Склад екосистеми - студопедія
До складу екосистеми входять живі організми (їх сукупність має назву біоценозом. Або биотой, екосистеми), фактори неживої природи (абіотичні) - атмосфера, вода, поживні елементи, світло і мертве органічна речовина - детрит.
Всі живі організми за способом живлення (по функціональної ролі) поділяються на дві групи - автотрофи (від грецьких слів аутос - сам і трофо - харчування) і гетеротрофів (від грецького слова гетерос - інший).
Автотрофи. Ці організми для синтезу органічної речовини використовують неорганічний вуглець, це - продуценти екосистеми. По використовуваному джерела енергії вони, в свою чергу, також діляться на дві групи.
Фотоавтотрофи використовують світло. Це зелені рослини, ціанобактерії, а також багато забарвлені бактерії, що мають хлорофіл (і інші пігменти) і засвоюють сонячну енергію. Процес, при якому відбувається її засвоєння, називається фотосинтезом.
Хемоавтотрофи використовують хімічну енергію окислення неорганічних речовин (сірки, сірководню, аміаку, заліза та ін.). Це серобактерии, водородобактеріі, железобактерии, нитрифицирующие бактерії і ін. Хемоавтотрофов грають головну роль в екосистемах підземних вод, а також в особливих екосистемах рифтових зон дна океану, де з розломів плит виділяється сірководень, який окислюють серобактерии. У наземних екосистемах істотну роль відіграють роль нитрифицирующие бактерії.
Гетеротрофи. Ці організми харчуються готовими органічними речовинами, які синтезовані продуцентами, і разом з цими речовинами отримують енергію. Гетеротрофи в екосистемі є консументами (від латинського слова КОНСУМ - споживаю), що споживають органічну речовину, і редуцентамі. розкладають його до простих сполук. Існує кілька груп консументов.
Фітофаги (рослиноїдні). До них відносяться тварини, які харчуються живими рослинами. Серед фітофагів є і невеликі організми, такі, як тля або коник, і гіганти, такі, як слон. Фитофагами є майже всі сільськогосподарські тварини: корова, кінь, вівця, кролик. Головні фітофаги у водних екосистемах - це мікроскопічні організми растительноядного планктону, що харчуються водоростями. Є в цих екосистемах і великі фітофаги, наприклад, риба білий амур, що поїдає рослини, якими заростають зрошувальні канали. Важливий фітофага - бобер. Він харчується гілками дерев, а зі стовбурів споруджує греблі, що регулюють водний режим території.
Зоофаги (хижаки, м'ясоїдні). Зоофаги дуже різноманітні. Це і дрібні тварини, які харчуються амебами, хробаками або рачками. І великі, такі, як вовк. Хижаки, що харчуються дрібнішими хижаками, називаються хижаками другого порядку. У водних екосистемах широко поширені зоофаги-фільтратори. в складі цієї групи - і мікроскопічні рачки і кит. Фильтратори грають величезну роль в самоочищення забруднених вод (рис. 30). Тільки планктонні морські весільного раки з роду каланус за кілька років здатні профільтрувати води всього Світового океану!
Є рослини-хижаки (росичка, пухирчатка), які використовують у їжу комах. Правда, їх спосіб харчування відрізняється від хижаків-тварин. Вони «ловлять» дрібних комах, але не заковтують їх, а «переварюють», виділяючи ферменти на свою поверхню. Є хижаки і серед грунтових грибів, які «ловлять» мікроскопічних круглих черв'яків-нематод.
Паразити. Це різні тварини (черви, комахи, кліщі), гриби, бактерії, віруси, рідше рослини (вовчок, повитиця і ін.), Які харчуються органічною речовиною іншої живої істоти - господаря. Господарем може бути рослина або тварина (включаючи людину). Паразит не вбиває господаря, як хижак жертву, а поселяється на ньому (або всередині нього) і довго використовує його для харчування. Паразити можуть знижувати тривалість життя господаря, його вгодованість і плодючість.
Паразити дуже різноманітні. Поряд зі справжніми паразитами, які харчуються тільки за рахунок господаря або декількох господарів (багато паразити протягом життя змінюють двох або трьох господарів), широко поширені паразітоіди. які частину свого життя проводять як фітофаги. Серед паразитоїдів багато комах, корисних для людини: на стадії личинки вони паразитують у шкідників сільськогосподарських рослин.
Існують суперпаразіти - паразити паразитів.
Сімбіотрофи. Це бактерії і гриби, які харчуються кореневими виділеннями рослин. Сімбіотрофи дуже важливі для життя екосистеми. Нитки грибів, обплутують коріння рослин, допомагають всмоктуванню води і мінеральних речовин. Бактерії-сімбіотрофи засвоюють газоподібний азот з атмосфери і пов'язують його в доступні рослинам з'єднання (аміак, нітрати). Цей азот називається біологічним (на відміну від азоту мінеральних добрив).
До сімбіотрофам відносяться і мікроорганізми (бактерії, одноклітинні тварини), які мешкають в травному тракті тварин-фітофагів і допомагають їм перетравлювати їжу. Такі тварини, як корова, без допомоги сімбіотрофов не здатні перетравити поїдають траву.
Детритофаги - організми, що живляться мертвою органічною речовиною. Це багатоніжки, дощові черв'яки, жуки-гнойовик, раки, краби, шакали і багато інших. Значна різноманітність видів-детритофагов пов'язано з грунтом. Численні детритофаги, що руйнують деревину (рис. 31).
Організми, які живляться екскрементами, називаються копрофагія. Деякі організми використовують в їжу як рослини, так і тварин і навіть детрит і відносяться до евріфагам (всеїдних) - ведмідь, лисиця, свиня, пацюк, курка, ворона, таргани. Евріфагом є і людина.
Редуценти - організми, які за своїм становищем в екосистемі близькі до детритофагам, так як вони теж харчуються мертвою органічною речовиною. Однак редуценти - бактерії і гриби - руйнують органічні речовини до мінеральних сполук, які повертаються в грунтовий розчин і знову використовуються рослинами.
Для переробки мертвого органічної речовини редуцентам потрібен час. Тому в екосистемі завжди є запас цієї речовини - детрит. Детрит - це опад листя на поверхні лісової грунту (зберігається 2-3 роки), стовбур дерева, що впало (зберігається 5-10 років), гумус ґрунту (зберігається сотні років), відкладення органічної речовини на дні озера - сапропель і торф на болоті (зберігається тисячі років). Найбільш довго зберігається детритом є кам'яне вугілля і нафту.
Продуценти, фітофаги, хижаки пов'язані в процесі «роботи» екосистеми, тобто засвоєнні та витрачання енергії при виробництві органічної речовини і як би беруть участь в «естафеті» передачі енергії. Номер учасника «естафети» - це його трофічний рівень. Перший трофічний рівень - продуценти, другий - фітофаги, третій - хижаки першого порядку, четвертий - хижаки другого порядку. У деяких екосистемах, наприклад в озері, кількість трофічних рівнів може досягати 5-6.
На рис. 32 показана структура екосистеми, основу якої складають рослини - фотоавтотрофи, а в табл. 1 наведені приклади представників різних трофічних груп для деяких екосистем.
Представники різних трофічних груп в деяких екосистемах
1. У яких екосистемах важливу роль відіграють хемоавтотрофи?
2. Перерахуйте основні групи консументів і приведіть їх приклади.
3. Чим відрізняються паразити від хижаків?
4. Чим відрізняються детритофаги від редуцентов?
5. Яку роль в екосистемах відіграють копрофаги?
6. У чому відмінність бактерій-сімбіотрофов від бактерій-редуцентов?
Екосистеми складаються з живих організмів і середовища проживання, яка дає їм ресурси - енергію, воду, поживні речовини. Однак є в екосистемі один елемент, який не можна віднести ні до власне живим її компонентів, ні до мертвих умов середовища. Це грунт - верхній шар суші, перетворений діяльністю живих організмів. Товщина грунту в різних районах Землі становить від декількох сантиметрів до 2 м.
Головне речовина грунту - це гумус. який за своєю природою є детритом, тобто тимчасово виключеним з «виробничого процесу» екосистеми органічною речовиною.
Гумус - «дитя» сонця, яке виробляє його, використовуючи в якості «інструмента» живі організми (рослини, тварин, мікроорганізми), з даного Землею матеріалу - верхнього шару земної кори, води і атмосфери. (Рис. 33).
Хімічний склад гумусу дуже складний, він складається з фенолів і органічних кислот темного забарвлення і утворюється в результаті процесу розкладання (гуміфікації) органічних речовин кореневих залишків рослин і ґрунтових тварин. На частку гумусу припадає до 98% всього органічного речовини грунту (решта - живі коріння, грунтові тварини та неразложившиеся мертві залишки організмів).
Одночасно з процесом гуміфікації органічної речовини відбувається процес дегумификации - мінералізації гумусу. Під дією мікроорганізмів входять до його складу складні органічні сполуки руйнуються до форм, доступних рослинам. У природних (або в сільськогосподарських, але правильно використовуваних) грунтах між процесами гуміфікації і мінералізації існує рівновага, тобто гумусу утворюється стільки, скільки його руйнується. При орному використанні грунтів процеси мінералізації йдуть активніше, ніж накопичення гумусу, і тому, якщо не вносити додатково органічні речовини (наприклад, гній), то кількість гумусу буде зменшуватися - відбудеться дегуміфікація грунтів.
У різних грунтів - різні властивості. Вони містять різний запас поживних речовин, мають різну реакцію ґрунтового розчину (можуть бути кислими, нормальними і лужними), різні фізичні властивості (можуть бути більш пухкими і більш щільними), різний режим зволоження (тобто кількість вологи, яке в різні сезони року міститься в різних шарах грунту). На рис. 34 показані фактори формування грунтів.
У грунтах буквально кишить життя, хоча вона і не настільки помітна, як буйне цвітіння степових трав, шелест листя лісів, спів птахів. Життя в грунті тиха: коріння рослин, обплутані грибницею, поглинають вологу і розчинені в ній поживні речовини, бактерії-азотфіксатори засвоюють атмосферний азот, величезна армія грунтових тварин годується за рахунок живих і особливо мертвих коренів і їсть один одного, мікроорганізми розкладають органічну масу до простих органічних і мінеральних сполук і повертають їх у грунтовий розчин. (Рис. 35).
Саме в грунті зосереджена основна біомаса тварин (95-99%). При цьому грунтова тваринна біомаса формується не за рахунок великих організмів, які живуть в норах (кроти, ховрахи, полівки, миші), а в основному за рахунок різних черв'яків, комах, кліщів і інших нижчих тварин з числа детритофагов. На 1 м 2 грунту в лісах помірної зониУкаіни можна виявити близько 1000 видів тварин, при цьому чисельність нематод і найпростіших може перевищувати 10 млн. Ногохвосток і грунтових кліщів - 100 тис. Інших безхребетних - 50 тис.
Природний процес грунтоутворення порушується, якщо на грунту впливає людина.
1. Яка роль гумусу в грунті?
2. Які наслідки викликає орне використання грунтів?
3. Як багатий світ грунтових мешканців? Яка їхня роль в екосистемі?
ДОП. § 21. Різноманітність грунтів
Як вже говорилося, грунту є найважливішою частиною будь-яких наземних екосистем - природних і сільськогосподарських. Грунту не менш різноманітні, ніж біологічні (живі) компоненти екосистем. (Рис. 36).
У зоні тайги, де опадів випадає більше і формуються хвойні ліси з ялини, грунт інша. Органічної речовини в ялиннику накопичується менше, ніж в степу, а опадає з дерев хвоинки, перегниваючи, виділяють органічні кислоти, які розчиняються в рясних дощових і снігових водах. Підкислені води просочуються всередину грунту, захоплюючи за собою і органічна речовина, і деякі мінеральні елементи. Цей процес називається вилуговуванням. Тому, якщо у чорноземів зверху розташований товстий Темна шар гумусу, то у грунтів ялинових лісів під тонким шаром гумусу розташований білястий промитий шар. Він нагадує пічну золу і називається підзолистих, а самі грунти - підзолистими. або подзоле.
Під широколистими лісами утворюються грунту, які займають перехідне положення між подзоле і чорноземами і називаються сірими лісовими. За подібністю з подзоле і чорноземами їх поділяють на світло-сірі, сірі та темно-сірі лісові. У світло-сірих грунтах вилуговування йде активніше, ніж в темно-сірих, і тому вони більш схожі на підзоли. Темно-сірі ґрунти, навпаки, схожі на чорноземи, серед яких також є варіанти, де злегка виражений процес вилуговування (опідзолені чорноземи, вилужені чорноземи).
Ґрунти субтропічних районів називаються червоноземах. тропічних - латеритними. Для таких грунтів характерний прискорений кругообіг органічної речовини, яке швидко минерализуется до з'єднань, доступних рослинам. Запаси родючості (гумусу) в них невеликі.
Особливі грунту формуються в річкових заплавах, які регулярно заливаються паводковими водами навесні або на початку літа. Вони різняться в залежності від того, на який термін заливаються грунту (це, в свою чергу, залежить від висоти ділянки над среднелетнім рівнем води, який називається меженью) і з якою швидкістю протікають через ділянку паводкові води (біля русла швидкість вище, на віддалі від нього вона різко зменшується).
Поблизу річкового русла, де затоплення тривалий і відкладаються рясні намулу легкого механічного складу (тобто містять багато піщаних частинок), грунту не мають вираженого гумусового горизонту. Для них характерна особлива шарувата структура, що нагадує торт «наполеон»: чергуються тонкі прошарки піску і суглинку.
Болотні грунту поширені не тільки в заплавах. Їх можна зустріти в різних зонах в низьких елементах рельєфу. Вони представляють перехід до торфовищах, в яких утворюється не гумус, а торф, що складається з слабо перегнилих рослинних залишків.
В горах характер грунту залежить від висотного пояса, однак подзолообразовательного процес не виражений навіть в поясі хвойних лісів, так як грунту надовго промерзають. Для гірських ґрунтів характерний тонкий гумусовий горизонт і наявність в їх складі щебеню.
У степових районахУкаіни є особливі грунту, які насичені солями: хлоридами, сульфатами, содою. Насичені солями по всій товщі грунту називають солончаковими. а якщо солей дуже багато, то солончаками. Якщо засолений шар розташований на деякій глибині від поверхні (це може бути і 5-10 і 30-50 см), грунту називаються солонцями.
Засолення грунтів може бути первинним. тобто пов'язаним з природними процесами, і вторинним. якщо його викликає людина невмілим природокористуванням. Вторинне засолення, викликане підйомом до поверхні ґрунтових вод з засолених горизонтів, завдало великої шкоди ґрунтам південній частині степової зониУкаіни, де широко застосовували зрошення.
Родючість ґрунтів через засолення різко знижується і, як правило, їх доводиться закидати. Багато тисяч гектарів вдруге засолених грунтів з'явилися в степовому Заволжя, в низов'ях річок Дон і Кубань. Щоб уникнути засолення, необхідно знижувати норми поливу і використовувати екологічно безпечні прийоми поліпшення водного постачання рослин - крапельний і внутріпочвенний поливи. При такому зрошенні вода надходить безпосередньо до коренів рослин, зменшується її випаровування з поверхні грунту і, відповідно, накопичення солей в її верхньому шарі.
Головним показником родючості грунтів є запас гумусу (рис. 37).
1. Які основні типи грунтів змінюються на терріторііУкаіни від зони тайги до напівпустель?
2. У чому особливості заплавних грунтів?
3. Що є причиною вторинного засолення грунтів?