Поняття про екосистему. Біогеоценоз

І. Поняття про екосистему.

Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін запропонований у 1935 році англійським ботаніком А. Тенслі. В це поняття входить не лише комплекс організмів, а й комплекс факторів навколишнього природного середовища. Популяції різних організмів тісно взаємопов’язані не тільки між собою, але і з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з довкілля певні речовини, потрібні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну. Таким чином угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем певну систему - екосистему. В кожній екосистемі відбувається колообіг речовин та обмінні енергетичні процеси. Екосистема - це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру і забезпечує колообіг речовин усередині системи.

Класифікація екосистем

За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми (калюжа, ставок), мезоекосистеми (ліс, озеро), макроекосистеми (континент, океан). Глобальною екосистемою є біосфера.

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенно-природні та антропогенні. У промислово розвинутих країнах майже не залишилось природних екосистем, не видозмінених діяльністю людини. Лісові насадження, луки, ниви - все це антропогенно-природні екосистеми, які хоча й складаються з природних компонентів, але створені і регулюються людьми. До антропогенних екосистем належать такі, в яких переважають штучно створені антропогенні об'єкти і крім людей можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувались до цих специфічних умов. Прикладом таких екосистем є міста, промислові вузли, села, кораблі.

Залежно від роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяють на:

1) промислові (екосистеми металургійного заводу, харчового виробництва та ін.);

2) сільськогосподарські (агроценози, птахофабрики, тваринницькі ферми та ін.);

3) міські екосистеми – урбоекосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку та ін.).

Крім природних екосистем, існують також штучні екосистеми: космічна станція, акваріум, вазон із кімнатною рослиною тощо.

Раніше від інших були створені людиною сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення її потреб у продуктах харчування. Агроценози (грец. „агрос” - поле і „ценоз” - загальний) - це ценози, що утворюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних та агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю і одноманітністю, що обумовлює слабку стійкість агроценозів, збільшення кількості шкідників і бур’янів. Без постійного втручання людини вони руйнуються і зникають. Агроценози характеризуються високою продуктивністю одного або кількох видів рослин і тварин і постачають людству до 90% продуктів харчування.

Одна з причин, що викликає різноманітність екосистем (біоценозів) у природі, — це своєрідність абіотичних умов кожного регіону.

Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу.

Біотоп — це ділянка поверхні землі з більш-менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом тощо).

Біоценоз — це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угрупування рослин), зооценозу (угрупування тварин) та мікроценозу (угрупування мік­роорганізмів).

.

Рис. 2.1. Схема будови біоценозу (за В. М. Сукачовим)

Біоценози земної кулі утворюють біоценотичний покрив, який вивчає біогеоценологія. Заснував цю науку видатний російський вчений В. М. Сукачов. Сукупність всіх біогеоценозів нашої планети утворює велетенську екосистему — біосферу. Біоценози можуть формуватися на будь-якій ділянці земної поверхні — на суші і на воді. Вони бувають степовими, болотними, луговими і т. д. Велике значення в функціонуванні біосфери мають гідробіоценози. Ділянки земної поверхні, покриті культурними рослинами, називаються агрофітоценозами.

ІІ. Біогеоценоз – елементарна одиниця біосфери.

Термін біогеоценоз, введений в обіг російським ученим В. Сукачовим у 1940 році. Біогеоценоз - природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними. Ці два поняття майже ідентичні, можливо, перше ширше і останнім часом воно більш уживане.

Структура біогеоценозу.

Біогеоценоз містить два компоненти:

біотоп (грец. топос - місце) - сукупність на певній території абіотичних факторів - кліматичних і ґрунтових; абіотичне оточення, тобто весь комплекс неживої природи, звідки біоценоз черпає засоби для існування і куди виділяє продукти обміну. До біотопу входять:

1) неорганічні речовини (вуглець, азот, вуглекислий газ, вода та ін.), які вступають у колообіг;

2) органічні речовини (білки, вуглеводи, ліпіди та ін.), які об’єднують біотичну та абіотичну частини екосистеми;

3) клімат (температура, вологість, тиск та ін.)

Біоценоз - сукупність живих організмів:

1. комплекс автотрофних організмів, що забезпечують органіч­ними речовинами, а отже, й енергією всі інші організми, це первинні продуценти органічної речовини, які асимілюють сонячну енергію (фототрофні рослини, фотосинтезуючі бактерії);

3) комплекс гетеротрофних організмів — консументів, які живуть за рахунок поживних речовин, створених первинними продуцентами. Консументами є тварини та безхлорофільні рослини;

4) комплекс організмів, які розкладають органічні сполуки до мінерального стану. Це редуценти, представлені мікроорганізмами — бактеріями, грибами, найпростішими, а також організмами, які живляться мертвими органічними речовинами.

Кожний біоценоз має:

• видову структуру (різноманітність видів, співвідношення їх чисельності);

• просторову структуру, яка визначається ярусним розташуванням різних видів рослин;

• екологічну структуру, яка визначається співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів за типом живлення.

Між усіма ланками існує закономірний зв’язок. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетич­ний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється завдяки існуванню в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).

Ланцюги живлення, екологічні піраміди.

У природі всі види живих організмів пов'язані один з одним. Для функціонування екосистем необхідна енергія, джерелом якої є енергія Сонця. Організми дістають енергію за рахунок живлення іншими істотами. Внаслідок цього у природі виникають ланцюги живлення. Ланцюги живлення - ряди взаємопов’язаних видів, в яких кожний попередній є об’єктом живлення наступного. Коли тварина з’їдає рослину ,то більша частина енергії ,що містіться в їжі, витрачається на різні процеси життєдіяльності, перетворюється в тепло і розсіюється. Приблизно 10% енергії ,що міститься в їжі переходить у новозбудовану речовину тіла тварин. Ця закономірність відома як правило 10 відсотків. Наприклад, трофічний (харчовий) ланцюг водної системи може бути представлений так: фітопланктон (мікроскопічні водорості) – зоопланктон - молодь риб – дорослі хижі риби (окунь) Відповідно, для отримання 1 кг окунів має бути витрачено приблизно 10 кг молоді риб, 100 кг зоопланктону чи 1000 кг фітопланктону. Тому, з цього можна зробити важливий практичний висновок – економічно більш вигідно використовувати господарсько цінні види, які мають короткі трофічні ланцюги. Розрізняють два типи ланцюгів живлення:

• ланцюг виїдання (пасовищний, починається з продуцентів);

• ланцюг розкладання (детритний, починається з мертвої органічної речовини).

Кількість ланок ланцюга живлення в екосистемі, як правило, не перевищує 4-6 і обмежується правилом екологічної піраміди, згідно з яким загальна біомаса кожної наступної ланки в ланцюзі живлення зменшується. Останнім часом вважають, що краще вживати термін трофічна мережа, а не ланцюг, оскільки до складу їжі кожного типу входить кілька видів. Кожен з цих видів, у свою чергу, може бути живленням для кількох інших видів.

Ланцюг живлення можна уявити у вигляді піраміди чисел, фундамент якої становлять численні види рослин, наступні рівні утворюють рослиноїдні та м'ясоїдні тварини, чисельність яких швидко зменшується у напрямку вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки. Відповідно до того, що саме характеризують піраміди, вони поділяються на три типи:

• піраміда чисел показує чисельність окремих видів;

• піраміда біомаси характеризує загальну суху вагу або іншу міру загальної кількості живої речовини;

• піраміда енергії показує величину потоку енергії чи продуктивність на кожному трофічному рівні.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими, тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші ніж розміри консументів. Навпаки, екологічна енергетична піраміда завжди звужується догори за умови, що будуть враховані всі джерела енергії живлення в системі.

У трофічних ланцюгах усі речовини послідовно переходять від одного виду організмів до іншого. Проте якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному колообігу, то ксенобіотики - речовини, синтезовані людиною, накопичуються при переході від одного виду трофічного ланцюга до іншого. Оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків на одиницю біомаси збільшується. Так, якщо концентрація пестициду ДДТ у тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих риб досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою - до 75 г на один кілограм біомаси. Отже, впродовж чотирьох ланок трофічного ланцюга концентрація ДДТ зросла в 1875 разів. Аналогічно концентруються і інші ксенобіотики. Концентрування речовин у трофічних ланцюгах слід враховувати в разі забруднення біосфери ксенобіотиками, тому що при споживанні в їжу тварин і птахів концентрації цих шкідливих речовин можуть бути значними. Трофічні ланцюги виконують також і бар'єрну функцію, що сприяє самоочищенню завдяки концентруванню речовин і виведенню їх з біологічного колообігу.

Функціонування екосистем.

Незважаючи на велику різноманітність екосистем — від пустель до тундри, всім їм, на думку екологів, властива приблизно однакова біотична структура, всі вони містять одні й ті ж категорії організмів, які подібно взаємодіють у всіх екосистемах. Це такі категорії: продуценти, консументи, редуценти.

Продуцентами в екосистемі називають зелені рослини, оскільки вони самі утворюють для себе їжу. Їх на Землі є близько 350000 видів, а маса, за підрахунками В.Вернадського, становить близько 2,4∙10¹² т. На перший погляд здається, що зелені рослини незалежні від інших організмів. Однак вчені стверджують, що якби на Землі існували тільки зелені рослини, то, кінець кінцем, усі мінеральні речовини виявилися б зв’язаними в цих рослинах (у багатьох випадках — в їхніх мертвих рештках) і ріст рослин припинився б. Цього не відбувається тому, що інші організми — редуценти (або мікроконсументи) використовують поживні речовини, що містяться у мертвих рослинах, і як джерело енергії, і як їжу, розкладаючи при цьому органічні сполуки на простіші неорганічні. У такому вигляді їх здатні поглинати й використовувати живі рослини.

Редуценти — мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук — води, вуг­лекислого газу й мінеральних солей. До редуцентів належать бактерії, гриби. Їх налічується 75 тис. видів, а сумарна маса становить 1,8∙10⁸ т.

Енергія та елементи живлення, що містяться в організмах живих продуцентів, споживаються в більшості природних екосистем не тільки редуцентами, а й консументами, або фаготрофами.

Консументи — це гетеротрофічні організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофами чи іншими консумен­тами. До них належать переважно тварини, які живляться іншими організмами або частинками органічної речовини. Серед них є травоїдні (тварини, що живляться рослинною їжею), усеїдні (тварини, що споживають як рослинну, так і тваринну їжу), м’ясоїдні, а також паразити. Кількість видів цієї групи найбільша — понад 1,5 млн, а їхня маса становить близько 2,3∙10⁸ т.

Уявлення про популяцію. Головні дійові особи в будь-якому біогеоценозі — це сукупності видів, що його населяють, — популяції. Саме на рівні популяцій відбуваються процеси засвоєння, трансформації й передавання енергії ланцюгами живлення.

Під популяцією розуміють сукупність особин одного виду з єдиним генофондом, яка формується в результаті взаємодії потоку генів (схрещування, міграції, запилення, запліднення, поширення зачатків — спор, клітин, насіння, личинок, яєць) та умов довкілля. Популяція — це елементарна одиниця існування виду й та одиниця, з якою «працює» природний добір. Порівняно з видом, популяція фенотипно й генотипно зазвичай однорідніша. Наприклад, у популяції берези, що росте на болоті, дерева тонші, слабші, чутливіші до грибних захворювань, ніж у популяції берези того самого виду, яка росте на сухих місцях.

Правило 1%.

Е косистема (біогеоценоз) може нормально функціонувати лише за більш чи менш стабільних умов довкілля, що необхідно для здійснення колообігу речовин. Біогеоценози здатні до підтримання гомеостазу, однак у них можуть відбуватись послідовні зміни. Сукцесія - процес зміни екосистеми за рахунок витіснення одних видів іншими внаслідок зміни зовнішніх умов середовища. Можливість переходу клімаксного біогеоценозу в сукцесійний стан визначається законом одного процента, згідно з яким зміна енергетики природної системи в межах 1 %, як правило, не виводить екосистему з рівноважного стану, і навпаки. Зміна потоку енергії в біогеоценозі більше ніж на ] %, як у бік його зменшення, так і в бік збільшення, виводить екосистему з клімаксу й переводить її в сукцесійний стан.

Організаційно-методична карта самостійної роботи студента

Дисципліна: Екологія (Основи екології)

Тема: Відновні і невідновні ресурси біосфери.

Кількість годин: 2.

Навчальна мета:

1. Визначити поняття природні ресурси як основу існування людини.

2. З’ясувати особливості і значення окремих видів природних ресурсів.

3. Обґрунтувати необхідність раціонального використання природних ресурсів.

Студент повинен:

вміти:

- доводити необхідність раціонального використання ресурсів;

- визначати вичерпні, невичерпні, відновлювані, не відновлювані види ресурсів, наводити приклади для професійної діяльності;

- узагальнювати умови збереження генофонду певного регіону;

- запобігати нераціональному використанню ресурсів у професійній діяльності.

знати:

- види ресурсів необхідних для життя, професійної діяльності ;

- види та стан ресурсів України;

- ознаки та традиції раціонального природокористування;

- завдання по збереженню ресурсів у професійній діяльності.

Основні питання:

1. Природні ресурси Землі.

2. Природні умови України.

Форма контролю:( диференційна) письмовий звіт, опитування

Література:

1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. Основи екології. - К.: „Либідь”, 2006. [1]-стор. 72-82; 328-359

2. Г.О. Білявський, М.М Падун, Р.С. Фурдуй, "Основи загальної екології", К.. Либідь, 2000 р. [2]-стор. 114,264-273, 283-287.

Контрольні питання:

9. Дайте визначення поняттю природні ресурси.

10. Які ресурси необхідні для Вашого життя, професійної діяльності?

11. Визначте ознаки раціонального використання ресурсів у порівнянні з нераціональним.

12. Яке значення має генетичний фонд Землі?

13. Назвіть умови збереження генофонду певного регіону.

14. Які основні особливості географічного положення й клімату України?

15. Охарактеризуйте традиції природокористування притаманні українському народу в порівнянні із сучасними.

16. Наведіть прислів’я про бережливе ставлення до природи.

17. Визначити аспекти нераціональності у використанні природних ресурсів у побуті, професійній діяльності.