Екологічні системи - студопедія
Популяційно-видовий рівень - це сукупність особин одного виду, об'єднаних спільною територією і генофондом.
Вид - сукупність особин, які мають спадковим подібністю морфологічних, фізіологічних і біохімічних властивостей, що вільно схрещуються і дають плідне потомство, пристосованих до певних умов життя і які в природі певний ареал.
Види відрізняються один від одного за багатьма ознаками:
1.Морфологический критерій базується на схожості зовнішньої та внутрішньої будови особин одного виду.
2.Генетіческій критерій - це характерний для кожного виду набір хромосом, чітко визначений їх число, розмір і форма, це головний видовий ознака.
3.Фізіологіческій критерій - це подібність всіх процесів життєдіяльності і, перш за все схожість розмноження.
4.Географіческій критерій - певний ареал, займаний видом в природі.
5.Екологіческій критерій - сукупність факторів зовнішнього середовища, в якій існує вид.
Сукупність особин одного виду, розповсюджена на певній території називається популяцією. наприклад, стадо оленів або березовий гай. Основними характеристиками популяції є:
1.Плотность визначається числом особин, що припадають на одиницю площі або об'єму.
2.Чісленность різна у різних видів, але вона не може бути нижче деяких меж. Падіння чисельності нижче критичної може привести до зникнення популяції.
3.Возрастной склад залежить від тривалості життя особин, періоду досягнення ними статевої зрілості.
4.Характер розподілу особин популяції в просторі може бути рівномірним, випадковим або скупченим.
Біоценоз включає всі популяції різних видів, які характеризуються певними відносинами як між собою, так і з неорганічної середовищем на певній території, званої біотопом.
Біогеоценоз (наземна екосистема) - виделённий ділянка земної поверхні зі своїм природним набором живих істот (біоценоз) і ін. Компонентів: приземний шар атмосфери, грунт, сонячна енергія (озеро, галявина, ділянку лісу - біотоп). Дуже великі екосистеми називаються Біоми.
Биом - сукупність видів рослин і тварин, що складають населення однієї природної зони і характеризується певним типом структури спільноти, яка виражає комплекс адаптації до умов середовища. Існують наступні основні типи біомів: тундра, хвойний ліс, листяний ліс, вологий тропічний ліс, степ і пустеля.
Екосистеми поділяються за ступенем антропогенного впливу на природні (збереглися в недоторканності), модифіковані (змінилися від діяльності людини) і трансформовані (перетворені людиною). Екосистема складається з 4-х основних елементів.
1.Нежівая (абиотическая) середовище проживання - вода, мінеральні речовини, гази, а також неживі органічні речовини і гумус.
2.Продуценти (виробники) - живі істоти, здатні з неорганічних матеріалів середовища будувати органічні речовини. До них відносяться автотрофні організми, що виробляють їжу, тобто первинні органічні речовини, в процесі фото- або хемосинтезу. Таку роботу виконують, головним чином, зелені рослини, що виробляють за допомогою сонячної енергії з вуглекислого газу, води і мінеральних речовин органічні сполуки. Органічні речовини, що виробляються рослинами, йдуть в їжу тваринам і людині, а вивільняється кислородпозволяєт використовується при диханні.
3.Консументи - споживачі рослинної і тваринної продукції - гетеротрофні організми, головним чином тварини, що поїдають інші організми.
Залежно від джерел живлення розрізняють кілька груп консументов:
1.Фітофагі - рослиноїдні, це консументи першого порядку. До них відносяться тварини, що харчуються рослинами (від попелиці і коника до коня і корови).
2.Зоофагі - хижі організми, які харчуються тваринами. До них відносяться і дрібні і великі тварини, рослини - хижаки. Гетеротрофи другого порядку харчуються виключно фитофагами, а третього порядку - м'ясоїдними тваринами.
3.Паразіти - консументи четвертого порядку.
4.Сімбіотрофи - мікроорганізми, що харчуються кореневими виділеннями рослин (нитки грибів, мікроорганізми, які живуть в травному тракті тварин - фітофагів).
5.Евріфагі - всеїдні організми зі змішаним типом харчування, харчуються як рослинами, так і тваринами.
6.Детрітофагі - організми, що живляться мертвою органічною речовиною - залишками рослин і тварин (виконують функцію очищення екосистем).
4.Редуценти (руйнівники) - гетеротрофні організми, які завершують роботу детритофагов, вони розкладають залишки відмерлих істот (рослинні залишки або трупи тварин перетворюються знову в вихідна сировина (вода, мінеральні речовини і вуглекислий газ), придатне для продуцентів, що перетворюють ці складові частини знову в органічні речовини. до них відносяться гриби, бактерії, безхребетні (наприклад, черви).
Детритофаги і редуценти за типом харчування виділяють в особливі групи організмів - сапрофагі (харчуються мертвими органічними рештками тварин) і сапрофіти (харчуються залишками рослин і тварин).
Взаємозв'язку організмів в екосистемах вельми різноманітні. Найбільш важливе значення мають харчові або трофічні взаємозв'язку: один організм поїдається іншим, той третім і т.д. Ряд таких ланок називається харчової або трофічної ланцюгом.
Харчові ланцюги - послідовність організмів різних трофічних рівнів, в яких кожне попереднє ланка служить їжею для наступного. У природі вони взаємопов'язані і утворюють складну харчову мережу.
Основу будь-харчового ланцюга складають автотрофні організми, або продуценти - переважно зелені рослини. Наступні ланки в ланцюзі харчування займають гетеротрофні організми - консументи. Починаючи з ланки продуцентів, є два основних шляхи використання енергії. По-перше, вона використовується травоїдними тваринами (фитофагами), по-друге, її споживають сапрофагі у вигляді вже відмерлих тканин (наприклад, при розкладанні торішньої трави). Сапрофаги отримують необхідну енергію, розкладаючи мертве органічна речовина. Відповідно до цього існує два види харчових ланцюгів: ланцюги поїдання і ланцюги розкладання. Харчові мережі в мікробних співтовариствах відрізняються тим, що бактерії, як правило, не поїдають один одного, а споживають продукти життєдіяльності своїх сусідів.
Велика частина енергії, що міститься в їжі, витрачається тваринами на різні процеси життєдіяльності, перетворюючись при цьому в тепло і розсіюючись. Тільки 5-10% енергії витрачається на побудову тіла тварини, тобто його біомаси.
Біомаса рослин становить перший трофічний рівень, біомаса 2-го трофічного рівня (фітофаги) в 20-50 разів менше, оскільки рослиноїдні з'їдають близько 10% біомаси рослин, з яких на дихання і з екскрементами втрачається 90% енергії. Біомаса м'ясоїдних, з тих же причин, в 10 і більше разів менше, ніж рослиноїдних (правило 10%).
Співвідношення між продуцентами, консументами і редуцентами можна представити у вигляді піраміди. Рівень екологічної піраміди складає ланка харчового ланцюга. Підставою екологічної піраміди служить перший трофічний рівень - продуценти. Без них екосистема з'їла б сама себе і припинила б своє існування. У наземних екосистемах з підвищенням трофічного рівня запас біомаси зменшується, а в деяких водних екосистемах запас біомаси збільшується при переході від продуцентів (водоростей) до консументам. Тому в водних екосистемах екологічна піраміда виявляється перевернутої, тому що біомаса консументів вище, ніж продуцентів. Перевернута піраміда спостерігається не в усі сезони року. Влітку, в період масового розвитку планктону, його біомаса може бути вище біомаси 2-го і 3-го трофічних рівнів.
а) екологічна піраміда наземних екосистем б) водних екосистем
У ряді глибоководних і підземних екосистем практично немає ланки продуцентів - їх продукція надходить від поверхневих екосистем.
Кількість ланок (трофічних рівнів) в наземних екосистемах може досягати чотирьох (рослина - фітофаг - дрібний хижак - великий хижак), у водних - шести (фітопланктон - рослинний зоопланктон - хижий зоопланктон - дрібні риби - середні риби - великі риби).
Продуктивність екосистеми вимірюється масою органічної речовини, створеного екосистемою за одиницю часу на одиницю площі, і називається біологічною продуктивністю (т / км 2 на рік).
Екосистема живе і розвивається як єдине ціле. У природі менш стійкі екосистеми з часом змінюються на більш стійкі. Їх зміна визначається трьома факторами:
1) впорядкованим процесом розвитку екосистеми - встановленням в ній стабільних взаємин між видами;
2) зміною кліматичних умов;
3) зміною фізичного середовища під впливом життєдіяльності організмів, складають екосистему.
Послідовна зміна одних екосистем іншими на певній ділянці земної поверхні під впливом природних або антропогенних факторів називається сукцесій. Сукцесії поділяють на первинні та вторинні.
Первинні сукцесії розвиваються на позбавленому життя місці, де умови існування спочатку не є сприятливими. Прикладом первинної сукцесії є заростання піщаних дюн або лавових потоків.
Вторинні сукцесії відбуваються на ділянці, вже зайнятому добре розвиненим співтовариством (під впливом внутрішніх факторів - життєдіяльності організмів), або звільненому після руйнування спільноти під впливом зовнішніх причин (стихійних лих - пожеж, повеней чи в результаті діяльності людини). Прикладом вторинної сукцесії під впливом внутрішніх факторів може служити процес заростання озера (під впливом життєдіяльності населяють його організмів озеро повільно наповнюється мертвою органічною речовиною, поступово в озері зменшується глибина, і врешті-решт воно перетворюється в болото, а потім і в сушу). Сукцесію можна спостерігати і на міських вулицях, наприклад, мохи, лишайники і бур'яни заселяють тріщини на тротуарах. Сукцесія завершується стадією, коли всі види екосистеми зберігають відносно постійну чисельність і подальшої зміни її складу не відбувається. Таке рівноважний стан називається клімаксом. а екосистема - клімаксовие.
Раптове різке збільшення чисельності одних видів відбувається за рахунок загибелі інших, при цьому виникають екологічні порушення. Екологічні порушення виникають при вторгненні в екосистему нових видів (кролик в Австралії) або при непродумане вплив людини на природу (скидання биогенов у водойму).
На формування екосистем впливають абіотичні і біотичні фактори. До абіотичних факторів в першу чергу відносять фактори неорганічної природи: світло, температура, вологість, тиск, агрегатний стан самого середовища, хімічний склад, концентрація речовин в ній, а також фізичні поля, радіація, добові та сезонні зміни в природі. Біотичні фактори - це прямі або опосередковані впливу інших організмів, що населяють середовище проживання даного організму. Всі біотичні фактори обумовлені внутрішньовидовими і міжвидовими взаємодіями. До біотичних факторів середовища відносяться і поживні речовини. тобто елементи або їх сполуки, необхідні для життєдіяльності організмів, їх зростання і розмноження. Елементи, постійно присутні в живих організмах і виконують там певні функції, називаються біогенними елементами. Частина з них потрібно у великих кількостях і входить в організм у великих кількостях - це макробіогенние елементи. Елементи, що вимагаються в невеликій кількості і входять в організм в невеликих концентраціях - мікробіогенние.
Біотичні чинники включають певні типи відносин між живими організмами:
1.Нейтралізм. при якому спільно мешкають на одній території популяції не впливають один на одного. При нейтралізме особи різних видів не пов'язані один з одним безпосередньо, наприклад, білки і лосі в одному лісі не контактують один з одним.
2.Сімбіоз - форма взаємовідносин, при якому обидва види або один з них отримує користь від іншого. Позитивні симбіотичні взаємини представлені в природі найрізноманітнішими формами.
Тип взаємин, при якому один з двох спільно мешкають видів отримує користь з спільного існування, не завдаючи шкоди іншому виду, називається комменсализмом. Наприклад, у відкритому океані великих морських тварин - акул, дельфінів, черепах - часто супроводжують невеликі риби-лоцмани. Лоцмани годуються залишками їжі тварин, яких супроводжують, а також їх паразитами. Близькість до великих хижаків захищає лоцманів від нападу. Такі відносини межу видами прийнято називати нахлебничества. Нахлебнічество приймає різні форми. Наприклад, гієни підбирають залишки недоїденою левами видобутку.
Найчастіше тіла інших організмів або їх місцеперебування служать притулком. Ця форма взаємовідносин отримала назву квартірантства. Наприклад, мальки риб ховаються під парасольками великих медуз, де знаходяться під захистом щупалець.
Наступним видом симбіозу є Протокооперація - коли спільне існування вигідно обом видам, але необов'язково для них (співіснування актинії і рака-самітника).
Найбільш сильний взаємозв'язок між організмами виникає при мутуалізм. коли обидва види не тільки отримують користь із спільного існування, але і не можуть жити самостійно. Прикладом мутуалізму є відносини мікроорганізмів, що мешкають в шлунку жуйних копитних тварин. Жуйні харчуються рослинною їжею, проте у них немає ферментів, що розщеплюють целюлозу. Мікроорганізми виробляють такі ферменти, переводячи целюлозу в прості цукри, при цьому отримують в шлунку їжу і умови для розмноження. Без мікроорганізмів-симбіонтів великі тварини можуть загинути від голоду.
3.Антібіоз. при якому обидві взаємодіючі популяції або одна з них відчувають негативний вплив.
Хижацтво - при якому представники одного виду ловлять і поїдають представників іншого виду. Окремим випадком хижацтва служить канібалізм - поїдання особин свого виду, найчастіше молоді.
Іншим видом антибиоза є паразитизм - коли один з видів використовує інший як джерело їжі, місця проживання, захисту від ворогів і т.д. Перехід до паразитизму різко збільшує можливість виду вижити в боротьбі за існування. До числа постійних паразитів відносяться найпростіші (дизентерійна амеба), плоскі черви (сосальщики, ціп'яки), круглі черв'яки (аскариди, трихіна і багато інших), членистоногі (воші, блохи, коростяний кліщ). Паразити можуть оселятися в крові, в тканинах і порожнинах тіла. Оскільки при постійному паразитизме організм господаря - єдине місцепроживання для паразита, з загибеллю господаря гине і паразит. У людини можуть паразитувати близько 500 видів, практично у всіх частинах тіла.
Коли у двох близьких видів спостерігаються подібні потреби (в їжі, місцях проживання і т.п.) виникає ще один биотический фактор - конкуренція. Розрізняють три основних типи конкуренції: взаємне конкурентне придушення, конкуренція через ресурсів і Аменсалізм - коли одна з популяцій пригнічує іншу.
Тварини в екосистемах рідко конкурують, оскільки різні види адаптовані до харчування неоднаковою їжею і в різних місцях або в різний час, тобто займають різні екологічні ніші.
Екологічна ніша - сукупність всіх факторів природного середовища, в межах якої можливе існування виду (місцепроживання, взаємини з іншими видами, конкуренція за їжу, наявність ворогів і т.д.).