Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru

Uvod

Za proučavanje osnovnih zakona funkcioniranja biosfere, načela interakcije njezinih komponenti, prijenosa energije, informacija i biomase, pogodno je razmotriti biosferu na razini ekosustava, tj. - definiranje ekosustava kao elementarne jedinice biosfere. Ekološki sustavi na različitim razinama predstavljaju osnovne funkcionalne jedinice biosfere. Ove nadorganizmske asocijacije uključuju organizme i neživi (inertni) okoliš koji međusobno djeluju, bez kojih je nemoguće održati život na našem planetu.

Čovječanstvo, kao element biosfere koji najintenzivnije pojačava svoj utjecaj na nju, treba dubinski proučavati zakonitosti organizacije i funkcioniranja ekosustava i biosfere u cjelini kako bi izbjegli razorne učinke i zaštitili planet i sebe od uništenje.

1. Pojam ekosustava

Pojam ekosustava predložio je engleski znanstvenik A. Tansley 1935. godine. Ekosustav je definirao kao jedan od fizičkih sustava koji uključuje kompleks organizama, odnosno biom, te cjelokupni kompleks fizičkih čimbenika koji čine okoliš bioma, a organizmi i čimbenici anorganskog okoliša ravnopravni su i neraskidivo povezani. sudionika u ekosustavu. Tansley nije bio jedini znanstvenik koji je razmišljao o potrebi razmatranja životnog i abiotskog okoliša kao jedinstvene cjeline. Godine 1944. ruski znanstvenik V.N. Sukačev je predložio koncept "biogeocenoze". Biogeocenoza je skup homogenih prirodnih pojava (atmosfera, stijene, vegetacija, fauna i mikroorganizmi, tlo i hidrološki uvjeti) na određenom području zemljine površine. Ona ima svoju posebnu specifičnost međudjelovanja svojih sastavnica i određenu vrstu izmjene tvari i energije između sebe i drugih prirodnih pojava i predstavlja unutarnje proturječnu cjelinu koja je u stalnom kretanju i razvoju. Koncepti su vrlo slični u značenju, ali glavna razlika između ekosustava biogeocenoze je u tome što ekosustav nema određeni volumen. Međutim, u literaturi o zaštiti okoliša ti se pojmovi često poistovjećuju. Ako ne uzmemo u obzir izvjesnost volumena biogeocenoze, ideja da je ekosustav kombinacija biocenoze i geocenoze, tj. i živih i neživih dosta je indikativno.

2. Struktura ekosustava

Unatoč činjenici da se ekosustav uzima kao elementarna jedinica biosfere, po svojoj strukturi ekosustav je izuzetno složen i višekomponentan mehanizam. Populacije različitih vrsta uvijek čine složene zajednice u Zemljinoj biosferi – biocenoze. Biocenoza je skup biljaka, životinja, gljiva i protozoa koje nastanjuju neko kopneno područje ili vodeno tijelo i nalaze se u određenim međusobnim odnosima. Biocenoze, zajedno sa specifičnim područjima zemljine površine koje zauzimaju i okolnom atmosferom, nazivaju se ekosustavi. Mogu biti različitih razmjera - od kapi vode ili gomile mrava do ekosustava otoka, rijeke, kontinenta i cijele biosfere u cjelini. Dakle, ekosustav je međuovisni sklop živih i inertnih komponenti međusobno povezanih metabolizmom i energijom. Vodeću aktivnu ulogu u procesima interakcije komponenti ekosustava imaju živa bića, tj. biocenoza. Komponente biocenoze usko su povezane i međusobno djeluju s litosferom, atmosferom i hidrosferom. Kao rezultat toga, na površini Zemlje formira se još jedan element ekosustava - tlo (pedosfera).

Koncept ekološkog sustava je hijerarhijski. To znači da svaki ekološki sustav određene razine uključuje niz ekosustava prethodne razine, manjih po površini, a sam je pak sastavni dio većeg ekosustava. Kao elementarni ekosustav može se zamisliti humka ili udubina u močvari, a općenitiji ekosustav, koji obuhvaća mnoge alase i međualasne prostore, je odgovarajuća šumovita površina terase ili peneplaina. Nastavljajući ovaj niz prema gore, može se pristupiti ekološkom sustavu Zemlje - biosferi, a krećući se prema dolje - biogeocenozi, kao elementarnoj biohorološkoj (chora - prostor, gr.) jedinici biosfere. S obzirom na odlučujuću važnost zonskih čimbenika za razvoj žive tvari na Zemlji, razumno je zamisliti takav teritorijalni niz podređenih ekosustava:

elementarni > lokalni > zonski > globalni.

Sve skupine ekosustava proizvod su zajedničkog povijesnog razvoja vrsta koje se razlikuju po sustavnom položaju; vrste se međusobno prilagođavaju. Primarna osnova za nastanak ekosustava su biljke i bakterije – proizvođači organske tvari (atmosfere). Tijekom evolucije, prije naseljavanja određenog prostora biosfere biljkama i mikroorganizmima, nije moglo biti govora o naseljavanju životinjama.

Populacije različitih vrsta u ekosustavima utječu jedna na drugu po principu izravne i povratne sprege. Općenito, postojanje ekosustava regulirano je uglavnom silama koje djeluju unutar sustava. Autonomija i samoregulacija ekosustava određuje njegov poseban položaj u biosferi kao elementarne jedinice na razini ekosustava.

Ekosustavi koji zajednički tvore biosferu našeg planeta međusobno su povezani kruženjem tvari i protokom energije. U ovom ciklusu život na Zemlji djeluje kao vodeća komponenta biosfere. Razmjena tvari između povezanih ekosustava može se odvijati u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju te u obliku žive tvari (migracije životinja).

Da bi ekosustavi funkcionirali dugo i kao jedinstvena cjelina, moraju imati svojstva vezivanja i otpuštanja energije i kruženja tvari. Ekosustav također mora imati mehanizme da se odupre vanjskim utjecajima.

Postoje različiti modeli organizacije ekosustava.

1. Blok model ekosustava. Svaki ekosustav sastoji se od 2 bloka: biocenoze i biotopa. Biogeocenoza, prema V.N. Sukacheva, uključuje blokove i poveznice. Ovaj se koncept općenito primjenjuje na kopnene sustave. U biogeocenozama je obavezna prisutnost biljne zajednice (livada, stepa, močvara) kao glavne veze. Postoje ekosustavi bez biljne veze. Na primjer, one koje nastaju na temelju raspadajućih organskih ostataka i leševa životinja. Potrebna im je samo prisutnost zoocenoze i mikrobiocenoze.

2. Struktura vrsta ekosustava. Odnosi se na broj vrsta koje čine ekosustav i omjer njihovog broja. Raznolikost vrsta broji se stotinama i desecima stotina. Što je biotop ekosustava bogatiji, to je značajniji. Ekosustavi tropskih šuma najbogatiji su raznolikošću vrsta. Bogatstvo vrsta ovisi i o starosti ekosustava. U utvrđenim ekosustavima obično se razlikuju jedna ili 2 - 3 vrste, koje jasno prevladavaju u broju jedinki. Vrste koje jasno prevladavaju u broju jedinki su dominantne (od latinskog dom-inans - "dominantan"). Također u ekosustavima razlikuju se vrste - edifikatori (od latinskog aedifica-tor - "graditelj"). To su vrste koje tvore okoliš (smreka u smrekovoj šumi uz dominaciju ima i visoka edifikacijska svojstva). Raznolikost vrsta važno je svojstvo ekosustava. Raznolikost osigurava dupliciranje svoje održivosti. Struktura vrste se koristi za procjenu uvjeta uzgoja na temelju biljaka indikatora (šumska zona - kiselica, označava uvjete vlage). Ekosustave nazivamo edifikatorskim ili dominantnim biljkama i indikatorskim biljkama.

3. Trofička struktura ekosustava. Strujni krugovi. Svaki ekosustav uključuje nekoliko trofičkih (hranbenih) razina. Prvi su biljke. Drugo su životinje. Potonji su mikroorganizmi i gljivice.

S gledišta trofičke strukture, ekosustav se može podijeliti u dvije razine:

1) Gornji autotrofni sloj ili "zeleni pojas", uključujući biljke ili njihove dijelove koji sadrže klorofil, gdje prevladava fiksacija svjetlosne energije, korištenje jednostavnih anorganskih spojeva i nakupljanje složenih organskih spojeva.

2) Donji heterotrofni sloj ili “smeđi pojas” tla i sedimenata, raspadajuće tvari, korijenja itd., u kojem prevladava korištenje, transformacija i razgradnja složenih spojeva.

Važno je razumjeti da će se živi organizmi u "zelenom" i "smeđem" pojasu razlikovati. U gornjem sloju će dominirati kukci i ptice koje se hrane lišćem i, na primjer, pupoljcima. U donjem sloju prevladavat će mikroorganizmi i bakterije koje razgrađuju organske i anorganske tvari. U ovom pojasu bit će i značajan broj velikih životinja.

S druge strane, ako govorimo o prijenosu hranjivih tvari i energije, zgodno je razlikovati sljedeće komponente u sastavu ekosustava:

1) Anorganske tvari (C, N, CO2, H2O, itd.) uključene u cikluse.

2) Organski spojevi (bjelančevine, ugljikohidrati, lipidi, humusne tvari i dr.) koji povezuju biotičke i abiotičke dijelove.

3) Okruženje zraka, vode i supstrata, uključujući klimatske uvjete i druge fizičke čimbenike.

4) Proizvođači, autotrofni organizmi, uglavnom zelene biljke, koje mogu proizvoditi hranu od jednostavnih anorganskih tvari

5) Makrokonzumenti ili fagotrofi - heterotrofni organizmi, uglavnom životinje, koji se hrane drugim organizmima ili česticama organske tvari.

6) Mikrokonzumeri, saprotrofi, destruktori ili osmotrofi - heterotrofni organizmi, uglavnom bakterije i gljive, koji dobivaju energiju ili razgradnjom mrtvih tkiva ili apsorbiranjem otopljene organske tvari koju spontano oslobađaju ili ekstrahiraju saprotrofi iz biljaka i drugih organizama. Kao rezultat aktivnosti saprotrofa, oslobađaju se anorganske hranjive tvari pogodne za proizvođače; osim toga, saprotrofi opskrbljuju makrokonzumente hranom i često izlučuju tvari slične hormonima koje inhibiraju ili potiču funkcioniranje drugih biotičkih komponenti ekosustava.

Jedna od zajedničkih značajki svih ekosustava, bilo da se radi o kopnenim, slatkovodnim, morskim ili umjetnim ekosustavima (kao što su poljoprivredni), je međudjelovanje autotrofnih i heterotrofnih komponenti. Organizmi koji sudjeluju u različitim procesima kruženja djelomično su odvojeni u prostoru; autotrofni procesi najaktivniji su u gornjem sloju ("zeleni pojas"), gdje je dostupna sunčeva svjetlost. Heterotrofni procesi najintenzivnije se odvijaju u donjem sloju (“smeđi pojas”), gdje se organska tvar nakuplja u tlu i sedimentima. Osim toga, ove glavne funkcije komponenti ekosustava su djelomično odvojene u vremenu, budući da je moguć značajan vremenski jaz između proizvodnje organske tvari od strane autotrofnih organizama i njezine potrošnje od strane heterotrofa. Na primjer, glavni proces u krošnjama šumskog ekosustava je fotosinteza.

ekosustav heterotrofna biogeocenoza

Zaključak

Dakle, detaljnim proučavanjem principa organizacije ekosustava postaje jasno da se ne smije zanemariti uloga čak ni njegovih sićušnih sastavnica. Čak i neznatna promjena u sastavu žive i nežive prirode u jednom ekosustavu može dovesti do nepovratnih promjena, ne samo u ovom, već iu susjednim ekosustavima, budući da je ovaj sustav otvoren.

Upravo bi taj čimbenik trebao biti odlučujući u razvoju nalazišta minerala i izgradnji novih gradova. Poznavanje zakona funkcioniranja biosfere učinit će gospodarenje prirodom racionalnim i sigurnim, kako za čovjeka tako i za okoliš.

Popis korištene literature

1. “Biološka ekologija” / Stepanovskikh A.S., M., 2009, 791 str.

2. “Katalog biosfere” / M., 1991, 254 str.

3. “Ekologija” / Dre F., M., 1976., 164 str.

4. “Ekologija” / Odum Yu., M., 1986, T.1-328 str.; T.2 - 376 str.

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Povijest, pojam i koncept "ekosustava" (biogeocenoza). Njegove glavne komponente, struktura i mehanizmi funkcioniranja. Prostorne, vremenske granice i rangiranje ekosustava (horološki aspekt). Umjetni ekosustavi koje je stvorio čovjek.

prezentacija, dodano 01.02.2012


Geografski položaj stepskog ekosustava Euroazije, značajke njegove geološke strukture. Karakteristike svih sastavnica žive i nežive prirode, produktivnost ekosustava, opis tala. Korištenje živih i neživih resursa danog sustava.

sažetak, dodan 22.04.2015


Razmatranje glavnih izvora utjecaja na ekosustave industrijskih čvorišta Baikalsk, Slyudnka, Ulan-Ude, Irkutsk-Cheremkhovo i Severobaikalsk. Pitanja državne regulacije zaštite Bajkalskog jezera i zadaće očuvanja njegovog ekosustava.

sažetak, dodan 02.04.2014


Koncept ekološkog sustava kao skupa populacija različitih vrsta biljaka, životinja i mikroba koji su u interakciji jedni s drugima i svojim okolišem. Kopneni ekosustavi, njihova uloga u životu čovjeka. Značajke i čimbenici slatkovodnih staništa.

prezentacija, dodano 27.04.2014


Opis prehrambenih lanaca, regulacija brojnosti populacije. Moderna klasična ekologija. Glavne komponente ekosustava. Funkcionalni blokovi organizama. Suština pojmova biosfera, biocenoza, biotop, edafotop, klima, ekotop. Biomasa ekosustava.

prezentacija, dodano 27.03.2016


Definicija pojmova biogeocenoza i ekosustav. Osnovna svojstva biogeocenoze, mehanizmi njezine stabilnosti. Prilagodba organizama na zajednički život. Tipovi biogeocenotskih veza: simbioza, uzajamnost, slobodni utovar, smještaj i dijeljenje.

prezentacija, dodano 06.03.2014


Živa tvar kao osnova biosfere. Svojstva i funkcije ekosustava. Sustavi pogleda na postojanje biosfere: antropocentrični i biocentrični. Vrste onečišćenja okoliša. Načini zaštite okoliša. Izvanproračunski fondovi za zaštitu okoliša.

predavanje, dodano 20.07.2010


Strukturni i funkcionalni dijagram sjeverozapadnog vodenog ekosustava. Izvori hranjivih tvari. Morfologija jezerskih kotlina. Simulacijsko modeliranje ekosustava protočnog rezervoara. Abiotičke i biotičke komponente u riječnom otjecanju.

diplomski rad, dodan 19.11.2017


Znanstveni pristupi određivanju kritičnih granica antropogenog opterećenja vodenih ekosustava. Onečišćenje vodenih ekosustava kao kriterij antropogenog opterećenja. Formiranje ekonomskog mehanizma za regulaciju antropogenog opterećenja vodenih ekosustava.

test, dodan 27.07.2010


Koncept ekološkog sustava. Struktura biogeocenoze, razlika između biogeocenoze i ekosustava. Utjecaj čimbenika okoliša na živi organizam. Raspon djelovanja okolišnog čimbenika. Pojam najveće dopuštene koncentracije. Proizvođači i potrošači.

Unatoč činjenici da se ekosustav uzima kao elementarna jedinica biosfere, po svojoj strukturi ekosustav je izuzetno složen i višekomponentan mehanizam. Populacije različitih vrsta uvijek čine složene zajednice u Zemljinoj biosferi – biocenoze. Biocenoza je skup biljaka, životinja, gljiva i protozoa koje nastanjuju neko kopneno područje ili vodeno tijelo i nalaze se u određenim međusobnim odnosima. Biocenoze, zajedno sa specifičnim područjima zemljine površine koje zauzimaju i okolnom atmosferom, nazivaju se ekosustavi. Mogu biti različitih razmjera - od kapi vode ili gomile mrava do ekosustava otoka, rijeke, kontinenta i cijele biosfere u cjelini. Dakle, ekosustav je međuovisni sklop živih i inertnih komponenti međusobno povezanih metabolizmom i energijom. Vodeću aktivnu ulogu u procesima interakcije komponenti ekosustava imaju živa bića, tj. biocenoza. Komponente biocenoze usko su povezane i međusobno djeluju s litosferom, atmosferom i hidrosferom. Kao rezultat toga, na površini Zemlje formira se još jedan element ekosustava - tlo (pedosfera).

Koncept ekološkog sustava je hijerarhijski. To znači da svaki ekološki sustav određene razine uključuje niz ekosustava prethodne razine, manjih po površini, a sam je pak sastavni dio većeg ekosustava. Kao elementarni ekosustav može se zamisliti humka ili udubina u močvari, a općenitiji ekosustav, koji obuhvaća mnoge alase i međualasne prostore, je odgovarajuća šumovita površina terase ili peneplaina. Nastavljajući ovaj niz prema gore, može se pristupiti ekološkom sustavu Zemlje - biosferi, a krećući se prema dolje - biogeocenozi, kao elementarnoj biohorološkoj (chora - prostor, gr.) jedinici biosfere. S obzirom na odlučujuću važnost zonskih čimbenika za razvoj žive tvari na Zemlji, razumno je zamisliti takav teritorijalni niz podređenih ekosustava:

elementarni > lokalni > zonski > globalni.

Sve skupine ekosustava proizvod su zajedničkog povijesnog razvoja vrsta koje se razlikuju po sustavnom položaju; vrste se međusobno prilagođavaju. Primarna osnova za nastanak ekosustava su biljke i bakterije – proizvođači organske tvari (atmosfere). Tijekom evolucije, prije naseljavanja određenog prostora biosfere biljkama i mikroorganizmima, nije moglo biti govora o naseljavanju životinjama.

Populacije različitih vrsta u ekosustavima utječu jedna na drugu po principu izravne i povratne sprege. Općenito, postojanje ekosustava regulirano je uglavnom silama koje djeluju unutar sustava. Autonomija i samoregulacija ekosustava određuje njegov poseban položaj u biosferi kao elementarne jedinice na razini ekosustava.

Ekosustavi koji zajednički tvore biosferu našeg planeta međusobno su povezani kruženjem tvari i protokom energije. U ovom ciklusu život na Zemlji djeluje kao vodeća komponenta biosfere. Razmjena tvari između povezanih ekosustava može se odvijati u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju te u obliku žive tvari (migracije životinja).

Da bi ekosustavi funkcionirali dugo i kao jedinstvena cjelina, moraju imati svojstva vezivanja i otpuštanja energije i kruženja tvari. Ekosustav također mora imati mehanizme da se odupre vanjskim utjecajima.

Postoje različiti modeli organizacije ekosustava.

• 1. Blok model ekosustava. Svaki ekosustav sastoji se od 2 bloka: biocenoze i biotopa. Biogeocenoza, prema V.N. Sukacheva, uključuje blokove i poveznice. Ovaj se koncept općenito primjenjuje na kopnene sustave. U biogeocenozama je obavezna prisutnost biljne zajednice (livada, stepa, močvara) kao glavne veze. Postoje ekosustavi bez biljne veze. Na primjer, one koje nastaju na temelju raspadajućih organskih ostataka i leševa životinja. Potrebna im je samo prisutnost zoocenoze i mikrobiocenoze.
• 2. Struktura vrsta ekosustava. Odnosi se na broj vrsta koje čine ekosustav i omjer njihovog broja. Raznolikost vrsta broji se stotinama i desecima stotina. Što je biotop ekosustava bogatiji, to je značajniji. Ekosustavi tropskih šuma najbogatiji su raznolikošću vrsta. Bogatstvo vrsta ovisi i o starosti ekosustava. U utvrđenim ekosustavima obično se razlikuju jedna ili 2 - 3 vrste, koje jasno prevladavaju u broju jedinki. Vrste koje jasno prevladavaju u broju jedinki su dominantne (od latinskog dom-inans - "dominantan"). Također u ekosustavima razlikuju se vrste - edifikatori (od latinskog aedifica-tor - "graditelj"). To su vrste koje tvore okoliš (smreka u smrekovoj šumi uz dominaciju ima i visoka edifikacijska svojstva). Raznolikost vrsta važno je svojstvo ekosustava. Raznolikost osigurava dupliciranje svoje održivosti. Struktura vrste se koristi za procjenu uvjeta uzgoja na temelju biljaka indikatora (šumska zona - kiselica, označava uvjete vlage). Ekosustave nazivamo edifikatorskim ili dominantnim biljkama i indikatorskim biljkama.
• 3. Trofička struktura ekosustava. Strujni krugovi. Svaki ekosustav uključuje nekoliko trofičkih (hranbenih) razina. Prvi su biljke. Drugo su životinje. Potonji su mikroorganizmi i gljivice.

S gledišta trofičke strukture, ekosustav se može podijeliti u dvije razine:

• 1) Gornji autotrofni sloj ili "zeleni pojas", uključujući biljke ili njihove dijelove koji sadrže klorofil, gdje prevladava fiksacija svjetlosne energije, korištenje jednostavnih anorganskih spojeva i nakupljanje složenih organskih spojeva.
• 2) Donji heterotrofni sloj ili “smeđi pojas” tla i sedimenata, raspadajuće tvari, korijenja itd., u kojem prevladava korištenje, transformacija i razgradnja složenih spojeva.

Važno je razumjeti da će se živi organizmi u "zelenom" i "smeđem" pojasu razlikovati. U gornjem sloju će dominirati kukci i ptice koje se hrane lišćem i, na primjer, pupoljcima. U donjem sloju prevladavat će mikroorganizmi i bakterije koje razgrađuju organske i anorganske tvari. U ovom pojasu bit će i značajan broj velikih životinja.

S druge strane, ako govorimo o prijenosu hranjivih tvari i energije, zgodno je razlikovati sljedeće komponente u sastavu ekosustava:

• 1) Anorganske tvari (C, N, CO2, H2O, itd.) uključene u cikluse.
• 2) Organski spojevi (bjelančevine, ugljikohidrati, lipidi, humusne tvari i dr.) koji povezuju biotičke i abiotičke dijelove.
• 3) Okruženje zraka, vode i supstrata, uključujući klimatske uvjete i druge fizičke čimbenike.
• 4) Proizvođači, autotrofni organizmi, uglavnom zelene biljke, koje mogu proizvoditi hranu od jednostavnih anorganskih tvari
• 5) Makrokonzumenti ili fagotrofi - heterotrofni organizmi, uglavnom životinje, koji se hrane drugim organizmima ili česticama organske tvari.
• 6) Mikrokonzumeri, saprotrofi, destruktori ili osmotrofi - heterotrofni organizmi, uglavnom bakterije i gljive, koji dobivaju energiju ili razgradnjom mrtvih tkiva ili apsorbiranjem otopljene organske tvari koju spontano oslobađaju ili ekstrahiraju saprotrofi iz biljaka i drugih organizama. Kao rezultat aktivnosti saprotrofa, oslobađaju se anorganske hranjive tvari pogodne za proizvođače; osim toga, saprotrofi opskrbljuju makrokonzumente hranom i često izlučuju tvari slične hormonima koje inhibiraju ili potiču funkcioniranje drugih biotičkih komponenti ekosustava.

Jedna od zajedničkih značajki svih ekosustava, bilo da se radi o kopnenim, slatkovodnim, morskim ili umjetnim ekosustavima (kao što su poljoprivredni), je međudjelovanje autotrofnih i heterotrofnih komponenti. Organizmi koji sudjeluju u različitim procesima kruženja djelomično su odvojeni u prostoru; autotrofni procesi najaktivniji su u gornjem sloju ("zeleni pojas"), gdje je dostupna sunčeva svjetlost. Heterotrofni procesi najintenzivnije se odvijaju u donjem sloju (“smeđi pojas”), gdje se organska tvar nakuplja u tlu i sedimentima. Osim toga, ove glavne funkcije komponenti ekosustava su djelomično odvojene u vremenu, budući da je moguć značajan vremenski jaz između proizvodnje organske tvari od strane autotrofnih organizama i njezine potrošnje od strane heterotrofa. Na primjer, glavni proces u krošnjama šumskog ekosustava je fotosinteza.

ekosustav heterotrofna biogeocenoza

Ekosustav (biogeocenoza)- skup različitih organizama i neživih komponenti okoliša, usko povezanih tokovima materije i energije.

Glavni predmet istraživanja ekosustavskim pristupom u ekologiji procesi transformacije tvari i energije između biotopa i biocenoze postaju procesi, odnosno nastajajući biogeokemijski ciklus tvari u ekosustavu kao cjelini.

Ekosustavi uključuju biotičke zajednice bilo koje razine s njihovim staništima (na primjer, od lokve do svjetskog oceana, od trulog panja do goleme šume tajge).

U tom smislu razlikuju se razine ekosustava

Razine ekosustava:

1. mikroekosustavi(truli panj u kojem žive kukci, mikroorganizmi i gljivice; posuda za cvijeće);

2. mezoekosustavi(ribnjak, jezero, stepa itd.);

3. makroekosustavi(kontinent, ocean);

4. globalni ekosustav(biosfera Zemlje).

Ekosustav je cjeloviti sustav koji uključuje biotičke i abiotičke komponente. Međusobno djeluju. Svi ekosustavi su otvoreni sustavi i funkcioniraju trošeći sunčevu energiju.

Abiotske komponente uključuju anorganske tvari koje su uključene u cikluse, organske spojeve koji povezuju biotički i abiotički dio: zrak, voda, supstrat okoliš.

Biotičke komponente ekosustava imaju vrstu, prostornu i trofičku strukturu.

Prostorna struktura ekosustava očituje se u slojevima: autotrofni procesi su najaktivniji u gornjem sloju - "zelenom pojasu", gdje je dostupna sunčeva svjetlost. Heterotrofni procesi su najintenzivniji za niži sloj. - "smeđi pojas". Ovdje se organska tvar nakuplja u tlima i sedimentima.

Trofičku strukturu ekosustava predstavljaju producenti – proizvođači organske tvari i konzumenti – konzumenti organske tvari, kao i dekompozitori – razgrađujući organske spojeve u anorganske. Ekosustav može osigurati kruženje tvari samo ako uključuje četiri za to potrebne komponente: rezerve hranjivih tvari, proizvođače, potrošače i razlagače. Proizvođači su autotrofi, potrošači su heterotrofi. Heterotrofe dijelimo na fagotrofe (hrane se drugim organizmima) i saprofite, destruktore (bakterije i gljive koje razgrađuju odumrlo tkivo).

U svakom ekosustavu, interakcija autotrofnih i heterotrofnih komponenti događa se u procesu kruženja tvari. Do 90% tvari i energije gubi se u svakoj fazi trofičkog lanca, samo 10% prelazi na sljedeći potrošač (pravilo 10 posto). Brzina stvaranja organske tvari u ekosustavima – bioloških proizvoda – ovisi o energiji Sunca. Biološka proizvodnja ekosustava je stopa kojom se u njima stvara biomasa. Biljna proizvodnja je primarna, a animalna sekundarna. U bilo kojoj biocenozi proizvodnja svake trofičke razine je 10 puta manja od prethodne. Biomasa biljaka veća je od biomase biljojeda, masa predatora je 10 puta manja od mase biljojeda (pravilo piramide biološke proizvodnje). U oceanima se jednostanične alge dijele brže i proizvode veliku proizvodnju. Ali njihov se ukupni broj malo mijenja, jer ih hranitelji filtera jedu manjom brzinom. Alge jedva imaju vremena za razmnožavanje kako bi preživjele. Ribe, glavonošci i veliki rakovi rastu i razmnožavaju se sporije, ali još sporije ih jedu neprijatelji, pa se njihova biomasa gomila. Ako izvagate sve alge i sve životinje u oceanu, potonje će prevagnuti. Ispostavilo se da je piramida biomase u oceanu okrenuta naopako. U kopnenim ekosustavima stopa potrošnje rasta biljaka je niža i piramida biomase nalikuje piramidi proizvodnje. Najmanje produktivni ekosustavi su tople i hladne pustinje i središnji dijelovi oceana. Prosječnu proizvodnju daju umjerene šume, livade i stepe. Najveći porast biljne mase je u tropskim šumama i na koraljnim grebenima u oceanu.

1. Odnosi ekosustava

Ekološke interakcije populacija i pojedinih organizama u ekosustavu su materijalno-energetske i informacijske prirode. Prije svega, to su trofičke (prehrambene) interakcije, koje poprimaju različite oblike: biljojedi – fitofagija; mesožderstvo – zoofagija, jedenje drugih životinja od strane nekih životinja, uključujući i predatorstvo.

Populacije biljojeda, grabežljivaca i svejeda su potrošači organske tvari – potrošači, koji mogu biti primarni, sekundarni, tercijarni. Biljke su proizvođači.

Neke od najviše proučavanih ekoloških veza su između populacija predatora i plijena. Grabežljivost- Ovo je način pribavljanja hrane i prehrane životinja. Vrijednost predatora za populaciju plijena je pozitivna, jer Predatori prvenstveno istrebljuju bolesne i slabe jedinke. To doprinosi očuvanju raznolikosti vrsta, jer regulira brojnost populacija na niskim trofičkim razinama.

Simbioza (mutualizam). Gotovo sve vrste drveća koegzistiraju s mikrogljivama. Gljivični micelij isprepliće tanke dijelove korijena i prodire u međustanični prostor. Masa najfinijih niti gljiva obavlja funkciju korijenskih dlačica, usisujući hranjivu otopinu tla.

Natjecanje – druga vrsta odnosa. Obrasci konkurentskih odnosa nazivaju se principom kompetitivnog isključivanja: dvije vrste ne mogu postojati održivo na ograničenom prostoru ako je rast populacije ograničen jednim vitalnim resursom.

Ako su vrste koje žive zajedno povezane samo kroz lanac drugih vrsta i ne međusobno djeluju, živeći u istoj zajednici, tada se njihov odnos naziva neutralnim. Sise i miševi u istoj šumi su neutralne vrste.

protokolarna suradnja(Commonwealth)

Komenzalizam(jedna prednost)

Amensalizam(jedna vrsta inhibira rast druge)

1. Energija teče u ekosustavu

Prirodni ekosustavi su otvoreni sustavi : moraju primati i odavati tvari i energiju.

Unutar ekosustava postoji kontinuirano kruženje tvari i energije. Faze ovog ciklusa osiguravaju različite skupine organizama koji obavljaju različite funkcije:

1. Proizvođači(od lat. producentis - proizvodi, stvara) organizmi koji tvore organske tvari od anorganskih. Prije svega, to su biljke koje procesom fotosinteze, koristeći energiju sunca, stvaraju glukozu iz vode i ugljičnog dioksida.

a) u oceanu i drugim vodenim tijelima, proizvođači su mikroskopske alge

fitoplankton, kao i velike alge.

b) na kopnu– to su velike više biljke (drveće, grmlje, bilje).

2. Potrošači(od lat. konzumirati - konzumirati) - organizmi koji žive od organske tvari koju stvaraju proizvođači. Konzumenti uključuju sve životinje koje jedu biljke i međusobno.

a) potrošači I reda - fitofagi(biljojedi - kopitari, glodavci, neki kukci);

b ) potrošači drugog reda– mesojedi (ptice i sisavci kukcojedi, vodozemci, ribe);

c) potrošači trećeg reda– veliki predatori (ribe grabljivice, ptice, sisavci).

3. Razlagači(od lat. reducentis - vraćanje, obnavljanje) - organizmi koji dobivaju energiju razgradnjom mrtve organske tvari ( detritus ), dok razlagači oslobađaju anorganske elemente za hranu proizvođačima. To uključuje bakterije i gljivice.

Kao rezultat interakcije ovih skupina organizama, u ekosustavu dolazi do kruženja tvari i energije.

Glavne komponente ekosustava. Ekosustavi su elementarna funkcionalna cjelina žive prirode u kojoj se odvijaju međudjelovanja svih njezinih sastavnica te kruženje tvari i energije. Sastav ekosustava uključuje anorganske tvari (C, N, CO 2, H 2 O itd.), koje su uključene u ciklus, i organske spojeve (bjelančevine, ugljikohidrate, masti itd.), povezujući biotičke (žive) i abiotski (neživi) njegovi dijelovi. Svaki ekosustav karakterizira određeni okoliš (zrak, voda, tlo), uključujući klimatski režim i određeni skup parametara fizičkog okoliša (temperatura, vlažnost itd.). Ovisno o ulozi koju organizmi imaju u ekosustavu, dijele se u tri skupine:

proizvođači - autotrofni organizmi, uglavnom zelene biljke, koje su sposobne stvarati organske tvari iz anorganskih;

potrošači su heterotrofni organizmi, uglavnom životinje, koji se hrane drugim organizmima ili česticama organske tvari;

razlagači su heterotrofni organizmi, uglavnom bakterije i gljive, koji osiguravaju razgradnju organskih spojeva.

Okoliš i živi organizmi međusobno su povezani procesima kruženja tvari i energije.

Proizvođači hvataju sunčevu svjetlost i pretvaraju njenu energiju u energiju kemijskih veza organskih spojeva koje sintetiziraju. Potrošači, proizvođači hrane, prekidaju te veze i koriste oslobođenu energiju za izgradnju vlastitih tijela. Razlagači se ponašaju na sličan način, ali kao izvor hrane koriste ili mrtva tijela ili produkte oslobođene tijekom životnih procesa organizama. Istodobno, razlagači razgrađuju složene organske molekule u jednostavne anorganske spojeve - ugljični dioksid, dušikove okside, vodu, soli amonijaka, itd. Kao rezultat, oni vraćaju tvari koje su biljke iz njega uklonile u okoliš, a te se tvari ponovno mogu koriste proizvođači. Ciklus je završen. Treba napomenuti da su sva živa bića u određenoj mjeri razlagači. Tijekom metabolizma izvlače potrebnu energiju razgradnjom organskih spojeva, oslobađajući ugljični dioksid i vodu kao krajnje proizvode.

U ekosustavima su žive komponente raspoređene u lance (prehrambene ili trofičke(*) lance), u kojima svaka prethodna karika služi kao hrana za sljedeću. Svaka takva veza predstavlja određenu trofičku razinu, budući da organizmi koji se nalaze na njoj dobivaju energiju kroz isti broj posrednika. U osnovi trofičkog lanca nalaze se proizvođači koji stvaraju živu tvar od anorganske tvari i svjetlosne energije - primarna biomasa. Drugu kariku čine oni koji tu primarnu biomasu konzumiraju fitofagne životinje- To su potrošači prvog reda. Oni pak služe kao hrana organizmima koji čine sljedeću trofičku razinu - potrošače drugog reda. Slijede potrošači trećeg reda itd. Navedimo primjer jednostavnog lanca:

Evo primjera složenijeg lanca:

U prirodnim ekosustavima hranidbeni lanci nisu međusobno izolirani, već su usko isprepleteni. Oni tvore prehrambene mreže, čiji princip je da svaki proizvođač može poslužiti kao hrana ne za jednu, već za mnoge fitofagne životinje, koje, pak, mogu jesti različite vrste potrošača drugog reda, itd.

Mreže ishrane čine okvir ekosustava, a poremećaji u njima mogu imati nepredvidive posljedice. Posebno su ranjivi ekosustavi s relativno jednostavnim hranidbenim lancima, tj. oni u kojima je izbor prehrambenih artikala za pojedinu vrstu uzak (primjerice, mnogi arktički ekosustavi). Gubitak jedne od karika može dovesti do kolapsa cijele trofičke mreže i degradacije ekosustava u cjelini.

Jasan primjer složenosti povezanosti organizama u ekosustavima mogu se vidjeti u neočekivanim posljedicama pokušaja borbe protiv malarije na Kalimantanu (jednom od indonezijskih otoka) 50-ih godina 20. stoljeća. Za uništavanje malaričnog komarca (uzročnika malarije) otok je poprskan insekticidom DDT koji sadrži organoklorne spojeve. Komarci su očekivano uginuli, no došlo je do komplikacija. DDT je ​​ušao i u tijelo žohara, koji su se pokazali otpornijima na njega. Žohari nisu uginuli, ali su postali toliko spori da su ih gušteri pojeli u puno većim količinama nego inače. Insekticid koji je dospio u tijela guštera zajedno sa žoharima izazvao je živčane poremećaje i oslabio reflekse. Stoga su gušteri postali lak plijen za mačke, pa je njihov broj naglo pao. Gušteri su grabežljivci, hrane se, između ostalog, gusjenicama koje izjedaju slamnate krovove kuća mještana. Gusjenice su se namnožile u ogromnom broju i krovovi su se počeli urušavati. Ali to je bilo samo pola priče. Mačke su počele umirati od trovanja DDT-jem, koji je ušao u tijelo hraneći se otrovnim gušterima. To je dovelo do toga da su sela preplavili štakori koji su dolazili iz šume i nosili buhe zaražene bacilom kuge. Dakle, borili smo se protiv malarije, ali smo dobili kugu. Do toga dovode događaji koji se izvode bez odgovarajuće procjene okoliša. Stanovnici Kalimantana više su voljeli kugu nego malariju. Stoga je prskanje insekticidom zaustavljeno, a velika skupina mačaka je padobranom spuštena u džunglu kako bi se borila protiv štakora.

Trofička struktura ekosustava i energija. Zelene biljke hvataju 1-2% sunčeve energije koja pada na njih, pretvarajući je u energiju kemijskih veza. Konzumenti prvog reda apsorbiraju oko 10% ukupne energije sadržane u biljkama koje jedu. Na svakoj sljedećoj razini gubi se 10–20% energije prethodne. Takav obrazac je u potpunom skladu s drugim zakonom (zakon) (za više detalja o termodinamici vidi § 00). Prema tom zakonu, tijekom bilo koje transformacije energije, značajan dio se rasprši u obliku toplinske energije nedostupne za korištenje. Dakle, energija se brzo smanjuje u prehrambenim lancima, ograničavajući njihovu duljinu. To je također povezano sa smanjenjem na svakoj sljedećoj razini broja i biomase (količina žive tvari izražena u jedinicama mase ili kalorija) živih organizama. Međutim, ovo pravilo, kao što ćemo vidjeti u nastavku, ima niz iznimaka.

Stabilnost svakog ekosustava temelji se na određenoj trofičkoj strukturi, koja se može izraziti u obliku piramida brojeva, biomase i energije. Prilikom njihove konstrukcije, vrijednosti odgovarajućeg parametra za svaku trofičku razinu prikazane su u obliku pravokutnika postavljenih jedan na drugi.

Oblik populacijskih piramida uvelike ovisi o veličini organizama na svakoj trofičkoj razini, posebice o proizvođačima.

Na primjer, broj stabala u šumi puno je manji od broja trave na livadi ili fitoplanktona (mikroskopskih planktonskih fotosintetskih organizama) u ribnjaku.

U biocenozeŽivi organizmi usko su povezani ne samo jedni s drugima, već i s neživom prirodom. Ta povezanost se izražava kroz materiju i energiju.

Metabolizam je, kao što znate, jedna od glavnih manifestacija života. U suvremenom smislu, organizmi su otvoreni biološki sustavi jer su povezani s okolinom stalnim protokom materije i energije koja prolazi kroz njihova tijela. Materijalna ovisnost živih bića o okolišu prepoznata je još u staroj Grčkoj. Filozof Heraklit slikovito je izrazio ovu pojavu sljedećim riječima: “Naša tijela teku poput potoka, a materija se u njima neprestano obnavlja, kao voda u potoku.” Supstancijsko-energetska veza organizma s okolinom može se mjeriti.

Protok hrane, vode i kisika u žive organizme su tokovi materije iz okoliš. Hrana sadrži energiju potrebnu za funkcioniranje stanica i organa. Biljke izravno apsorbiraju energiju Sunčeve svjetlosti, pohranjuju je u kemijske veze organskih spojeva, a zatim se preraspodjeljuju kroz prehrambene odnose u biocenozama.

V. N. Sukačev
(1880 – 1967)

Istaknuti ruski botaničar, akademik
Utemeljitelj biogeocenologije – znanosti o prirodnim ekosustavima

Protoci tvari i energije kroz žive organizme u metaboličkim procesima iznimno su veliki. Čovjek, primjerice, tijekom života unese desetke tona hrane i pića, a plućima provuče mnogo milijuna litara zraka. Mnogi organizmi još su intenzivniji u interakciji s okolinom. Za stvaranje svakog grama svoje mase biljke troše od 200 do 800 i više grama vode koju izvlače iz tla i isparavaju u atmosferu. Tvari potrebne za fotosinteza, biljke dobivaju iz tla, vode i zraka.

S takvim intenzitetom protoka tvari iz anorganske prirode u živa tijela, rezerve spojeva potrebnih za život su hranjivim tvarima– odavno bi se iscrpio na Zemlji. Međutim, život ne prestaje, jer se hranjive tvari neprestano vraćaju u okolinu koja okružuje organizme. To se događa u biocenozama, gdje, kao rezultat prehrambenih odnosa između vrsta, sintetiziraju biljke organska tvar na kraju se ponovno razgrađuju u spojeve koje biljke mogu ponovno koristiti. Ovako nastaje biološki ciklus tvari.

Dakle, biocenoza je dio još složenijeg sustava, koji osim živih organizama uključuje i njihov neživi okoliš, koji sadrži materiju i energiju potrebnu za život. Biocenoza ne može postojati bez materijalne i energetske povezanosti s okolišem. Kao rezultat toga, biocenoza predstavlja određeno jedinstvo s njim.

A. Tansley
(1871 – 1955)

Engleski botaničar, uveo je koncept "ekosustava" u znanost

Svaka zbirka organizama i anorganskih komponenti u kojoj se može održavati ciklus materije naziva se ekološki sustav, ili ekosustav.

Prirodni ekosustavi mogu biti različitih volumena i duljina: mala lokva sa svojim stanovnicima, ribnjak, ocean, livada, šumarak, tajga, stepa - sve su to primjeri ekosustava različitih razmjera. Svaki ekosustav uključuje živi dio - biocenozu i njen fizički okoliš. Manji ekosustavi dio su sve većih, sve do ukupnog ekosustava Zemlje. Opći biološki ciklus materije na našem planetu također se sastoji od interakcije mnogo više privatnih ciklusa. Ekosustav može osigurati kruženje tvari samo ako uključuje četiri za to potrebne komponente: rezerve hranjivih tvari, proizvođači, potrošači I razlagači(Sl. 1).

Riža. 1. Bitne komponente ekosustava

Proizvođači- to su zelene biljke koje od biogenih elemenata, odnosno bioloških produkata, stvaraju organsku tvar pomoću tokova sunčeve energije.

Potrošači– potrošači ove organske tvari, prerađujući je u nove oblike. Životinje se obično ponašaju kao potrošači. Postoje potrošači prvog reda - biljojedi i drugog reda - mesojedi.

Razlagači- organizmi koji potpuno razgrađuju organske spojeve do mineralnih. Ulogu razlagača u biocenozama imaju uglavnom gljive i bakterije, kao i drugi mali organizmi koji prerađuju mrtve ostatke biljaka i životinja (slika 2).

Riža. 2. Uništavači mrtvog drva (brončana zlatica i njezina ličinka; jelenčić i njegova ličinka; veliki hrastov dugorog i njegova ličinka; mirisni leptir crvotočina i njegova gusjenica; crvena plosnatica; kvržičasta stonoga; crni mrav; drvosječa; gujavica)

Život na Zemlji traje oko 4 milijarde godina, bez prekida upravo zato što se odvija u sustavu bioloških ciklusa materije. Osnova za to je fotosinteza biljaka i prehrambene veze između organizama u biocenozama. Međutim, biološki ciklus tvari zahtijeva stalni utrošak energije. Za razliku od kemijskih elemenata koji su opetovano uključeni u živa tijela, energiju sunčeve svjetlosti koju zadržavaju zelene biljke organizmi ne mogu koristiti neograničeno dugo.

Prema prvom zakonu termodinamike, energija ne nestaje bez traga, ona se zadržava u svijetu oko nas, ali prelazi iz jednog oblika u drugi. Prema drugom zakonu termodinamike svaka transformacija energije prati prijelaz njenog dijela u stanje u kojem se više ne može koristiti za rad. U stanicama živih bića energija koja osigurava kemijske reakcije se tijekom svake reakcije djelomično pretvara u toplinu, a toplinu tijelo odvodi u okolni prostor. Složeni rad stanica i organa praćen je gubitkom energije iz tijela. Svaki ciklus kruženja tvari, ovisno o aktivnosti članova biocenoze, zahtijeva sve više i više novih zaliha energije.

Dakle, život na našem planetu odvija se kao stalni ciklus tvari, podržano protok sunčeve energije.Život je organiziran ne samo u biocenoze, već iu ekosustave, u kojima postoji uska veza između živih i neživih komponenti prirode.

Raznolikost ekosustava na Zemlji povezana je kako s raznolikošću živih organizama tako i s uvjetima fizičkog i geografskog okoliša. Tundra, šuma, stepa, pustinja ili tropsko područje zajednice imaju svoje karakteristike bioloških ciklusa i povezanosti s okolinom. Vodeni ekosustavi također su izuzetno raznoliki. Ekosustavi se razlikuju po brzini bioloških ciklusa i po ukupnoj količini tvari uključenih u te cikluse.

Osnovno načelo održivosti ekosustava - kruženje tvari potpomognuto protokom energije - u biti osigurava beskrajno postojanje života na Zemlji.

Na temelju ovog načela mogu se organizirati održivi umjetni ekosustavi i proizvodne tehnologije koje štede vodu ili druge resurse. Kršenje koordinirane aktivnosti organizama u biocenozama obično povlači za sobom ozbiljne promjene u ciklusima materije u ekosustavima. Ovo je glavni razlog za takvo što ekološke katastrofe, kao što je smanjenje plodnosti tla, smanjenje prinosa biljaka, rasta i produktivnosti životinja te postupno uništavanje prirodnog okoliša.