Составляющие и процессы природных экосистем

Составляющие и процессы природных экосистем Общие проблемы экологии и характеристики биосферы (атмосферы, гидросферы и литосферы) в их глобальном аспекте. Понятно, что они различаются по регионам и по отдельным экосистем, которые и образуют наше непосредственное жизненную среду. Различные живые организмы (биотические) находятся в постоянном взаимодействии с неживым (абиотической) средой. Вместе они образуют отдельные биосистемы (биотические общества), которые, осваивая энергетические потоки, осуществляют круговорот вещества между ее живой и неживой частями. Живые организмы и неживое среду взаимно влияют на генезис и морфологию друг друга и удерживают их в той форме, которая существует на Земле. Американский эколог Ю. Одум выделяет четыре основных компонента экосистемы — поток энергии, круговорот вещества, биотическое общество и так называемые управляющие обратные связи. Биотическое общество экосистемы — это зеленые растения (автотрофы), самостоятельно питаются, осуществляя конверсию солнечной энергии в химическую энергию межатомной связи в клетчатке, и те живые организмы, которые нуждаются готовой растительной пищи (гетеротрофы). Особенностью любой экосистемы является то, что поток лучистой солнечной энергии, направленный в одну сторону по схеме «вход — выход» системы для поддержания температурных условий ее функционирования, деградирует (рассеивается), оставляя систему в форме низкокачественной тепловой энергии. Итак, энергия используется только один раз. Рис. 31. Схема потока энергии в природной экосистеме Химические биогенные элементы С, Н, О, N, формируя автотрофы и гетеротрофы, могут быть использованы многократно. Итак, по такой схеме в природной экосистеме питательные элементы строения организма почти полностью движутся в трофической цикле — от автотрофов к гетеротрофам и от последних снова в автотрофов. Однако поток энергии не является полностью однонаправленных. Частично он трансформируется в продукты фотосинтеза автотрофов, а далее в энергию химической связи веществ — составляющих гетеротрофных организмов, остатки которых, в свою очередь, питают автотрофы через их корни. Рис. 32. Источники и потоки материального и энергетического питания природных экосистем Реальными единицами экосистемы могут быть природные объекты, такие как озера, леса, луга, отдельные поселки и города. По Ю. Одум для таких экосистем существенными есть определенные закономерности: 1. Чем больше по размерам единица экосистемы, тем меньше она зависит от воздействия внешних сред на «входе» и «выходе». 2. Что интенсивный обмен в экосистеме, тем больше приток и отток энергии и вещества. 3. Более возбуждено сбалансированность автотрофных и гетеро — трофних процессов, тем больше должен быть приток энергии из внешней среды для восстановления таких процессов. Рассмотрим в качестве примеров такие экосистемы, как озеро и луг. Понятно, что в озере растения, микроорганизмы, рыба и насекомые не только усваивают энергию среды, размножаются и погибают, а и формируют химический состав воды, ила и растворенного воздуха, то есть среды в целом. Некоторые более-менее крупные растения и животного можно отделить от среды для специального изучения и статистических подсчетов, но мириады мелких организмов отделить от их неживого среды невозможно без изменения их свойств. Главные компоненты абиотической среды — это вода, диоксид углерода, атмосферный кислород и азот, соли. Последние содержат три важных биогенные элементы К, N, Р, которые входят в состав аминокислот, гуминовых кислот и др. Лишь небольшая часть из них находится в растворенном состоянии и непосредственно доступна для потребления живыми организмами озера, а большинство являются нерастворимой или малорастворимые и находится в так называемых фондах. То же касается и лугов и других наземных экосистем. Например, в лесу около 90% азота накоплен в органическом веществе почвы, более 9% в биомассе деревьев и только около 0,5% в легкодоступной для питания растений форме — в растворе солей грунтовых вод. Важнейшими переменными факторами, которые ежедневно регулируют интенсивность функционирования каждой природной экосистемы, являются: 1) поступления солнечной энергии и температурный суточный цикл; 2) скорость освобождения необходимых элементов из «фондов» в раствор. Биотические группы и метаболизм экосистем . Биотический «контингент» организмов рассмотренных экосистем (озеро, луга) составляют три основные группы. Первая группа — продуценты. В озере — это растения (автотрофы), непосредственно трансформируют энергию солнца — биоэнергию. В свою очередь, автотрофы разделяют на два типа. Первый — это достаточно большие, укоренившиеся в почве, или такие, которые плавают на поверхности растения (макрофиты), которые случаются везде на мелководье, и второй тип — мелкие, едва заметные плавающие растения и водоросли — фитопланктон, который населяет толщу воды до глубин, куда уже не попадает свет. Очень часто (неспециалисты) даже не замечают многого фитопланктона, хотя в крупных водоемах (а также в океане) он является основным продуцентом корма для всей экосистемы. Вторая группа — макроконсументы. Среди них два вида: первичные — растительноядные и вторичные — плотоядные. В водоемах среди растительноядных макроконсументив зависимости от потребительских продуцентов выделяют первичные — зоопланктон (животный планктон) и бентос (донные формы) — и вторичные — хищная рыба. На луговых экосистемах соответственно первичные — это растительноядные насекомые, грызуны и копытные (млекопитающие), а вторичные — хищные насекомые и животные. Третья группа — сапротрофных организмы. К этой группе относятся бактерии, которые питаются гнилыми остатками других организмов, жгутиковые и грибы. В водоемах эти организмы многочисленные на поверхности раздела ила и воды, а в луговых экосистемах — на грани почвы и подстилки. Сапротрофных организмы часто образуют взаимовыгодное ассоциации с растениями и являются неотъемлемой частью их корней. После отмирания растения и животные подвергаются разлагающего действия микроорганизмов, в результате чего часть питательных элементов биомассы растений высвобождается и снова используется живыми организмами. Составляющие растений — целлюлоза и лигнин — очень устойчивые химические системы, которые образуют гумус почвы. Благодаря им растительный грунт и донные осадки имеют губчатую структуру, благоприятную для роста корней растений и размножения полезной микрофлоры.