Биотическая структура экосистем

Биогеоценоз состоит из двух компонентов: абиотический и биотический. Неживой, или абиотический компонент экосистемы включает почву, воду и климат. Почва и вода содержат смесь органических и неорганических веществ. Свойства почвы зависят от материнской породы, на которой она лежит и из которой частично образуется. В понятие климата входят такие параметры: температура, освещенность, влажность.

Биотический компонент составляют живые организмы, которые по функциям, выполняемым в экосистеме подразделяются на продуценты, консументы и редуценты.

Основу биогеоценозов составляют продуценты (растения, хемо– и фотосинтезирующие бактерии) – автотрофные организмы, которые с использованием солнечной энергии и энергии, выделяемой при окислении неорганических веществ, синтезируют из неорганических веществ богатую энергией биомассу. Гетеротрофные организмы – консументы (животные) используют эту биомассу для получения и накопления энергии, изменяют или перестраивают органические вещества. Разрушители органического вещества – редуценты (грибы, бактерии) доводят распад использованной или отмершей биомассы до простых неорганических веществ (вода, углекислый газ, аммиак), пригодных для нового усвоения автотрофными организмами. Продуценты, консументы и редуценты тесно взаимосвязаны между собой и являются основой существования экосистемы.

Энергетические потоки в экосистемах.

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистемах, т.е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизнедеятельности и самовоспроизведения.

Энергия определяется как способность совершать работу. Экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы (поддержания жизнедеятельности живых организмов).

Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который в конце концов возвращаются, либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после разрушения и гибели организмов. В экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой, и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами.

Движущей силой этих круговоротов служит энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы используют непосредственно энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Климатические факторы также регулируются поступлением солнечной энергии. Таким образом, имеет место линейный поток энергии через экосистему, а не ее круговорот.

Энергия может существовать в виде различных взаимопревращающихся форм, таких как, механическая, химическая, тепловая и электрическая. Переход из одной формы в другую, называется преобразованием энергии и подчиняется законам термодинамики. Первый закон сохранения энергии гласит: «энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена». Второй закон термодинамики утверждает, что при совершение работы энергия не может быть использована на все 100 %, часть ее неизбежно превращается в тепло. Тепло есть результат случайного движения молекул, тогда как работа всегда означает неслучайное. Увеличение неупорядоченности, которое сопровождается преобразованием энергии, измеряется как прирост энтропии. Понятие «работы» приложимо к любому процессу, протекающему в живой системе с потреблением энергии, начиная от процессов на клеточном уровне (синтез белков, распад веществ) и кончая процессами на уровне целого организма (рост, развитие, размножение). Таким образом, живые организмы – это преобразователи энергии и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы рассеивается в виде тепла (рис. 49).

Рис. 49. Поток энергии в экосистеме (по Ф. Рамаду, 1981)

Живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы. Они используют свет и химическую энергию.