Для підтримки кругообігу речовин в екосистемі необхідна наявність запасу неорганічних речовин у засвоюваній формі та трьох функціонально різних екологічних груп організмів: продуцентів, консументів та редуцентів.
Продуценти складають групу автотрофних організмів, які, споживаючи мінеральні речовини з біотопу та енергію сонячного світла, створюють первинні органічні речовини. До цієї групи належать рослини та деякі бактерії.
Продуцентами є автотрофні організми, здатні будувати свої тіла за рахунок неорганічних сполук (рис. 5).
Рис. 5.
Редуценти - це організми, що розкладають залишки організмів, що відмирають, розщеплюють органічні речовини до неорганічних і повертають тим самим в біотоп мінеральні речовини, які були «вилучені» продуцентами. Наприклад, такі деякі види бактерій та одноклітинних грибів.
Біогеоценоз та екосистема та їх структура
Екосистема - це функціональна єдність живих організмів та середовища їх проживання. Основні характерні особливості екосистеми - її безрозмірність та безранговість. Заміщення одних біоценозів іншими протягом тривалого часу називається сукцесією. Сукцесія, що протікає на субстраті, що знову утворився, називається первинною. Сукцесія на території, що вже зайнята рослинністю, називається вторинною.
Одиницею класифікації екосистем є біом - природна зона або область з певними кліматичними умовами та відповідним набором домінуючих видів рослин та тварин.
Особлива екосистема – біогеоценоз – ділянка земної поверхні з однорідними природними явищами. Складовими частинами біогеоценозу є кліматотоп, едафотоп, гідротоп (біотоп), а також фітоценоз, зооценоз та мікробоценоз (біоценоз).
З метою одержання продуктів харчування людина штучно створює агроекосистеми. Вони відрізняються від природних малою стійкістю та стабільністю, проте більш високою продуктивністю.
Екологічна система, або екосистема, - основна функціональна одиниця в екології, оскільки до неї входять організми і неживе середовище - компоненти, що взаємно впливають на властивості один одного, та необхідні умови для підтримки життя в тій його формі, яка існує на Землі. Термін екосистема вперше був запропонований 1935 р. англійським екологом А. Тенслі. Таким чином, під екосистемою розуміється сукупність живих організмів (спільнот) та середовища їх проживання, що утворюють завдяки кругообігу речовин, стійку систему життя.
Рис. 6.
У вітчизняній літературі широко застосовується термін «біогеоценоз», запропонований у 1940 р. В. Н. Сукачовим. За його визначенням, біогеоценоз - «сукупність на відомому протягом земної поверхні однорідних природних явищ (атмосфери, гірської породи, грунту та гідрологічних умов), що має особливу специфіку взаємодій цих складових її компонентів і певний тип обміну речовиною та енергією їх між собою та іншими явищами природи і є внутрішньо суперечливе діалектичне єдність, що у постійному русі, розвитку».
У біогеоценозі В.М. Сукачов виділяв два блоки: екотоп - сукупність умов абіотичного середовища та біоценоз - сукупність всіх живих організмів. Екотоп часто розглядають як абіотичне середовище, не перетворене рослинами (первинний комплекс факторів фізико-географічного середовища), а біотоп - як сукупність елементів абіотичного середовища, видозмінених діяльністю живих організмів.
Існує думка, що термін «біогеоценоз» значно більшою мірою відображає структурні характеристики макросистеми, що вивчається, тоді як у поняття «екосистема» вкладається, перш за все, її функціональна сутність. Фактично між цими термінами відмінностей немає.
Екологія. Частина А
1. Обмежуючим фактором життя рослин на великих глибинах є недолік
1) їжі 2) тепла 3) світла 4) кисню
2. Антропогенними називають фактори
пов'язані з діяльністю людини
абіотичного характеру
обумовлені історичними змінами земної кори
визначальні функціонування біогеоценозів
3. До абіотичних факторів середовища відносять
підривання кабанами коріння
нашестя сарани
скупчення посліду в колоніях птахів
рясний снігопад
4. Фактор, що обмежує зростання трав'янистих рослин у ялиновому лісі, - недолік,
світла 3) води
тепла 4) мінеральних речовин
5. Дія антропогенного фактора на живу природу не носить закономірного
характеру, тому в організмів
постійно виникають мутації
не сформувалися до нього пристосування
виробилися до нього захисні реакції
більшість мутацій зберігається природним відбором
6. Тип взаємовідносин бульбочкових бактерій та бобових рослин -
хижак – жертва 4) симбіотичні
7. Конкурентні відносини у біоценозі виникають між
хижаками та жертвами
продуцентами та консументами
видами зі подібними потребами
8. Сигналом, що викликає настання листопада у рослин у помірному кліматі, служить
зниження температури повітря
скорочення довжини світлового дня
зменшення поживних речовин у ґрунті
утворення пробкового шару в черешку
9. Конкуренція в екосистемі існує між
дубом і березою 3) ялиною та конвалією
ялиною та чорницею 4) дубом та білим грибом
10. До біотичних компонентів екосистеми відносять
газовий склад атмосфери
склад та структуру ґрунту
особливості клімату та погоди
ланки харчових ланцюгів
11. В екосистемі озера до консументів відносять
риб та земноводних
бактерії-сапротрофи
водорості та квіткові рослини
мікроскопічні гриби
12. Консументи у процесі круговороту речовин у біосфері
створюють органічні речовини з мінеральних
остаточно розкладають органічні речовини до мінеральних
розкладають мінеральні речовини
споживають готові органічні речовини
13. Водойма, заселена різноманітними видами рослин та тварин, - це
біогеоценоз 3) біосфера
ноосфера 4) агроекосистема
14. Визначте правильно складений харчовий ланцюг.
насіння ялинки → їжак → лисиця
лисиця →їж →насіння ялинки
насіння ялинки → миша → лисиця
миша → насіння ялинки → їжак
15. Організми, що розкладають органічні речовини до мінеральних, -
продуценти
консументи I порядку
консументи II порядку
редуценти
16. Вікова структура популяції характеризується
співвідношенням жіночих та чоловічих особин
чисельністю особин
співвідношенням молодих та статевозрілих особин
її щільністю
17. Видова структура біогеоценозу лісу листопадного, на відміну хвойного лісу, характеризується
ярусним розміщенням організмів
наявністю організмів-продуцентів
переважанням біомаси консументів
різноманіттям видів, що у ньому видів
18. Збільшенню чисельності популяції жертв сприяє
скорочення чисельності хижаків
збільшення чисельності конкурентів
зменшення чисельності симбіонтів
19. В екосистемі хвойного лісу до консументів другого порядку відносять
тайгових кліщів
лісових мишей
ялина звичайна
ґрунтових бактерій
20. Процеси в екосистемі, що підтримують певне співвідношення виробників та споживачів органічної речовини, називають
біологічними ритмами
пристосованістю
саморегуляцією
зміною екосистем
21. У процесі кругообігу речовин у біосфері редуценти, на відміну від продуцентів,
беруть участь в утворенні органічних речовин з неорганічних
розкладають органічні залишки та використовують укладену в них енергію
використовують сонячне світло для синтезу поживних речовин
поглинають кисень і використовують його для окиснення органічних речовин
22. Розгалуженість харчової мережі залежить від
обмеженості швидкості розмноження
кількості енергії, що виробляється в організмах
різноманітності організмів за способом харчування
інтенсивності газообміну в біоценозі
23. Визначте правильно складений харчовий ланцюг.
яструб -> дрозд -> гусениця -> кропива
кропива -> дрозд ->гусениця->яструб
гусениця -> кропива -> дрозд -> яструб
кропива -> гусениця -> дрозд -> яструб
24. До агроекосистем відносять
змішаний ліс
заливний луг
озеро, що заростає
пшеничне поле
25. Найбільша кількість видів знаходиться в екосистемі
березового гаю
тропічного лісу
26. Антропогенною зміною в екосистемі степу вважають
формування чорноземних ґрунтів
коливання чисельності гризунів
чергування сухих та вологих періодів
порушення рослинного покриву внаслідок розорювання степу
27. Прикладом зміни екосистеми є
відмирання надземних частин рослин взимку на лузі
скорочення чисельності хижаків у лісі
зміна зовнішнього вигляду лісової спільноти взимку
заростання водойми
28. Чому поле кукурудзи вважають штучною спільнотою?
у ньому переважають продуценти одного виду
до нього входять популяції рослин та тварин
у ньому відсутні сапротрофні організми
його стійкість підтримується різноманітністю консументів
29. Агроценози, на відміну природних біоценозів,
не беруть участь у кругообігу речовин
існують за рахунок мікроорганізмів
не можуть існувати без участі людини
складаються з великої кількості видів рослин та тварин
30. Причинами зміни одного біогеоценозу іншим є
сезонні зміни у природі
зміни погодних умов
коливання чисельності популяцій одного виду
зміни довкілля внаслідок життєдіяльності організмів
31. Неодноразове використання живими організмами хімічних речовин в екосистемі сприяє
саморегуляція
кругообіг речовин
коливання чисельності популяцій
обмін речовин та перетворення енергії
32. Агроекосистема плодового саду відрізняється від екосистеми діброви
довшими ланцюгами живлення
меншою стійкістю
замкнутим кругообігом речовин
33. Агроекосистеми менш стійкі, ніж екосистеми, тому що в них
немає продуцентів та редуцентів
обмежений видовий склад рослин
тварини займають перший трофічний рівень
замкнутий кругообіг речовин та перетворення енергії
34. Змішаний ліс - стійкіша екосистема, ніж ялиновий ліс, тому що в ньому
велика кількість видів та різноманітні харчові зв'язки
виражена ярусність
є продуценти, консументи та редуценти
ослаблено вплив сонячної радіації
35. Циркуляцію азоту між неживими тілами та живими організмами у суспільстві
називають
правилом екологічної піраміди
кругообігом речовин
саморегуляцією
обміном речовин та енергії
36. Мінералізація органічних сполук грунту здійснюється завдяки
діяльності
коріння рослин 3) мікроорганізмів
шляпочних грибів 4) наземних тварин
37. Первинне джерело енергії для круговороту речовин у більшості біогеоценозів
сонячне світло
діяльність продуцентів в екосистемі
діяльність мікроорганізмів
мертві органічні залишки
38. Велика кількість видів в екосистемі, наявність розгалужених мереж живлення, ярусність – це ознаки
сталого розвитку екосистеми
переходу стійкої екосистеми в нестійку
нестійкого стану екосистеми
зміни однієї екосистеми іншою
39. Енергія, необхідна для кругообігу речовин, залучається з космосу
організмами гетеротрофами
гнильними бактеріями
бульбочковими бактеріями
рослинами у процесі фотосинтезу
40. Бактерії, включаючись у кругообіг речовин у біосфері,
беруть участь у формуванні озонового екрану
розкладають органічні речовини до неорганічних
сприяють утворенню вапняків
нейтралізують радіоактивні речовиниу ґрунті
41. Чому чисельність завезених до Австралії кроликів зросла у багато разів?
на новій території вони не мали ворогів
на континенті переважає сухий клімат
на континенті переважають трав'янисті рослини
вони отримали перевагу в порівнянні з сумчастими
42. Космічна роль рослин Землі у тому, що вони
акумулюють сонячну енергію
поглинають із навколишнього середовища мінеральні речовини
поглинають із навколишнього середовища вуглекислий газ
виділяють кисень
43. Організми в процесі життєдіяльності постійно змінюють довкілля, що сприяє
кругообігу речовин
саморозвитку екосистем
розмноження організмів
росту та розвитку організмів
44. У процесі кругообігу речовин, що міститься в органічних речовинах, енергія звільняється в результаті
1) гниття 3) хемосинтезу 2) фотосинтезу 4) фотолізу
45. Основною причиною нестійкості екосистем є
коливання температури середовища
нестача харчових ресурсів
незбалансованість круговороту речовин
підвищена чисельність деяких видів
46. Гриби, включаючись у кругообіг речовин у біосфері,
розкладають мертві органічні залишки
зменшують запаси неорганічного вуглецю
беруть участь у первинному синтезі органічних речовин
беруть участь у накопиченні кисню в атмосфері
47. Саморегуляція у біогеоценозі виявляється у тому, що
види посилено розмножуються
чисельність особин змінюється
одні види повністю не знищуються іншими
чисельність популяцій окремих видів зростає
48. Процес, який забезпечує збереження рівноваги в екосистемі, називають
обміном речовин 3) перетворенням енергії
саморегуляцією 4) біогенною міграцією атомів
Відповіді
|
№ завдання | ||||||||||
|
№ завдання | ||||||||||
|
№ завдання | |||||||||||
|
№ завдання | |||||||||||
|
№ завдання | |||||||||||
У біології гетеротрофи - це організми, які отримують поживні речовини разом із готовою їжею. На відміну від автотрофів, гетеротрофи не здатні самостійно утворювати з неорганічних сполук органічні речовини.
Загальний опис
Прикладами гетеротрофів у біології є:
- тварини від найпростіших до людини;
- гриби;
- деякі бактерії.
Будова гетеротрофів передбачає можливість розщеплення складних органічних речовин до простіших сполук. В одноклітинних організмах органічні речовини розщеплюються у лізосомах. Багатоклітинні тварини поїдають їжу ротом і розщеплюють її в шлунково-кишковому трактіз допомогою ферментів. Гриби поглинають речовини із зовнішнього середовища подібно до рослин. Органічні сполуки всмоктуються разом із водою.
Види
За джерелом живлення гетеротрофи поділяються на дві групи:
- консументи - тварини, які вживають інші організми;
- редуценти - організми, що розкладають органічні останки.
За способом харчування (поглинання їжі) консументи відносяться до фаготроф (голозоям). До цієї групи входять тварини, що поїдають організми частинами. Редуценти відносяться до оглядоф і поглинаються органічні речовини з розчинів. До них відносяться гриби та бактерії.
ТОП-4 статтіякі читають разом з цією
Гетеротрофи можуть використовувати в їжу живі та неживі організми.
У зв'язку з цим виділяють:
- біотрофи - харчуються виключно живими істотами (травоїдні та хижі тварини);
- сапротрофи - харчуються мертвими рослинами та тваринами, їх останками та екскрементами.
До біотрофів відносяться:
Рис. 1. Біотрофи.
До сапротрофів відносяться тварини, які поїдають трупи (гієни, грифи, тасманійський диявол) або екскременти (личинки мух), а також гриби та бактерії, що розкладають органічні рештки.
Деякі живі істоти здатні фотосинтезу, тобто. одночасно є автотрофами, і гетеротрофами. Такі організми називаються міксотрофами. До них відносяться східна смарагдова елізія (молюски), ціанобактерії, деякі найпростіші, комахоїдні рослини.
Консументи
Багатоклітинні тварини є консументами кількох порядків:
- першого - харчуються рослинною їжею (корова, заєць, більшість комах);
- другого - харчуються консументами першого ладу (вовк, сова, людина);
- третього - вживають у їжу консументів третього порядку тощо. (змія, яструб).
Один організм може одночасно бути консументом першого і другого або другого та третього порядку. Наприклад, їжаки переважно харчуються комахами, але з відмовиться змій і ягід, тобто. їжаки одночасно є консументами першого, другого та третього порядку.
Рис. 2. Приклад харчового ланцюжка.
Редуценти
Дріжджі, гриби та бактерії-гетеротрофи поділяють за способом харчування на три види:
Рис. 3. Гриби-сапрофіти.
Сапрофіти відіграють важливу роль у кругообігу речовин і є редуцентами в харчовому ланцюжку. Завдяки редуцентам всі органічні останки руйнуються і перетворюються на перегній – живильне середовище для рослин.
Віруси не належать ні до гетеротрофів, ні до автотрофів, т.к. мають властивості неживої матерії. Для розмноження їм не потрібні поживні речовини.
Що ми дізналися?
Гетеротрофи харчуються готовими органічними речовинами, які отримують рахунок поїдання інших організмів - рослин, грибів, тварин. Такі організми можуть харчуватися живими організмами або їх останками (біотрофи та сапротрофи). До консументів, які вживають інші організми (рослини, тварини), належить більшість тварин. До редуцентів, що розкладають органічні залишки, відносяться гриби та бактерії.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4.5. Усього отримано оцінок: 66.
Органічна речовина різними шляхами залишає біосферу та формує глобальний запас мертвої органічної маси, яку можна назвати некросферою. Одна з її фракцій наведена у табл. 5-3 як підстилка на поверхні ґрунту угруповань суші. Кількість підстилки на одиницю площі убуває від вологих до сухих місцеперебування (оскільки в цьому ж напрямі зменшується продуктивність) і від холодного до теплого клімату (оскільки в теплому кліматі швидше протікає її розкладання). Загальна маса підстилки, мабуть, значно менша, ніж «жива» біомаса суші (з включенням у живу масу деревини стовбурів та мертвого сучча на живому стовбурі), і приблизно дорівнює чистій річній первинній продукції. Маса гумусу в грунті варіює, і його важко оцінити, але вважають, що вона набагато більша за масу підстилки і, можливо, у глобальному масштабі має порядок від 2 до ЗХЮ12т. Є й інші значно більші вмістища органічної речовини. Підраховано, що воно становить 10 X Ю12 т.) Органічні маси містяться також у викопному паливі: у нафті (5ХЮпт) та вугіллі (5ХЮ12т). Викопне паливо - це результат акумуляції чистої продукції екосистем у минулі геологічні часи. Нафта, можливо, формувалася і жиру діатомей та інших морських організмів, які поступово акумулювалися у відкладеннях на дні океанів, де хімічні процеси перетворювали їх на вуглеводні. Останні накопичувалися в деяких горизонтах, звідки людина і витягує сьогодні нафту за допомогою свердловин. Вугілля формувалося у великих заболочених лісах з дерев вимерлих типів в умовах, коли їх тканини не могли розкладатися, подібно до того, як це відбувається в сучасних лісах. Деяка частина чистої продукції екосистем може і сьогодні накопичуватися як жири, що становлять ступінь до перетворення на нафту, і як відкладення торфу в болотах, однак можливості для утворення вугілля в сучасних лісах відсутні повністю.
Мертва органічна речовина - кількість органічної речовини, що міститься в відмерлих частинах рослин, а також у продуктах опаду (лісова підстилка, степова повсть, торф'яний горизонт), що накопичилися на грунті.
Мертва органічна речовина екосистеми (виключаючи те, що знаходиться в розчині) називається детритом. Детрит на суші включає мертве листя, що впало на поверхню ґрунту і утворює підстилку, а також мертві стебла та гілки лісового пологу, мертві коріння, частинки гумусу в ґрунті та останки тварин. У морському планктоні детрит складається з залишків планктону та інших організмів, спільно з бактеріями, що знаходяться на цих залишках і в них, і з дрібних частинок, які формуються при таких, наприклад, процесах, як адсорбція органічної речовини на поверхні повітряних бульбашок. В озерах і річках більша частина детриту може надходити від судинних рослин, які ростуть по берегах або по мілководдям, і лише мала його частка надходить від планктону. У прибережних водах океанів основну кількість детриту складають залишки відмерлих водоростей мілководій та судинних рослин приморських берегів.
Ця мертва органічна речовина є резервом їжі, що очікує на своє використання, яке в багатьох спільнотах ґрунтується на співпраці в детритних ланцюгах тварин і редуцентів. Дощові хробаки харчуються частково відмерлим листям, яке вони поїдають, виповзаючи на поверхню ґрунту, а частково-пропускаючи ґрунт через свій травний тракт, переварюючи при цьому частину міститься в ньому органічної речовини. Детритофагами тропічних лісів є терміти, які споживають мертву деревину за допомогою найпростіших, симбіотично пов'язаних з ними, а опад листя в цих лісах використовується головним чином грибами. У помірних лісах у підстилці поселяються тварини, що формують особливу спільноту з ногохсхід, кліщів, багатоніжок та інших груп; деякі з них спільно з бактеріями та грибами споживають опад. Багато хто з цих тварин насправді харчуються не тканинами рослин, а поїдають бактерії або висмоктують нитки грибів. Тварини, які харчуються тканинами відмерлих рослин, отримують нерідко велику кількість енергії також за рахунок тих бактерій та грибів, які містяться в цих тканинах та поїдаються разом із ними. У той самий час ці тварини подрібнюють рослинні тканини більш дрібні шматочки, які доступні їхнього подальшого розкладання грибами і бактеріями. Експерименти показали, що розкладання мертвого листя підстилки бактеріями та грибами може бути затримане на місяці, якщо листя помістити в сітку, яка перешкоджає проникненню в опад тварин, але дозволяє вільно розвиватися грибам та бактеріям. Важливий складовоюДетриту є екскременти. Детрит, що вже частково розклався, поїдається тваринами, які використовують частину мертвої органічної речовини та клітини редуцентів як їжу, а залишки залишають у вигляді екскрементів. Бактерії та гриби знову заселяють ці залишки та продовжують подальше розкладання органічної речовини. Екскременти можуть потім поїдатись іншими тваринами (як того ж виду, так і інших видів) для вторинного використання деяких фракцій екскрементів, що мають цінність як корм.
Детрит мертва органічна речовина, продукти виділення та розпаду організмів; частіше застосовується по відношенню до рослинних решток.
ДЕТРИТ - мертва органічна речовина, наприклад, опале листя, суки та інші останки рослинного та тваринного походження, присутні в будь-якій екосистемі.
Детрит - мертві органічні речовини (зазвичай тварини або рослини), частково мінералізовані, зважені в товщі води або осіли на дно.
ДЕТРИТ (Д.) - мертва органічна речовина, тимчасово виключена з біологічного круговороту елементів живлення. Час збереження Д. може бути коротким (трупи та фекалії тварин переробляються личинками мух за кілька тижнів, листя у лісі – за кілька місяців, стовбури дерев – за кілька років) або дуже довгим (гумус, сапропель, торф, вугілля, нафта). Д. – запасник поживних речовин в екосистемі, необхідна ланка її нормального функціонування. Існують спеціальні організми – детритофаги, які харчуються Д.
Вміст мертвої органічної речовини на поверхні ґрунту під рослинністю різного типутакож неоднаково. Велика його кількість утворюється під лісовими угрупованнями, проте не всюди, а лише в умовах бореального клімату (300-350 ц/га). Маса мертвої органічної речовини в постійно вологому тропічному лісі в 10 разів менша. Найбільшу кількість мертвої наземної органічної речовини встановлено в чагарникових тундрах (835 ц/га); найменше, поки що не піддається точному обліку, - у пустелях.
Величезна маса мертвої органічної речовини щорічно надходить у ґрунт. Різна кількість і склад залишків, що надходять, неоднакова спрямованість і інтенсивність мікробіологічної діяльності, різноманітні водно-теплові умови - все це сприяє формуванню складного комплексу органічних сполук, званого гумусом грунтів. Ґрунтовий гумус безперервно оновлюється в результаті розкладання та синтезування органічних сполук, що входять до його складу.
При розкладанні мертвої органічної речовини в умовах зони змішаних лісів у значній кількості утворюються гумінові та фульвокислоти. Завдяки присутності гумінових кислот гумусовий горизонт набуває сірого кольору. Ці добре розчинні у воді кислоти вмиваються на всю глибину профілю (мал. 50).
Але значна частина мертвої органічної речовини, у тому числі і власне детриту, наприклад залишки рослинності - деревина, не може бути вжита в їжу детритофагами, а піддається гниттю і розкладається в процесі харчування грибів та бактерій.
Саме завдяки безлічі Д. з мертвої органічної речовини (насамперед, коріння рослин) формується грунт. При цьому багато Д. одночасно є і хижаками, тому що харчуються «бутербродами» з мертвої речовини і живих бактерій, що містяться в ньому.
Специфіка енергетичної функції живої речовини виявляється також у тому, що частина мертвої органічної речовини тривалий час зберігається у різних підрозділах біосфери, у свого роду природних резервуарах, які ще називають депонуючими середовищами. Головні проміжні резервуари мертвої органічної речовини - це ґрунт, поверхневі та підземні води суші, океан, донні мули. Є воно і в атмосфері, снігу, льодах та льодовиках. Оновлення запасів органічної речовини принаймні в основних його резервуарах (гумус, грунти, води океану, підземні води) йде протягом тисячоліть, а в донних опадів ще довше.
Підсумовуючи, можна сказати, що розкладання органічних залишків - тривалий і складний процес, який контролює кілька важливих функцій екосистеми. Наприклад, в результаті цього процесу: 1) повертаються в кругообіг елементи живлення, що знаходяться в мертвому органічному речовині; 2) утворюються хелатні комплекси з елементами живлення; 3) за допомогою мікроорганізмів елементи живлення та енергія повертаються в систему; 4) виробляється їжа для послідовного ряду організмів у детритному харчовому ланцюгу; 5) виробляються вторинні метаболіти інгібуючої, стимулюючої та часто регуляторної дії; 6) перетворюються інертні речовини земної поверхні, що призводить до утворення такого унікального природного тіла, яким є ґрунт; та 7) підтримується склад атмосфери, що сприяє життю великих аеробів, таких, як ми самі.
Третю груп) організмів, що беруть участь у кругообігу речовини в біосфері, складають консументи - організми, що живляться живими або мертвими органічними речовинами. Відмінність консу-ментів від редуцентів, що також харчуються органічною речовиною, полягає в тому, що вони для своєї життєдіяльності використовують лише частину енергії (в середньому близько 90%), укладеної в органічній речовині їжі, і не всі органічні речовини їжі перетворюють на неорганічні сполуки. […]
Для екосистеми тундри характерні співвідношення живої та мертвої органічної речовини відповідно 10 та 90 %. У біомасі панують рослини (95%). Низька первинна продуктивність та швидкість переробки речовин редуцентами. У другій половині XX століття почалося інтенсивне освоєння ресурсів тундри: геологорозвідка, видобуток нафти та газу, мінеральної сировини, будівництво підприємств, доріг, міст, селищ.
Факти не надто великого перевищення вмісту енергії в мертвій органічній речовині в порівнянні з її наявністю в планетарній біомасі, а також дані про повільну відновлюваність ресурсів мертвої органічної речовини в його головних резервуарах - свідчення швидкого споживання основної частки біогеохімічної енергії, безпосередньо в наземних та водних біоге. […]
Роль організмів – консументів. формують ланцюга розкладання, у кругообігу речовин у природі очевидна. Вони переробляють мертву органічну речовину (опад рослин, мертві залишки та екскременти тварин) до стану детриту – поживної речовини для редуцентів. Консументи цієї групи представлені, в основному, безхребетними (від одноклітинних до комах), "прописаними" до певних макротериторій або об'єктів (екосистем) і складають постійний компонент екосистеми. Детритообразующие консументи, як і, як і редуценти, завжди перебувають у надлишку поживних речовин, коливається у межах. Тому регуляція масштабів їхньої експансії здійснюється, мабуть, також за концентрацією продуктів метаболізму у навколишньому середовищі. Таким сигнальним показником навколишнього середовища для цих організмів можуть бути або безпосередньо концентрація детриту, або концен-чрапія продуктів подальшого біорозкладання детриту - неорганічних біогенних речовин.
Редуценти (від лат. - відновлюючий), деструктори - організми, що розкладають мертву органічну речовину і перетворюють її на неорганічну речовину, що засвоюється іншими організмами. До них належать: бактерії, гриби, мікроорганізми; їх ще називають організмами-руйнівниками.
Все рослинне та тваринне населення водойми бере участь у перетворенні речовин. p align="justify"> Процес перетворення речовин у водоймі заснований на створенні гідробіонтами так званих харчових рядів або харчових ланцюгів. Кожен ряд починається з організмів – продуцентів. До продуцентів, в першу чергу, відносяться водорості та автотрофні бактерії- Ті та інші здійснюють у водоймищі первинний синтез органічної речовини та служать їжею для інших організмів, нездатних до автотрофного харчування. Так, водоростями зазвичай харчуються різноманітні веслоногі рачки, молюски, губки, а бактерії пожираються численними одноклітинними тваринами (Protozoa); ці тварини називаються протестами чи найпростішими. Далі протисти також є їжею рачкам, губкам, молюскам, які у свою чергу є кормом для риб. Відмирання організмів та виділення ними продуктів обміну речовин утворює мертву органічну речовину – детрит. Детрит мінералізується мікроорганізмами до мінеральних продуктів, а крім того, служить їжею хробакам, молюскам, личинкам комах та малькам деяких риб (Батьківщина, 1958).
- Речовина (і в тому числі біогенні елементи) може проходити через співтовариство по «петлям». Надходження та винесення біогенних елементів, як правило, низькі в порівнянні з їх кількістю, що бере участь у кругообігу, хоча сірка - важливий виняток з цього правила (в основному через «кислотні дощі»). - Зведення лісу розмикає кругообіг і веде до втрати біогенів .- Наземні біоми різняться розподілом біогенних елементів між мертвою органічною речовиною і живими тканинами,- Течії та осадконакопіння - важливі фактори, що впливають на потік біогенних елементів у водних екосистемах.
У наземних та ґрунтових екосистемах гриби разом із бактеріями є редуцентами, харчуючись мертвою органічною речовиною та розкладаючи її. Метаболічна активність грибів дуже висока, вони здатні до швидкого руйнування гірських порідта вивільненню з них хімічних елементів, які при цьому включаються до біогеохімічних циклів вуглецю, азоту та інших компонентів ґрунту та повітря.
Як приклад розглянемо середотворну роль лісової екосистеми. Продукція та біомаса лісу є запасами органічної речовини та накопиченої енергії, створеними у процесі фотосинтезу рослинами. Інтенсивність фотосинтезу визначає швидкість поглинання діоксиду вуглецю та виділення кисню в атмосферу. Так, при утворенні 1 т рослинної продукції в середньому поглинається 1,5-1,8 т СО2 та виділяється 1,2-1,4 т 02. Біомаса, включаючи і мертву органічну речовину, - основний резервуар біогенного вуглецю. Частина цієї органічної речовини виводиться з круговороту на тривалий час, утворюючи геологічні відкладення.
Такий перерозподіл добре відомий для системи "рослинність - грунтовий покров", коли в ньому накопичується органічна речовина і колоїднодисперсна фракція. Загалом і в ґрунтах, і в корах вивітрювання за допомогою біоти захоронюється сонячна енергія у формі мертвої органічної речовини, поверхневої енергії частинок і кристал про хімічну енергію деяких глинистих мінералів. Не можна забувати, як і сама біота, особливо рослинний покрив -це значний резервуар акумульованої енергії Сонця.
Для оцінки загальної стійкості екосистем до антропогенних впливів використовують такі показники: 1) запаси живої та мертвої органічної речовини; 2) ефективність утворення органічної речовини або продукції рослинного покриву та 3) видове та структурне розмаїття (Державний док..., 1994).
Можливі «маршрути» енергії в системах консументів і редуцентів одні й ті самі, за одним істотним винятком - фекалії та мертві організми в першому випадку губляться (надходять до системи редуцентів), а в другому - ні (стають мертвою речовиною, що лежить на підставі цієї системи ). Ця різниця має фундаментальне значення. Енергія, доступна у формі мертвої органічної речовини, може бути в результаті повністю використана в процесах метаболізму і розсіяна у вигляді тепла при диханні, навіть якщо для цього їй потрібно кілька разів пройти через систему редуцентів. Винятком є ситуації, коли (1) речовина експортується з даного місця та використовується в іншому, як, наприклад, детрит, що вимивається течією; (2) локальні абіотичні умови дуже несприятливі для процесу розкладання, внаслідок чого залишаються поклади неповністю метаболізованої високоенергоємної речовини, зокрема нафти, вугілля, торфу.
Еккрісотрофія (від грец. - виділення та харчування) - процес харчування організмів виділеннями інших організмів (разом з деструкцією мертвої органічної речовини та поїданням живих рослин). Цей спосіб харчування є основним для ґрунтових мікроорганізмів.
С. Ваксман розглядав гумус ґрунту як складну динамічну систему хімічних перетворень (за участю мікроорганізмів) окремих груп органічних речовин: целюлози, лігніну, протеїнів та специфічних сполук гумусу ґрунту. Щоправда, їм приділялося менше уваги, а про фульвокислоти Ваксман навіть писав, як про гіпотетичні. У першій частині книги йдеться про історію поглядів на грунтовий гумус, у другій - про його походження і природу, у третій - про процеси розкладання гумусу та його роль у житті рослин, мікроорганізмів та тварин. Значення гумусу в ґрунтоутворенні, на думку Ваксмана, величезне, на це вказував ще в першій половині минулого століття агрогеолог Шпренгель, не кажучи вже про Теєра. Особливо важливі уявлення Докучаєва, який визначав грунт «як поверхневий шар землі, що змінюється під впливом природних умов, а саме: води, повітря, живих і мертвих органічних речовин». Тому Ваксмаїу не здається дивним, що раніше часто термін «гумус» застосовувався «для позначення ґрунту як цілого». Він співчутливо згадує англійця В. Хамора, який у 1929 р. у науково-популярній статті запропонував замінити назву «грунтознавство» на «гумологію».
[ ...]
Однак такий кругообіг можливий лише в автотрофній системі, що черпає енергію від Сонця. Інша справа - гетеротрофна сукцесія, коли приплив мертвої органічної речовини не заповнює запаси, тобто первинна продукція дорівнює нулю, і беруть участь у сукцесії лише гетеротрофні організми. У цьому випадку кількість енергії не додається, а зменшується, і система припиняє своє існування - всі організми гинуть або, у кращому разі, переходять у стани, що спокою. Хорошим прикладом такої сукцесії є сукцесія в гниючих стовбурах дерев, у трупах тварин, фекаліях та на вторинних стадіях обробки стічних вод. Така модель сукцесії повинна асоціюватися, на думку Ю. Одума (1975), з експлуатацією покладів горючих з корисними копалинами человеком.[ ...]
Основою функціонування Е. є постійне надходження енергії, яка використовується одноразово і поступово розсіюється при диханні живих організмів різних трофічних рівнів і розкладанні мертвої органічної речовини (детриту), та круговороти речовин (вуглецю, кисню, води, фосфору, азоту, калію та ін.). […]
Енергія доступна для живих організмів у формі сонячної радіації та зв'язується у процесі фотосинтезу. Витрати енергії відбувається у вигляді хімічної енергії. При перетворенні енергії на тепло відбувається її втрата. З рис. 16 видно, що енергія між мертвою органічною речовиною та системою редуцентів, що перетворює органічні залишки на неорганічні речовини, може передаватися в обох напрямках. Але цей процес не є кругообігом енергії, він лише відображає здатність системи редуцентів неодноразово "переробляти" органічну речовину. При цьому кожен джоуль променистої сонячної енергії використовується лише один раз, і життя на Землі можливе лише завдяки новому щоденному постійному надходженню сонячної енергії.
Харчовий (трофічний) ланцюг – це перенесення енергії від її джерела – продуцентів – через ряд організмів. Харчові ланцюги можна розділити на два основні типи: пасовищний ланцюг, який починається з зеленої рослини і йде далі до рослинноїдних тварин, що пасуться, і до хижаків, і детритний ланцюг (від латинського істертий), який починається від продуктів розпаду мертвої органічної речовини. У формуванні цього ланцюга вирішальну роль грають різні мікроорганізми, які живляться мертвою органічною речовиною і мінералізують його, знову перетворюючи на найпростіші неорганічні сполуки. Харчові ланцюги не ізольовані одна від одної, а тісно переплітаються один з одним. Часто тварина, що споживає живу органічну речовину, поїдає і мікробів, які споживають неживу органічну речовину. Таким чином, шляхи споживання їжі розгалужуються, утворюючи так звані харчові мережі.
До параметрів, що характеризують біологічний кругообіг, відносяться відношення щорічної біологічної продукції геосистеми до її великої біомаси, річного приросту зеленої маси рослин до загального приросту фітомаси, річного опаду до запасів підстилки, ступінь використання щорічного приросту біомаси на дихання живих організмів. з мертвою органічною речовиною, накопиченою в геосистемі (І.П.Герасимов та ін, 1972) /9/. У геохімії ландшафтів основним із цих показників є відношення щорічної продукції та біомаси, що характеризує найвищі одиниці у ландшафтно-геохімічних класифікаціях.
Рослинність у європейській частині Росії представлена змішаними лісами, що складаються з ялини, берези, осики, подекуди зустрічаються широколистяні породи дерев. У Прі-ураллі росте ялиця, у Західному Сибіру переважають береза та осика. Характерною рисою змішаних лісів є більш менш розвинений покрив трав. Біомаса змішаних лісів більша, ніж у тайзі, і становить 2000-3000 ц/га. Маса опаду також перевищує таку тайгових лісів, але через те, що процеси руйнування мертвої органічної речовини протікають більш енергійно, у змішаних лісах підстилка має меншу потужність, ніж у тайзі.
Істотний крок уперед від традиційного використання схеми Вольтерра зроблено Г. Г. Вінбергом та С. І. Анісімовим (1966) при моделюванні водної екосистеми. Блок-схема цієї моделі наведено на рис. 1.9. Сонячна енергія (Р), що надходить в екосистему, споживається як великим (а), так і дрібним фітопланктоном (¡3). Зоопланктон підрозділений на дрібних фільтраторів, не споживаних рибами (7), великих фільтраторів (8) і хижаків (е). Риби (Q споживають великих фільтраторів та хижий зоопланктон. Бактерії (tj) харчуються мертвою органічною речовиною (0) і самі служать їжею фільтраторам зоопланктону.
Всі загиблі тварини і рослини, а також їх екскременти називаються детритом, а тварини, що спеціалізуються на поїданні детриту, - детритофагами. Детритофагами є багатоніжки, раки, терміти, черв'яки, мурахи. Значна частина детриту не поїдається тваринами, а гниє та розкладається у процесі харчування бактерій та грибів. Гриби та бактерії виділені в особливу групу детритофагів. Однак у будь-якій екосистемі всі детритофаги та редуценти відіграють ту саму роль. Вони харчуються мертвими органічними речовинами і при цьому розкладають їх.
Деякі інші характеристики біосфери відображені у табл. 5-3. Більшість рослинних угруповань у досить сприятливих умовах суші мають у своєму розпорядженні для перехоплення сонячного світла поверхнею листя від 3 до 8 м2 у розрахунку на 1 м2 поверхні ґрунту («індекс листової поверхні» 3-8). Вищі оцінки цього показника зустрічаються у ряді угруповань, особливо у лісах з вічнозелених і хвойних рослин. Загальна листова поверхня, оцінена всім співтовариств суші, становить 644 X X Ю6 км2 із середнім листовим індексом 4,4. Середня ефективність формування чистої продукції сухої речовини та поглинання енергії на одиницю площі листової поверхні дорівнює 178 г/м2 листової поверхні на рік (760 ккал/м2 листової поверхні на рік). Для наземних угруповань у сприятливих умовах існування ефективність продукції сухої речовини коливається загалом від 150 до 300 г/м2 листової поверхні на рік з найнижчими значеннями у вічнозелених угрупованнях; для багатьох угруповань аридних та холодних кліматів цей показник становить від 50 до 150 г/м2 листової поверхні на рік. У табл. 5-3 показані розрахункові дані про листову поверхню і хлорофіл, в які не включені зелені поверхні стовбурів і гілок і хлорофіл, що міститься в живих тканинах всіх інших, крім листя, органах та в мертвій органічній речовині.
Майже завжди надходження та винесення біогенних елементів невеликі в порівнянні з їх вмістом у біомасі, тобто кількістю, що циркулює всередині екосистеми. На рис. 17.25 це показано для одного з найважливіших для організмів елементів – азоту. Винесення з текучими водами всього 4 кг/га- рік азоту підкреслює розмах його утримання та залучення у кругообіг біомасою лісової спільноти. Втрата таким шляхом кількість відповідає лише 0,1% сумарного запасу азоту у складі живої та мертвої органічної речовини вивченої екосистеми.
Найбільші газові родовища розташовані у зоні тундри з екстремальними кліматичними умовами. Тундра (фін. тунтурі - безлісова плоска вершина, височина) є біом і тип рослинності, що характеризується безлестю, сильним розвитком цокрова мохів і лишайників, місцями багаторічними травами та чагарниками. Тундра поширена у субарктичному географічному поясі Землі та становить географічну зону. Екосистеми тундри дуже вразливі. У тундрових екосистемах спільноти збіднені, основною причиною цього є нестача тепла. Рослинний покрив, що розвивається в умовах низьких температур, вічної мерзлоти та тривалої полярної ночі, в основному одноярусний, через низьку активність продуцентів, що відмирають частини рослин, не встигають перероблятися і накопичуються у вигляді торф'яної маси. Тому в умовах тундри запаси мертвої органічної речовини набагато (до двох порядків) перевищують річний приріст. Біомаса рослин у тундрі загалом становить 0,6 кг/м2, тобто. має такий самий порядок, як у пустелях і напівпустелях, і втричі менше, ніж у степовій зоні.
Всі досліджувані БГЦ були визначені в типологічному відношенні, після чого провели їхню ординацію за градієнтом продуктивності та фактором сукцесійного віку. На дренованих екотопах було виділено 4 сукцесійні ряди із загальною схемою: вербники прируслові - ■ заплавні типи лісу (сосняки, березняки, дубняки, сіроольша-ники) - ■ ялинники заплавні -»■ ялинники-кисличники (клімакс). По кожному сукцесійному ряду на ЕОМ провели апроксимацію та вирівнювання значень первинної нетто-продукції Р, запасів живої фітомаси М та загального запасу біомаси по ординаті сукцесійного віку (г). Розрахувавши першу похідну функцій М і В по т, отримали поточну зміну запасів живої фітомаси ДМ та всієї біомаси ДВ. Потім для кожного десятиліття сукцесійного віку розрахували середнє значення річного опаду та відпаду фітомаси Ь за формулою А = Р – ДМ та витрат на гетеротрофне дихання І/1 за формулою Я = = Р – ДВ. Розмір Ь є диссипацію (розсіювання) запасів енергії автотрофного блоку, а й/, - гетеротрофного блоку БГЦ. Величина Ь характеризує, крім того, вхідний потік хімічної енергії гетеротрофний блок. Після апроксимації значень запасів у БГЦ мертвої органічної речовини та біомаси деструкторів (детриту) - £детр, отриманих з рівняння йдетр = В - М, за першою похідною функцією Д1Лр = /(г) розрахували значення ДАде™ - поточної зміни запасів мертвої біомаси . Перевірку на адекватність здійснювали шляхом зіставлення результатів із значеннями, отриманими з рівняння Д детр = £ - Я/г = ДВ - ДМ.
Поняття про спільноту та екосистему.Група популяцій різних видів, що населяє певну територію, утворює спільноту. Уявлення про будь-який ландшафт насамперед пов'язують із його рослинністю. Тундри, тайги, листопадні ліси, луки, степи, пустелі складаються з різноманітних рослинних угруповань. Березові ліси відрізняються від дібрів не лише деревним складом, а й підліском та трав'яним покривом. Кожна рослинна спільнота населена властивими йому угрупованнями тварин, грибів і мікроорганізмів.
Усі співтовариства рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів перебувають у найтіснішого зв'язку друг з одним, створюючи нерозривну систему взаємодіючих організмів та його популяцій - біоценоз, який також називають суспільством. Можна виділити спільноти будь-якого розміру та рівня. Наприклад, у співтоваристві степів - спільнота лугових степів, а в ньому - співтовариства рослин, хребетних та безхребетних тварин, мікроорганізмів.
Середовище та спільнота, а також члени спільноти між собою обмінюються речовинами та енергією: живі організми з середовища або один від одного отримують речовини та енергію та повертають їх назад у навколишнє середовище. Завдяки цим процесам обміну, організованим у вигляді потоку енергії та круговороту речовин, співтовариство (біоценоз) і навколишнє середовище є нерозривною єдністю, однією складною системою. Таку систему називають екосистемою чи біогеоценозом (рис. 102). Останнім часом термін «екосистема» вживається найчастіше.
Рис. 102. Екосистема хвойного (вгорі) та змішаного лісів
Функціональні групи організмів у суспільстві.Будь-яке співтовариство складається із сукупності організмів, які за типом харчування можна поділити на три функціональні групи. Зелені рослини – автотрофи. Вони здатні акумулювати сонячну енергію у процесі фотосинтезу та синтезувати органічні речовини. Автотрофи – це продуценти, тобто виробники органічної речовини, перша функціональна група організмів біоценозу.
Будь-яке співтовариство включає також гетеротрофні організми, яким для харчування необхідні вже готові органічні речовини. Розрізняють дві групи гетеротрофів: консументи, чи споживачі, і редуценти, т. е. руйнівники. До консументів відносять тварин. Травоїдні тварини вживають рослинну їжу, а м'ясоїдні - тварину. До редуцентів відносять мікроорганізми - бактерії та мікроскопічні гриби. Редуценти розкладають виділення тварин, залишки мертвих рослин, тварин та мікроорганізмів та інші органічні речовини. Руйнувачі живляться органічними сполуками, що утворюються під час розкладання. У процесі харчування редуценти мінералізують органічні речовини до води, діоксиду вуглецю та мінеральних елементів. Продукти мінералізації використовуються продуцентами.
Отже, в екосистемі харчові та енергетичні зв'язки йдуть у напрямках
Всі три перелічені групи організмів існують у будь-якій спільноті. Кожну групу входить безліч популяцій, що населяють екосистему. Тільки спільна робота всіх трьох груп забезпечує функціонування екосистеми.
Приклади екосистем.Різні екосистеми відрізняються один від одного як за видовим складом організмів, так і за властивостями довкілля їх проживання. Розглянемо як приклад листопадний ліс і ставок.
До складу листопадних лісів входять буки, дуби, граби, липи, клени, берези, осики, горобини та інші дерева, чиє листя восени опадає. У лісі виділяється кілька ярусів рослин: високий і низький деревний, чагарників, трав та мохового грунтового покриву. Рослини верхніх ярусів більш світлолюбні і краще пристосовані до коливань температури та вологості, ніж рослини нижніх ярусів. Чагарники, трави і мохи в лісі тіньовитривалі, влітку вони існують у напівтемряві, що утворюється після повного розгортання листя дерев. На поверхні грунту лежить підстилка, що складається з залишків, що напіврозклалися опалого листя, гілочок дерев і чагарників, мертвих трав (рис. 103).
Рис. 103. Екосистема листопадного лісу
Фауна листопадного лісу багата. Багато норних гризунів (миші, полівки), комахоїдних (землерийки), хижаків (лисиця, борсук, ведмідь). Трапляються ссавці, що живуть на деревах (рись, білка, бурундук). До групи великих травоїдних входять олені, лосі, козулі. Широко поширені кабани.
Птахи гніздяться у різних ярусах лісу: землі, в чагарниках, на стовбурах чи дуплах і вершинах дерев. Багато комах, які харчуються листям (наприклад, гусениці) та деревиною (короїди). У підстилці і верхніх горизонтах грунту, крім комах, мешкає величезна кількість інших безхребетних тварин (дощові черв'яки, кліщі, личинки комах), маса грибів і бактерій.
Приклад екосистеми, де серед життя організмів служить вода, - відомі всім ставки. На мілководді ставків поселяються укоріняються або великі плаваючі рослини (очерет, рогоз, латаття). По всій товщі води на глибину проникнення світла поширені дрібні плаваючі рослини, переважно водорості, звані фітопланктоном. Коли водоростей багато, вода стає зеленою, як то кажуть «цвіте». У фітопланктоні багато діатомових та зелених водоростей, а також ціанобактерій.
Личинки комах, пуголовки, ракоподібні, рослиноїдні риби та молюски харчуються живими рослинами або рослинними залишками, хижі комахи та риби поїдають різноманітних дрібних тварин, а великі хижі риби полюють і за рослиноїдними та за хижими, але дрібнішими рибами.
Організми, що розкладають органічні речовини (бактерії, джгутикові, гриби), поширені по всьому ставку, але їх багато на дні, де накопичуються залишки мертвих рослин і тварин.
Ми бачимо, як несхожі і по зовнішньому вигляду, і за видовим складом популяцій екосистеми лісу та ставка. Середовище проживання видів різне: у лісі - повітря та грунт; у ставку - повітря та вода. Проте функціональні групи живих організмів однотипні. Продуценти у лісі - дерева, чагарники, трави, мохи; у ставку - плаваючі рослини, водорості та синьо-зелені. До складу консументів у лісі входять звірі, птахи, комахи та інші безхребетні тварини (останні населяють ґрунт та підстилку). У ставку до консументів відносяться комахи, різні земноводні, ракоподібні, рослиноїдні та хижі риби. Редуценти (гриби та бактерії) представлені у лісі наземними, у ставку водними формами.
Ці ж функціональні групи організмів існують у всіх наземних (тундри, хвойні та листяні ліси, степи, луки, пустелі) та водних (океани, моря, озера, річки, ставки) екосистемах.
- Дайте визначення спільноти, біогеоценозу, продуцентів, редуцентів, консументів. Наведіть приклади біогеоценозів вашої місцевості.
- Перерахуйте найважливіші компоненти екосистеми та розкрийте роль кожного з них.
- Як і чому зміниться життя діброви у випадках, якщо там: а) вирубали весь чагарник; б) хімічним способом знищили рослиноїдних комах?