Основи екології - Мягченко О.П. - 1.4.3. Угрупування та екосистеми

Між всіма організмами діють строго визначені відношення, що сприяють утворенню певних угрупувань, їх складних екологічних систем з певною структурою. В цьому важливою є так звана піраміда енергій або трофічних (речовинно-енергетичних) зв'язків:

1. Споживачі або консументи першого порядку існують тільки за рахунок продуцентів (рослин), наприклад травоїдні тварини.

2. Консументи другого порядку харчуються консументами першого порядку, наприклад м'ясоїдні, що поїдають рослиноїдних тварин.

3. Консументи третього порядку живуть за рахунок консументів другого порядку. Це м'ясоїдні, що харчуються іншими м'ясоїдними, травоїдними тваринами (хижаки, людина).

При переході з нижчого ступеня на верхній передається в середньому 10% накопиченої енергії в речовині, а повертається в середовище близько 90% накопиченої енергії. Тому рослинноїдні засвоюють тільки 10% енергії. Хижак, що харчується травоїдними, засвоює вже тільки 1%, хижак другого порядку - 0,1%, консумент третього (наприклад людина ) - 0,01% енергії, накопиченої рослинами. Зворотна її передача від верхнього на нижній ступінь складає не більше 0,1% енергії. Таким чином, існують певні трофічні, або живильні, ланцюги, що утворюють екологічні, харчові або енергетичні зв'язки, характеризують витрати речовини, енергії на кожному щаблі трофічної піраміди. В цьому виявляється один із законів природи - закон Ліндемана.

За Вернадським, двигуном кругообігів різноманітних речовин є процеси життя, могутні геохімічні сили планети, біогенна міграція атомів, що "є формою організованості першорядного значення в структурі біосфери".

В результаті кругообігу речовин, енергії за час існування біосфери було створено 3,5 х10²¹ т біомаси, що майже вдвічі перевищує масу земної кори (1,7 х10²¹ т). Завдяки кругообігам речовин - вуглецю, кисню, азоту, фосфору, сульфуру, води сформувалися живі системи високого рівня впорядкованості та складності - екосистеми.

Безупинний кругообіг всіх речовин утворює планетарні цикли. Так, повний цикл вуглецю атмосфери у вигляді вуглекислого газу складає 300 років, при цьому вищі наземні рослини і водорості асимілюють в процесі фотосинтезу близько 200 млрд т вуглецю у вигляді органічних сполук. Загальний запас вуглецю в біосфері складає 12 тис. млрд (12x10¹²) тонн. Цикл кисню атмосфери, який проходить через живу речовину біосфери, складає майже 2000 років, при його загальному запасі 10¹⁵ тонн. Людство, за всю свою історію існування, безповоротно перевело близько 300 млрд т кисню в такі сполуки, з яких він не може знову вивільнитися в атмосферу.

Негативно впливають на екосистеми сучасні кругообіги азоту, фосфору та сірки, в які втрутилася людська діяльність, швидко вивільнюючи ці елементи з їх природних покладів. Це сприяє процесу евтрофікації - надживлення і бурхливе розмноження мікроорганізмів., негативно впливає на концентрацію кисню у водоймах, сприяє загибелі водних організмів, руйнуванню водних екосистем, у повітрі утворюються кислотні опади, які містять азотну, сірчану кислоти.

Важливим є кругообіг води - за одну хвилину з поверхні водойм випаровується один мільярд тонн - утворюються хмари, опади. Швидкість циркуляції води залежить від виду її джерела: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтова - за один рік, річкові води - за 12 діб, атмосферна - за 9 діб. Двигуном кругообігу є енергія Сонця. Отже кругообіги найважливіших речовин біосфери є причиною і наслідком існування складних екосистем.

Термін і поняття екологічна система запровадив англійський учений А. Д. Тенслі в 1935 р. Це сукупність потоків енергії, трофічних зв'язків між живими та неживими об'єктами, що зв'язують комплекси організмів і компонентів неживої природи в єдине ціле. В ній здійснюється кругообіг речовин і енергії. Це система, що чітко відмежовується в просторі і часі, охоплює живі організми і фізичні умови, клімат, ґрунти, тобто певні межі географічної оболонки.

Частина екосистеми, заселена групою подібних організмів - рослин або тварин, утворює парцелу (фр. - частина). Між усіма парцелами існують трофічні та енергетичні зв'язки, завдяки яким формуються групи живих організмів - популяції, властивості яких вивчає популяційна екологія.

Можна вважати, що екосистеми утворюються в результаті скупчення, агрегації популяцій - принцип В. Оллі (1931). Це сприяє конкуренції між індивідами, виживанню групи. Принцип агрегації диктує необхідність утворення зграй, стад, колоній, розподіл рослин.

Екосистеми розділяють на системи суші (болота, ліси, пустелі) і водні (океан, море, ріка), природні (ліс, пустеля) та антропогенні (сад, поле, город, теплиця). Сукупності подібних екосистем утворюють біоми (гр. біо - життя, гр. омат - подібний, однаковий) або суперекосистеми.

Виділяють дев'ять біомів: тропічні ліси і рідколісся; тропічні савани та лукопасовищна рослинність, пустелі - жаркі та холодні; зона рослинності середземноморського типу, або чапараль; ліси помірного поясу; лукопасовищені райони помірного поясу, включаючи прерії і степи; бореальні (холодного клімату) ліси; тундра.

Всі об'єкти складають певну просторову структуру екосистеми -вертикальну, горизонтальну. Їх утворюють близькі угруповання рослин, тварин - синузії - сукупності організмів, що складаються з однієї або декількох подібних життєвих форм.

Екосистема завжди складається з біоценозу та біотопу - це її компоненти. Біоценоз (гр. біо - життя, гр. ценоз - спільність) - угруповання, сукупність популяцій організмів, що займають більш - менш однотипну за умовами існування ділянку - ареал (лат. - площа, територія), біотоп (гр. - місце життя). Вперше цей термін застосував К. Мебіус у 1877 р. Це поняття має велике значення в становленні системної концепції в екології. Біоценоз - це взаємодіюча сукупність організмів, що складається з різноманітних ценозів - фітоценозів (сукупність популяцій всіх видів рослин), зооценозів - сукупність тварин, мікоценозів - сукупність грибів, мікробоценозів (сукупність мікроорганізмів). Це структурний комплекс живих і неживих компонентів природи, тісно пов'язаних між собою обміном речовин, енергії та інформації.

Структурованість біоценозу визначають за формулою Мак-Артура (1957): I=-n/Nlogm/N, де: N - кількість елементів біоценозу; n - кількість елементів біоценозу певної групи; m - кількість груп; І - інформація, що міститься в біоценозі.

Біоценоз - це не тільки теоретичне поняття, але й практичне. За Б. Биковим біоценоз має виробничу ефективність, яку можна обчислити, виходячи з середньорічної продуктивності і виміряти нормою рентабельності (Р): Р=В-С/С100, де: Р - вартість отриманої продукції; С - собівартість з урахуванням витрат на одержання та підвищення продуктивності. Інформація - це енергія, яка стабілізує будь-яку систему - живу, неживу. Інформація, як і енергія, - це тільки характеристика системи. Отже, інформація та енергія тісно пов'язані.

Складова частина біоценозу - консорція (лат. - спільність) - група видів тварин, рослин, пов'язаних трофічними і топічними зв'язками. Кожний окремий організм - консорт, а їхня сукупність, об'єднана однаковим типом харчування, утворює гільдію (нім. - об'єднання).

На відміну від біоценозу існує поняття - біота (гр. - життя) - сукупність тварин, рослин, сумісне існування яких визначає тільки територія, яку вони займають з її факторами неживої природи, але прямих екологічних зв'язків між ними може не існувати. Наприклад, кенгуру і цератодус, які є представниками австралійської фауни (територія), екологічними, наприклад трофічними, зв'язками, не пов'язані

Біотоп - місце життя, ділянка земної поверхні, водного постору, що має специфічні характеристики: кліматичні - екотоп (повітряний тиск, температура, вологість, освітленість) і ґрунтові характеристики - едафотоп (гр. едафос - грунт). Біотоп - це дно моря і берег річки, схил балки і скеля та інші частини біосфери. Подібні біотопи утворюють біохори (гр. хорас - простір), сукупність утворює біоцикл. Біотопи піщаних, глинистих, кам'янистіх пустель утворюють біохор пустель, який разом з біохорами лісів, степів утворюють біоцикл суші. Це частина біосфери, екосистема, що може самостійно підтримувати власну життєдіяльність. Відомо три біоцикли - біоцикл океану, біоцикл суші та прісноводний біоцикл. Океанічний біоцикл складається з двох зон - пелагічної (гр. - море) і бентичної (гр. - морське дно).

Сукупність організмів даного виду, подібних за способом життя, утворює екологічну нішу, яка забезпечує їм відносну безпечність та незалежність існування. Ніша багатомірна і є комплексом елементарних ніш, або характеристик: температури, вологості, освітленості, способу харчування, розмноження. Це її характеристики, що є її мірами.

Питання

1. Які Ви знаєте функції біосфери?

2. Який закон біосфери зумовлює піраміду енергій, яке його значення?

3. Яка роль кругообігів речовин в біосфері, в чому небезпека їх порушення?

4. Що таке планетарні цикли?

5. Що таке екосистеми, яке їх значення?

6. Що таке парцела, як вона зв'язана з популяцією?

7. Охарактеризуйте біоценоз, його структуру, види, економічне значення.

8. Яка структура екосистеми?

9. Як обчислити час існування популяції, визначити економічне значення?

10. Що таке біотичний потенціал, яке його значення?