Екосистема. Потік енергії в екосистемі і ланцюги живлення. Чисельність популяції

Під екологічною системою (екосистемою) розуміють угрупування організмів і його середовище існування, об’єднане у єдине функціональне ціле загальним кругообігом речовин та енергії.

Основу екосистеми складають автотрофні зелені рослини - продуценти (утворювачі), синтезуючі органічні речовини з неорганічних. Результат їх діяльності - фіксація сонячної енергії, перетворення її в потенціальну енергію хімічних зв’язків синтезованих органічних речовин. Сумарна продукція фотосинтезу - це первинна продуктивність, яка визначається тією швидкістю, з якою енергія Сонця використовується продуцентами у процесі фотосинтезу і накопичується у формі органічних речовин (біомаси). Готові органічні речовини використовують консументи (споживачі) - гетеротрофні організми: рослиноїдні (консументи І порядку), хижаки (ІІ, ІІІ і т.д. порядку). (рис.2.2).

Перенесення потенціальної енергії їжі від продуцентів - рослин - через ряд організмів шляхом поїдання одного іншим називається ланцюгом живлення, або трофічним зв’язком. Наприклад, олень їсть ягель, вовк живиться оленем. У знову утворене органічне тіло переходить лише 5 - 10% енергії їжі; більша її частина втрачається, використовується на процеси травлення, дихання, на роботу з добування їжі. Аналогічні явища відбуваються на таких рівнях - рівні вовка: при кожному черговому перенесенні втрачається 80 - 90% потенціальної енергії. Це обмежує число ланок травного ланцюга; зазвичай їх буває від 3 до 5. В середньому за рахунок 1т рослинної маси утворюється 100 кг маси травоїдних тварин, з них 10 кг тіла хижаків і лише 1 кг тіла вторинних хижаків. Таким чином, маса кожної наступної ланки в ланцюгу живлення прогресивно зменшується.

консументи II порядку

консументи І порядку

консументи

IV порядку

консументи

III порядку

продуценти

Трофічні рівні

Рис.2.2. Компоненти екосистеми.

Харчові ланки в екосистемі завжди перехрещуються: член однієї ланки є членом іншої. Об’єднання ланцюгів утворює харчову сітку екосистеми. Порушення будь - якої ланки в екосистемі обов’язково відобразиться на всій екосистемі. Тому втручання в життя екосистеми може призвести до незворотних змін та загибелі організмів.

Рис. 2.3. Екологічна піраміда (маса кожної наступної ланки ланцюга живлення приблизно у 10 раз менша за масу попередньої).

Чисельність особин у популяції змінюється в залежності від рівня народжуваності, смертності, а також міграцій (перехід члена однієї популяції в іншу). Ці показники визначаються великою кількістю екологічних факторів, як абіотичних (кліматичних), біотичних (кількість корму, хижаків, жертв). У відносно постійних умовах чисельність популяції тримається приблизно на одному рівні. Зміна середовища може різко змінити чисельність, але потім встановити новий стабільний рівень. Важливий фактор, регулюючий чисельність - наявність кормових ресурсів.

Популяція, хоча і має потенціальну можливість необмеженого збільшення чисельності, нараховує стільки особин зазвичай, скільки їх може прогодуватись на займаній території. Наприклад, роки, врожайні для голонасінних, відрізняються високою чисельністю кедрівок, білок, соболів, які живляться їх насінням; ріст чисельності рослиноїдних комах при надлишку їжі в подальшому призведе до нестачі їжі, що викликає вразливість комах вірусами та бактеріями.

Вивчення причин динаміки чисельності популяції біогеоценозу дає можливість передбачити і попередити інтенсивне розмноження комах - шкідників та боротьбу з ними. Використання хімічних речовин для захисту рослин екологічно недоцільно, тому що призводить до загибелі не тільки комах - шкідників, але й хижаків та паразитів. Одночасно виникають стійкі до отрути шкідники (їх на сьогодні 500), тому масове розмноження їх важко стримати.

Зміна біогеоценозів. Біогеоценози формувались у процесі довготривалої еволюції, внаслідок пристосування організмів один до одного, до середовища існування і зміною природного середовища. Провідне значення в процесі зміни біоценозів належить рослинам, хоча біогеоценоз живе і змінюється як єдине ціле. Рослини, отримуючи поживні речовини і вологу з ґрунту, змінюють її хімічний склад. Після відмирання рослини збагачують грунт органічними речовинами. Зміна ґрунту призводить до зміни рослинності і, відповідно, тварин - продуцентів і редуцентів.

Еволюція біоценозів йде у бік ускладнення і збільшення пристосованості. Так, при формуванні рослинності на знову утвореному ландшафті (піщаному) поселяються хвощі, плауни, на яких поселяються павуки, коники, риючі оси, поступово змінюються на голонасінні. Відбувається накопичення гумусу, формується грунт. До перших переселенців приєднуються мурахи, кобилки, жуки, з’являються дощові черв‘яки. Формується різноманітний тваринний світ. Таким чином, якщо на початкових етапах рослини і тварини повністю залежать тільки від умов зовнішнього середовища, то по мірі формування біогеоценозу взаємовідносини між організмами ускладнюються та їх вплив на середовище існування збільшується. Наприклад, в лісі освітленість, температура, швидкість вітру, вологість і ґрунти інші. Під впливом постійної зміни середовища і все більшого пристосування організмів один до одного склад і будова біогеоценозу видозмінюються у зв‘язку зі зміною клімату, ґрунту, діяльністю тварин, а також господарською діяльністю людини (вирубка лісу, висушування боліт, внесення добрив).

Біогеоценози, що виникли у процесі еволюції, характеризуються відносною стабільністю, тобто здатні зберігати свою структуру і функціональні особливості під впливом зовнішніх факторів. Стабільність обумовлена саморегуляцією, заснованою на принципі зворотного зв’язку між компонентами біогеоценозу. Так, коливання кількості рослинної їжі, чисельності травоїдних тварин і хижаків, які живляться ними, пов’язані один з одним. Саморегуляція біогеоценозу пов’язана з підтриманням певної чисельності особин у популяції на всіх рівнях харчового ланцюга.

Розвинута екологічна система утворює максимальну у даних умовах біомасу, відрізняється різноманіттям взаємовідносин між видами і стабільністю. Вивчення біогеоценозів дозволяє виявити цінність сінокосів, пасовищ, лісів, зрозуміти їх шлях розвитку і правильно передбачити ефект меліоративних, агротехнічних і інших заходів.

Агроценози. Ріст потреб людства, що не забезпечувався продуктивністю природного рослинного покриву, призвів до створення штучних біоценозів - агроценозів. Перші рослинні угрупування, створені людиною, з’явились приблизно 10-15 тисячоліть тому. Це були зернові поля злаків. Поряд з вирощуваними видами на полях збереглись і деякі рослини, що жили тут раніше, а також поселялись інші види, для яких знову створені умови є сприятливими. Частина цих рослин пристосувалась до життя серед сільськогосподарських рослин і стали бур’янами. До складу польових угрупувань увійшли специфічні бактерії, водорості, гриби. Так виникають штучні, створені і регульовані людиною агроценози.

Агроценози мають певний видовий склад (культурні рослини, бур’яни, грунтова флора) і певні взаємовідносини між компонентами і навколишнім природним середовищем.

Агроценози - це поля, штучні пасовища і сінокоси, лісові посадки, парки і сади. Висока їх продуктивність забезпечується інтенсивною технологією, підбором високоврожайних рослин, внесенням добрив, меліорацією, правильною агротехнікою.

Агроценози - це екосистеми, які створюють, підтримують і контролюють люди.

Баланс поживних речовин. У біогеоценозі всі отримані рослиною елементи з часом повертаються у грунт. У агроценозі велику частину людина забирає з врожаєм (зерно пшениці, бульби картоплі, пагони конюшини). Щоб відновити втрати, необхідно постійно вносити у грунт добрива.

Використання енергії. Для біогеоценозу єдине джерело енергії - Сонце. Агроценози, крім сонячної енергії, отримує від людини додаткову енергію: на виробництво добрив, полив рослин використовується енергія, отримана за межами агроценозу.

Напрямок і форми добору. В біоценозі діє природний добір, спрямований на створення взаємно пристосованих конкурентоздатних видів, стійких до дії несприятливих факторів середовища. У агроценозі головним є штучний добір, який людина спрямовує на створення сортів з максимальною продуктивністю. Агроценози не є стійкими системами, їх розвиток і збереження пов’язано з діяльністю людини. Якщо догляд за агроценозом припиняється, то штучне рослинне угрупування зміниться на природне. Наприклад, занедбана пашня в лісовій зоні швидко заросте чагарниками і мілкими деревами, а потім стане густим лісом.

2.5.