Пруд и луг как экосистемы.

Понятие об экосистеме.

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение нераз­делимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаи­модействии. Любая единица, включающая все со­вместно функционирующие организмы на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой в неживой частями, представляют собой экосистему. Экосистемы представляют собой открытые системы, они должны получать и отдавать энергию, поэтому важной составной частью концепции являются среда на выходе и среда на входе. Термин экосистема был предложен Тенсли. Экосистемы, входящие в биосферу, в разной степени открыты для потоков веществ, для иммиграции и эми­грации организмов. Функционирующая экосистема долж­на иметь вход и пути оттока переработан­ной энергии и веществ. Масштабы изменений среды на входе и на выходе сильно варьируют и зависят от: 1) размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей); 2) интенсивности обмена (чем он интенсивнее, тем больше приток и отток); 3) сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления); и 4) стадии и степени развития системы (мо­лодые системы отличаются от зрелых). Структура экосистемы. С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса: 1) верхний автотрофный ярус, или «зеленый по­яс», включающий растения, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений, и 2) нижний гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений. В составе экосистемы можно выделять компоненты: 1) неорганические вещества (С, N, СО2, Н2О), включающиеся в круговороты; 2) органические со­единения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим; 4) продуцентов, автотрофных ор­ганизмов; 5) макроконсументов, или фаготрофов — гетеро­трофных организмов, (животные), питающихся другими организмами или частицами органического вещества; 6) микроконсументы, сапротрофов, деструкто­ров, или осмотрофов — ге­теротрофных организмов (бактерии и грибы), получаю­щих энергию путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества. Энергетическая классификация экосистем. Источник и качество доступной энергии определяют видовой состав и численность организмов, характер функциональных процессов, протекающих в экосистеме, и про­цессов ее развития, и образ жизни человека. Выделяют четыре главных типа экосистемы: 1. Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые. 2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками. 3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком. 4. Индустриально-городские, движимые топливом (ископае­мым, другим органическим или ядерным).

Пруд и луг как экосистемы.

Растения, животные и микроорганизмы не только живут в пруду и на лугу, но и изменяют химический состав воды, почвы и воздуха, кото­рые составляют физическую среду. Абиотическиевещества. Основные абиотические компоненты — это неорганические и органические соединения и отдельные эле­менты (вода, двуокись углерода, кислород, соли каль­ция, азота, серы и фосфора, аминокислоты). Небольшая часть важных элементов питания находится в растворе и доступна организмам, но значительное их количество держится в запасе в виде нерастворенных частиц вещества. Пруд или озеро — это не вод­ная масса, содержащая элементы питания, а равновесная система из воды и твердой фазы. Скорость высвобождения элементов питания в раствор, по­ступление солнечной энергии, дол­гота дня, климатические условия — важ­ные переменные, ежедневно регулирующие интенсивность функ­ционирования всей экосистемы. Продуценты. Продуцентов пруда можно подразделить на два типа: 1) крупные плавающие растения (макрофиты), встречающиеся на мелководье, и 2) мелкие плавающие растения фитопланктон. В лугопастбищном и во всех наземных сообществах преобладают укоре­ненные растения, но на почве, камнях и стеблях высших растений встречаются мелкие фотосинтезирующие орга­низмы (водоросли, мхи и лишайники). Макроконсументы. Первичные макроконсументы, или расти­тельноядные животные, питаются живыми растениями или их частями. В пруду име­ются два типа первичных макроконсументов: зоопланктон и бентос, соответствующие двум типам продуцентов. В лугопастбищной экосистеме расти­тельноядные животные делятся на две группы: мелкие — растительноядные насекомые и другие беспозвоночные и крупные — травоядные грызуны и копытные млекопитающие. Вторичные консументы, или плотоядные, такие, как хищные на­секомые и хищные рыбы в пруду и хищные насекомые, пауки, птицы и млекопитающие на лугу, пи­таются первичными консументами или другими вторичными консументами (становясь третичными консументами). Другой тип консументов - детритофаги существуют за счет «дождя» органическо­го детрита, падающего из верхних автотрофных ярусов. Вместе с растительноядными детритофаги служат пищей для плотоядных. Все детритоядные животные получа­ют большую часть пищи, переваривая микроорганизмы, заселив­шие частицы детрита. Сапротрофныеорганизмы. Бактерии, жгути­ковые и грибы распространены повсеместно, но особенно много­численны эти организмы на поверхности раздела ила и воды (в пруду) и на границе подстилки и почвы в луговых экосистемах. При благоприятных температурных условиях первые стадии разложения проходят быстро. Мертвые животные и рас­тения сохраняются недолго и вскоре распадаются на части в результате совместного действия детритоедов и микроорганизмов. Часть содержащихся в них элементов питания высвобождается для повторного использования. Уровень освещенности, при котором растения еще способны уравновешивать создание и потребление пищи,

называется компенсационным уровнем и характеризует

только после периода эволюционной «подгонки». Для новых экосистем характерны более резкие колебания и чрезмерный рост численности по срав­нению со зрелыми системами. Экосистемы имеют тенденцию становиться сложнее в благоприятной физи­ческой среде, чем в среде со случайными нарушениями на входе, например штормами. Можно выделить два типа стабильности. Резистентная устойчивость — это способность экосистемы со­противляться нарушениям, поддерживая неиз­менной свою структуру и функцию. Упругая устойчивость — это способность системы восстанавливаться после того, как ее струк­тура и функция были нарушены. Оба типа стабильности взаимно исключают друг друга, т.е. системе трудно одновременно развить оба типа устойчивости.

Концепция продуктивности.

Первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой лучи­стая энергия усваивается организмами-продуцентами (зелеными растениями) в процессе фотосинтеза и хемо­синтеза, накапливаясь в форме органических веществ. В процессе производства органического вещества выделяют четыре последовательных уровня: 1. Валовая первичная продуктивность — это общая скорость фотосинтеза, включая те органические вещества, которые за время измерений были израсходованы на дыхание. 2. Чистая первичная продуктивность — скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом того органического вещества, которое использовалось при дыхании рас­тений за период. 3. Чистая продуктивность сообщества — скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами за период (т. е. чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами). 4. Скорость накопления энергии на уровнях консументов - вторичная продуктивность. Оценивая про­дуктивность экосистемы, необходимо учитывать как утечки энер­гии, связанные со сбором урожая, загрязнением среды, неблагоприятными климатическими условиями, способствующих отведению энергии от процесса продукции, так и поступления энергии, которые увели­чивают продуктивность, компенсируя потери тепла при дыхании, необ­ходимые для поддержания биологической структуры. В биологических сообществах процесс продукции непрерывен во времени. В продуктивном сообществе может быть больше организмов, чем в менее продуктивном, но иногда это бывает и не так, если организмы в продуктивном сообществе быстрее изымаются. Н-р, на богатом пастбище, выедаемом скотом, урожай травы на корню будет меньше, чем на менее продуктивном пастбище, на которое не выгоняли скот. Концепция энергетической субсидии. Всякий источник энергии, уменьшающий затраты на самопод­держание экосистемы и увеличивающий ту долю энергии, которая может перейти в продукцию, называется вспомогательным пото­ком энергии, или энергетической субсидией. При высоких температурах растение тратит больше энергии валовой продукции на дыхание. В жарком климате поддержание структуры обходится растению дороже. Естественные сообщества, получающие добавочную энергию от природных ее источников, дают наибольшую валовую продук­тивность. Н-р, марш, получающий в виде приливных или других потоков воды оптимальную энергетическую субсидию, характеризуется такой же валовой продуктивностью, как интенсивно возделываемое кукурузное поле. По валовой продуктивности культурные экосис­темы не превосходят некоторые природные.