22. Функциональная структура экосистем. Пищевые цепи. Основные процессы в экосистеме (продуцирование, деструкция, биоаккумуляция, самоочищение). Сукцессии.

Экосистема - любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Выделяют микроэкосистемы (ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд), мак­роэкосистемы (океан, континент), глобальную экосистему - биосферу. Экосистема способна: осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию. Чтобы экосистема существовала долго, она должна обладать свойствами связывания и высвобождения Энергии и вещества, противостоять и гасить внеш­ние воздействия.

Характерные черты экосистем: сложность (кол-во и разнообразие видов, связей), целостность (взаимодействие от­дельных элементов), устойчивость, управляемость, наблюдаемость (по нынешнему состоянию можно получить информа­цию о прошлом), способность к сохранению, обработка и хранение информации, качественные различия между элемента­ми экосистемы. Каждая экосистема по видовому составу и численности видов неповторима.

С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на 2 яруса:

1) верхний автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус, включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений;

2) нижний гетеротрофный (питаемый другими) ярус, пояс почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т.д., в котором преобладает использование, трансформация и разложение сложных соединений. С биологической точки зрения в составе экосистемы выделяют:

1) неорганические вещества (углерод, азот, вода и др.), включающиеся в круговороты;

2)органические соединения (белки, углеводы, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотиче­скую части;

3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и др. физические факторы;

4) продуцентов, автотрофных организмов, в основном зеленые растения, которые производят пищу из простых не­органических веществ;

5) макроконсументов - гетеротрофных организмов, в основном животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества;

6) микроконсументов, деструкторов, гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выде­ляющегося самопроизвольно или извлеченного из растений и других организмов.

Общая черта всех экосистем - взаимодействие автотрофов и гетеротрофов. Пищевая цепь - перенос энергии, за­ключенной в растительной пище. Организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, относятся к одному трофическому уровню. Пищевые цепи тесно переплетены между собой и образуют пищевые сети. С одного трофического уровня экол. пирамиды (структура, основание которой - уровень продуцентов, а последующие уров­ни образуют этажи и вершину пирамиды) на другой переходит не более, 10% энергии (Линдеман). Число и масса организ­мов трофического уровня зависит от скорости продуцирования пищи. Кроме того, в экосистемах очень тесно переплетены живые и неживые части: обмен веществом и энергией.

Внешней средой для экосистем являются связь с другими системами, заключающаяся в обмене веществом и энер­гией, и влияние внешних факторов (природных и антропогенных). Факторы лимитирующие продуктивность экосистем: вода (количество осадков, влажность), совместное действие температуры и влажности, атмосферные газы, биогенные соли, течение и давление, температура, кислотность, почва, свет эти факторы регулируют распределение организмов, их актив­ность.

Основные процессы в экосистемах. Как видно из распределения организмов, в структуре экосистемы должно существовать как минимум 2 противопол-х процесса – создание орган-го вещ-ва и его разложение. Помимо процессов продуцирования и деструкции в экосистеме существует еще 2 процесса: биоконцентрирование и самоочищение.

1. Процесс создания органического вещества (продуцирование) отражается в их продуктивности, которая тесно связана с потоком энергии, проходящая через каждую экосистему. Существует 2 осн-х пути продуцирования орг-го вещ-в: А – фотосинтез. У зеленых растений идет по схеме

6 СО₂ + 6 Н₂О – (С ₆Н ₁₂О₆)_n + О₂ I, ФОТОСИНТЕЗ ИМЕЕТ СВЕТОВУЮ И ТЕМНОВУЮ ФАЗУ. Во время световой фазы из неорг-х соед-й создаются углеводы и ОС выдел-ся кислород. Во время темновой фазы – кислород поглощается, у различных растений сущ-т 2 направления фиксации СО₂:

1. Цикл Кальвина (С₃) – пентозофосфатный цикл.

2. Цикл дикарбоновых кислот (С₄).

Растения имеющие такие циклы связывание СО₂ имеют принцип-е физиол-кие различия, по-разному реагируя на свет, t-ру и влажность..

У С₃ растений (рис, пшеница, картофель) maх интенсивность фотосинтеза набл-ся при умер. освещении и t. Высокие t и яркий солн-й свет подавляет фотосинтез.

У С₄ растений (злаков), однодольных и 2-дольных растений сущ-т высокая адаптивность к яркому свету и высоким t, они более эффективно используют Н ₂О, чтобы произвести 1 г сухого орг-го вещ-ва. С₄ -растениям необходимо не менее 400 г воды, С₃ - растениям требуется до 1 литра.

Фотосинтез происходит почти по всей пов-ти Земли, по суше и в слое воды в пределах досягаемости солн. лучей (до 200 м), созд-т огромный геохим-й эффект и м.б. выражен вовлечении в биол-1 круговорот не только углерода, но и биогенов N, P и S. И металлов: K, Na, Ca, Mg, Al.

Фотосинтез осущ-т хлорофилсодержащие растения, водоросли и бактерии.

В. Хемосинтез осуществляется в основном бактериями, которые получают энергию в рез-те хим-го окисления не орг-х соед-й: аммиака в нитриты, сульфидов в серу.

К хемосинтезирующим бактериям относят такие микроорганизмы как нитрофикаторы, карбокситобактерии, сульфатрезуцирующие бактерии. Они живут в осадках донных океанических отложений и способны функц-ть при полном отсутствии солнечного света. Хемосинтез хар-н также для орг-мов геотермальных источниках. Бол-во высших растений и многие виды водорослей явл-ся практически полностью автотрофными, но некот-е виды нуждаются в так называемых ростовых в-вах, кот-е они сами синтезировать не могут и должны получать их из среды или от симбиотических орг-в. След-но такие орг-мы яв-ся частичными (факультативными гетеротрофами) и наз-ся ауксотрофными.

Четкое разделение на автотрофов и гетеротрофов сложились только для эволюционно развитых форм жизни. Многие виды бактерий, грибов и высш., водорослей приспособлены к иному способу существованию и могут с автотрофоного переключиться на гетеротрофоное питание, а также жить и в присутствии и в отсут-ии О₂.

Все орг-е вещ-во, созд-е продуцентами в процессах фотосинтеза или хемосинтеза наз-ся валовой первичной продукцией и обозн-ся ВПП, бруттопродукция, Р или Pg. Часть таких в-в окисляется в процессе дыханий растений в темной фазе фотосинтеза и в конечном счете рассеивается в виде тепла. Разность м/ду ВПП и затратами на дых-е представ-т чистую первич-ю продукцию.

ЧПП = ВПП –Д.

Обозначается оно также неттопродукция Рn. Отношение ЧПП/ВПП или Pn/Pg = КРД фотосинтеза.

КПД велик у быстрорастущих однолетних трав (от 0,7 до 0,85), но мал во влажном тропическом лесу (0,2 – 0,3). Около 20% орган-го вещ-ва и его энергии, расходуется в процессах дыхания растений.

Основными хар-ками экосистем явл-ся так наз-е продуктивные коэф-ты

1. ВПП или 2) ЧПП

Биомасса биомасса

2. Чаще всего употребляется 2 вар, но в иной форме Р/В = П/Б . такой коэф-т близок к 1. В фитоценозах 1-летних трав, мал в лесных сообществах и в биоценозах, состоящих из крупн. организмов, с бол. продолжительностью жизни. Для планктона имеющего быстрое размножение, быстрое продуцирование и короткий жизненный цикл, коэф-т П/Б значительно >1.