
для роста растений». Большинство попыток любителей добиться равновесия
в аквариуме оканчивается неудачей из-за того, что в аквариум помещают
слишком много рыб (элементарный случай перенаселения). Поэтому любителям-аквариумистам
приходится периодически искусственно поддерживать равновесие в аквариуме
(дополнительное питание, аэрация, периодическая чистка аквариума).
***Возможно, лучший способ представить себе искусственную
экосистему — это задуматься о космическом путешествии, так как человек,
покидая биосферу, должен взять с собой четко ограниченную систему, которая
обеспечивала бы все его жизненные потребности, используя солнечный свет
в качестве энергии, поступающей из окружающей космической среды.
Космический корабль как искусственная
экосистема
Различают открытый и закрытый типы космического корабля.
В открытой системе
(без
регенерации) поток веществ и энергии идет в одном направлении, и жизнь
системы будет зависеть от запасов воды, пищи и кислорода. Использованные
материалы и отходы хранятся на космическом корабле до возвращения на
землю или выбрасываются в космос (!).
В замкнутой
по всем параметрам
(кроме энергии) системе происходит круговорот веществ, который так же,
как и поток энергии, можно регулировать при помощи внешних механизмов.
Сегодня практически во всех космических кораблях используется система
открытого типа с разными степенями регенерации.
Экосистема включает в себя все живые организмы (растения, животные, грибы и микроорганизмы), которые в той или иной степени, взаимодействуют друг с другом и окружающей их неживой средой (климат, почва, солнечный свет, воздух, атмосфера, вода и т.п.).
Экосистема не имеет определенного размера. Она может быть столь же большой, как пустыня или озеро, или маленькой, как дерево или лужа. Вода, температура, растения, животные, воздух, свет и почва — все взаимодействуют вместе.
Роль человека в воздействии на экосистемы
Об этом очень много говорится сегодня. Наконец-то человек осознал весь масштаб урона, который за последние 200 лет был нанесен им экосистеме. Стали очевидными последствия такого поведения: кислотные дожди, парниковый эффект, глобальное потепление, сокращение запасов пресной воды, оскуднение почвы, сокращение лесных массивов и прочее. Можно бесконечно долго обозначать проблемы, ведь их накопилось огромное множество.
Все это и является той самой ролью, которую сыграл и играет до сих пор человек в экосистеме. Массовая урбанизация, индустриализация, развитие техники, освоение космического пространства и прочие людские действия приводят не только к усложнению состояния неживой природы, но и к вымиранию и сокращению численности биомассы планеты.
Любая экосистема нуждается в защите со стороны человека, особенно сегодня. Поэтому задача каждого из нас — обеспечить ей поддержку. Для этого не нужно много — на правительственном уровне разрабатываются методы защиты природы, простым людям следует лишь придерживаться установленных правил и стараться сохранять экосистемы в неизменном виде, не вводя в их состав избыточного количества разных веществ и элементов.
Сравнительная и агроэкосистем
Кроме того, о чем было сказано выше, данные экосистемы сильно отличаются и по ряду других признаков. В отличие от природных, в агроэкосистеме главным потребителем является сам человек. Именно он стремится к максимальному получению первичной продукции (растениеводческой) и вторичной (животноводческой). Вторым потребителем являются сельскохозяйственные животные.
Второе отличие заключается в том, что агроэкосистема формируется и регулируется человеком. Многие задают вопрос, почему агроэкосистема менее устойчива, чем экосистема. Все дело в том, что в них слабо выражена способность к саморегуляции и самовозобновлению. Без участия человека существуют лишь непродолжительное время.
Следующее различие — это отбор. Устойчивость природной экосистемы обеспечивает естественный отбор. В агроэкосистеме он искусственный, обеспечивается человеком и направлен на получение максимально возможной продукции. Энергия, получаемая агросистемой, включает в себя солнце и все то, что дает человек: орошение, удобрения и так далее.
Природный биогеоценоз питается лишь естественной энергией. Как правило, растения, выращиваемые человеком, включают в себя несколько видов, в то время как природная экосистема отличается огромным разнообразием.
Различный питательный баланс — еще одно отличие. Продукция растений в естественной экосистеме используется во многих цепях питания, но тем не менее все равно возвращается в систему. Получается круговорот веществ.
Классификация экосистем
Классификация экосистем осуществляется по:
- расположению в пространстве,
- масштабу,
- типу возникновения,
- источнику энергии.
По расположению
Бывают наземные и водные системы. Наземные — это системы твердой поверхности нашей планеты. В их распределении наблюдается определенная климатическая зональность. Выделяют виды экосистем:
- арктическая тундра;
- бореальные хвойные леса, летнезеленые лиственные и смешанные леса, степь, пампасы умеренной зоны;
- альпийская (высокогорная) тундра;
- субтропические заросли жестколистных кустарников — чапараль;
- тропические пустыни, злаковники, саванна, вечнозеленые сухие и дождевые леса.
Водные виды делятся на морские (моря, океаны, соленые озера, ватты) и пресноводные (пресные озера, реки, ручьи).
По масштабу
Часть экологов выделяет 3 вида экосистем в зависимости от размера: микросистемы, мезосистемы, макросистемы. Отдельными системами они считают, например, разлагающийся пень, лес, где он находится, и целый континент. Самая большая это биосфера, которая включает в себя совокупность всех наземных и водных видов.
По типу возникновения
Различают естественные (природные) и искусственные, или антропогенные (созданные человеком) типы экосистем. Для первых характерны условность границ, большое разнообразие видов, устойчивость, способность саморегулироваться и восстанавливаться. Человек не влияет на обмен вещества и энергии.
Искусственные системы имеют четкие границы. Они не могут существовать без вмешательства человека, который отбирает для них определенные растения и животных. Они создаются, например для получения сельскохозяйственной продукции (пашни, теплицы, сады, рыбные пруды), отдыха (парки, поля для гольфа), снабжения водой (оросительные каналы, городские пруды).
По источнику энергии
В зависимости от наличия и количества живых организмов, производящих органические вещества (автотрофы, продуценты), бывают такие виды экосистем:
- автотрофные, которые делятся на фотоавтотрофные, использующие солнечную энергию, и хемотрофные, потребляющие химическую энергию. Это леса, болота, пашни, сады.
- гетеротрофные. В естественных (океанические глубоководные) организмы получают энергию, перерабатывая остатки животных и растений, которые попадают к ним из автотрофных. Антропогенные (грибные фермы, фабрики, города) зависят от электроснабжения.
Структура экосистемы
Структура экосистемы — это в основном описание организмов и физических особенностей среды, включая количество и распределение питательных веществ в определённой среде обитания.
Также предоставляется информация о диапазоне климатических условий, преобладающих на данной территории.
Все экосистемы состоят из следующих основных компонентов:
- абиотические компоненты;
- биотические компоненты.
Абиотические компоненты
Экологические отношения проявляются в физико-химической среде. Абиотический компонент экосистемы включает основные неорганические элементы и соединения.
Климатические факторы
Включает в себя такие физические факторы, как влажность, воздушные потоки и солнечная радиация. Лучистая энергия солнца является единственным существенным источником энергии для любой экосистемы.
Эдафические (почвенные) факторы
Почвенные факторы включают в себя рельеф, кислотность почвы, минерализацию и т. д.
Биотические компоненты
Биотические компоненты включают в себя все живые организмы, присутствующие в экологической системе.
С точки зрения питания биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:
- автотрофы (продуценты);
- гетеротрофы (консументы);
- сапротрофы (редуценты).
Автотрофы (продуценты)
Это все зелёные растения, которые используют солнечную энергию и производят еду (органические вещества) из неорганических веществ. Это синезелёные водоросли и некоторые микроорганизмы.
Гетеротрофы (консументы)
Включают тех, которые питаются готовыми органическими веществами, берут пищу от автотрофов: всеядные, травоядные и хищники.
Сапротрофы (редуценты)
Для питания они уничтожают мёртвые органические соединения растений (продуцентов) и животных (консументов), выбрасывают в окружающую среду простые, органические и неорганические вещества, которые были произведены как побочный продукт их метаболизма. Это бактерии и грибы.
Искусственные экосистемы
Искусственными экосистемами называют сообщества животных и растений, обитающих в условиях, которые создал для них человек. Их еще называют нообиогеоценозами или социоэкосистемами. Примеры: поле, пастбище, город, общество, космический корабль, зоосад, сад, искусственный пруд, водохранилище.
Самым простым примером искусственной экосистемы является аквариум. Здесь ареал обитания ограничен стенками аквариума, приток энергии, света и питательных веществ осуществляется человеком, он же регулирует температуру и состав воды. Численность обитателей также изначальна определена.
Первая особенность: все искусственные экосистемы являются гетеротрофными
, т.е потребляющими готовую пищу. Возьмем для примера город — одну из самых больших искусственных экосистем. Здесь огромную роль играет приток искусственно созданной энергии (газопровод, электричество, продукты питания). В то же время, такие экосистемы характеризуются большим выходом ядовитых веществ. То есть, те вещества, которые в природной экосистеме в дальнейшем служат для производства органики, в искусственных зачастую становятся непригодными.
Еще одна отличительная особенность искусственных экосистем — незамкнутый цикл обмена веществ.
Возьмем для примера агроэкосистемы — наиболее важные для человека. К ним относятся поля, сады, огороды, пастбища, фермы и прочие сельскохозяйственные угодья, на которых человек создает условия для выведения продуктов потребления. Часть пищевой цепочки в таких экосистемах человек вынимает (в виде урожая), а потому пищевая цепочка становится разрушенной.
Третьим отличием искусственных экосистем от природных является их видовая малочисленность
. Действительно, человек создает экосистему ради выведения одного (реже нескольких) видов растений или животных. Например, на пшеничном поле уничтожаются все вредители и сорняки, культивируется лишь пшеница. Это дает возможность получить лучший урожай. Но в то же время, уничтожение «невыгодных» для человека организмов делает экосистему неустойчивой.
Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем
Сравнение природных экосистем и социоэкосистем удобнее представить в виде таблицы:
|
Природные экосистемы |
Искусственные экосистемы |
| Главный компонент — солнечная энергия. | В основном, получает энергию из топлива, и готовой пищи (гетеротрофны) |
| Формирует плодородную почву | Истощает почву |
| Все природные экосистемы поглощают углекислый газ и производят кислород | Большинство искусственных экосистем потребляет кислород и продуцирует углекислый газ |
| Большое видовое разнообразие | Ограниченное количество видов организмов |
| Высокая устойчивость, способность к саморегуляции и самовосстановлению | Слабая устойчивость, так как такая экосистема зависит от деятельности человека |
| Замкнутый обмен веществ | Незамкнутая цепь обмена веществ |
| Создает места обитания диких животных и растений | Разрушает ареалы дикой природы |
| Накапливает воду, разумно расходуя ее и очищая |
Природа многогранна и прекрасна. Можно сказать, что это целая система, включающая в себя как живую, так и неживую природу. Внутри нее много других различных, уступающих ей по масштабу систем. Но не все они полностью созданы природой. В некоторые из них свою лепту вносит человек. Антропогенный фактор способен кардинально поменять природный ландшафт и его направленность.
Агроэкосистема — возникшая в результате антропогенной деятельности. Люди могут вспахать землю, засадить территорию деревьями, но, что бы мы не делали, нас всегда окружала и будет окружать природа. В этом некая ее особенность. Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? В этом стоит разобраться.
