Гетеротрофные экосистемы

2.6.Примеры экосистем

Гетеротрофные экосистемы

Изучитьэкосистему по причине большого количествапеременных, входящих в ее состав, оченьсложно. Основные компоненты наземнойи водной экосистем – это абиотическиевещества, продуценты, консументы иредуценты.

Абиотическиевещества – это неорганические соединенияи отдельные элементы, не входящие всостав живых или отмерших организмов.Незначительное количество важныхэлементов питания находится в раствореннойформе, доступной для питания растенийи других организмов. Остальная же,большая их часть содержится в фиксированнойформе.

Экосистемыочень разнообразны. Их состав зависитот многих факторов, в первую очередь отклимата, геологических условий и влияниячеловека.

Они могут быть автотрофными,если главную роль играют автотрофныеорганизмы – продуценты, или гетеротрофными,если их роль незначительна.

Экосистемымогут быть естественными или созданнымичеловеком – антропогенными(от греческих слов антропос– человек и генезис– происхождение).

Естественные(природные) экосистемыформируются под влиянием природныхфакторов, хотя человек может оказыватьвлияние на них. В лесу человек заготавливаетдревесину и охотится, на степном пастбищепасет скот, в водоемах ловит рыбу. Онможет загрязнять атмосферу, почву, воду.Однако влияние человека в этих экосистемахменьше, чем влияние природных факторов.

Антропогенные(искусственные)экосистемысоздаются человеком в процессехозяйственной деятельности.

Их примеры:сельскохозяйственные ландшафты спосевами и стадами скота, города,лесопосадки, морские “огороды” изводорослей ламинарии и “фермы” устрицили морского гребешка.

В составантропогенных экосистем могут входитьсохранившиеся более мелкие естественныеэкосистемы (лес или озеро на территориисельскохозяйственной экосистемы,лесопарк в городе).

Существуютэкосистемы, переходные между естественнымии искусственными, например, экосистемаестественных полупустынных пастбищКалмыкии со стадами сельскохозяйственныхживотных.

Иестественные, и антропогенные экосистемыразличаются по источнику энергии,который обеспечивает их жизнедеятельность.

Автотрофныеэкосистемы находятсяна энергетическом самообеспечении иразделяются на фотоавтотрофные –потребляющие солнечную энергию за счетпродуцентов – фотоавтотрофов ихемоавтотрофные – использующиехимическую энергию за счет продуцентов– хемоавтотрофов.

Большая частьэкосистем, в том числе и сельскохозяйственные,являются фотоавтотрофными. Всельскохозяйственные экосистемы человеквносит энергию, которая называетсяантропогенной (удобрения, горючее длятракторов и т.д.).

Но ее роль незначительнопо сравнению с используемой экосистемойсолнечной энергией.

Естественныехемоавтотрофные экосистемы формируютсяв подземных водах. Антропогенныехемоавтотрофные экосистемы человексоздает из микроорганизмов в некоторыхбиологических очистных сооруженияхдля очистки воды от неорганическихзагрязнителей.

Гетеротрофныеэкосистемы используютхимическую энергию, которую получаютвместе с углеродом от органическихвеществ, или энергию созданных человекомэнергетических устройств.

Примерестественной гетеротрофной экосистемы– экосистема океанических глубин, кудане доходит солнечный свет.

Животные имикроорганизмы, входящие в нее, существуютза счет “питательного дождя” – трупови остатков организмов, падающих на дноиз освещенной солнцем автотрофнойокеанической экосистемы.

Существуютгетеротрофные экосистемы и высоко вгорах, где микроскопические клещипитаются остатками растений, которыеприносит ветер.

Антропогенныегетеротрофные экосистемы очень разнообразны. Это, во-первых, города ипромышленные предприятия. Энергия вних поступает по линиям электропередач,по трубам нефте- и газопроводов, вцистернах автомашин и железнодорожныхвагонах.

Поступают в город и сырье дляработы промышленных предприятий, ипродукты питания для горожан.

Какое-токоличество солнечной энергии городскаяэкосистема получает благодаря зеленымрастениям, но оно ничтожно мало посравнению с энергией, которую городполучает извне.

Остановимсяна таких примерах естественных экосистем,как пруд, луг, водосборный бассейн.Биологическое разнообразие в них нестоль велико, и поэтому легче увидетьнеотделимость живых организмов отнеживой природы.

Пруди луг.Растения, животные и микроорганизмы,которые живут в этих экосистемах,оказывают влияние на химический составводы, почвы и воздуха.

Пруд,озеро или луг, как и другие экосистемы,представляют собой равновесные системы,состоящие из разных элементов.

Скоростьи интенсивность перехода абиотическихвеществ из доступных форм в недоступныеи обратно зависит от ряда климатическихфакторов- поступления солнечной энергии,температурного цикла, количестваосадков, длины светового дня и другихклиматических условий, которые оказываютрегулирующее воздействие на функционированиеэкосистемы.

Продуцентыводной экосистемы подразделяются надва типа:

  • крупные укорененные или плавающие растения –макрофиты (обычно они обитают на мелководье, в освещенной зоне);
  • мелкие плавающие растения, главным образом водоросли, находящиеся в толще воды, которые называются фитопланктоном (от греч. phyton – растение, plankton – блуждающий). Они распространены в толще воды на глубине проникновения света. При большом количестве фитопланктона вода имеет зеленый цвет.

В больших глубокихводоемах фитопланктон играет гораздобольшую роль в

производстве пищи для всей экосистемы, чем укорененнаярастительность. В наземных сообществах,наоборот, – больше органической продукциидают макропродуценты.

Консументовможноразделить на два вида – первичные ивторичные. Первичные консументы, илирастительноядные животные питаютсяживыми растениями и их частями.

В прудувстречаются два типа первичныхмакроконсументов: зоопланктон(животный планктон) и бентос( донныеформы).

В лугопастбищной экосистемерастительноядные животные также делятсяна две группы: крупные травоядныемлекопитающие и грызуны; растительноядныенасекомые и другие беспозвоночные.

Вторичныеконсументы или плотоядные, питаютсяпервичными консументами (в случае, еслив качестве пищи они потребляют другиевторичные консументы, их называюттретичными). В экосистеме пруда этонасекомое, пауки и хищные рыбы, в луговыхэкосистемах – млекопитающие, птицы ит. д.

Изконсументов важное значение имеют такжедетритофаги, которые существуют, используя в пищу органический детрит,поступающий из верхних автотрофныхярусов.

Ксапротрофныморганизмамотносятся бактерии и грибы. Онираспространены повсеместно, но особенномногочисленны на поверхности разделаила и воды. Большинство сапрофитовпоселяется только на мертвых организмах,но некоторые могут поселяться и наживых, вызывая у них болезни. Существуеттакже группа микроорганизмов, которыеобразуют с растениями взаимовыгодныеассоциации.

Приблагоприятных температурных условияхпервые стадии разложения проходятбыстро: мертвые животные и растительныеостатки распадаются на более простыесоединения.

Некоторые из содержащихсяв них элементов питания высвобождаются,выщелачиваются и могут быть использованыповторно. Устойчивая часть органическихсоединений (целлюлоза, лигнин, гумус ид.р.

) разлагается слабо, благодаря которойсоздаются условия для роста растений.

Структурнаяи функциональная организация водных иназемных экосистем во многом сходна,однако они различаются видовым составоми размерами трофических компонентов.Наземные автотрофы обычно не такмногочисленны, как водные, но значительнопревосходят последних не только размерамиотдельных особей, но и производимойбиомассой на единицу площади, то естьпродукцией.

Значительнуючасть энергии наземные автотрофыиспользуют на построение опорных тканей,поддерживающих растения в вертикальномположении. Опорные ткани состоят изцеллюлозы и лигнина, которые слаборазлагаются микроорганизмами.

Благодарямассивной структуре наземные растениясоздают большое количество устойчивоговолокнистого детрита (листовой опад,древесина), который накапливается вгетеротрофном ярусе. В водной системедетрит состоит из мелких частиц, которыелегче разлагаются и потребляютсяживотными.

Вназемных экосистемах значительнаячасть солнечной энергии тратится наиспарение воды и лишь небольшая ее часть(около 1%) фиксируется в процессефотосинтеза. Роль испарения и поддержаниятемпературного режима в водных и наземныхэкосистемах неодинакова.

Водосборныйбассейн.Пруд и луг на первый взгляд кажутсяавтономными, однако это открытые системы,входящие в качестве составных частейв более крупные системы водосборныхбассейнов. Стабильность и функционированиеэкосистем в значительной мере определяетсяскоростью притока и оттока воды, веществи организмов между частями водосборногобассейна.

Органическиезагрязнения водоемов, обусловленныедеятельностью человека, приводят к такназываемой “культурной” эвтрофикации– повышению биологической продуктивностиводных объектов в результате накопленияв воде биогенных элементов. Так, принепрерывной обработке почвы эрозияобедняет поле, но может вызватьэвтрофикацию водоемов, расположенныхвниз по течению.

Поэтомус учетом интересов человека минимальнойединицей экосистемы следует считатьплощадь водосборного бассейна, а некакой-то участок суши или водоем. Такаяединица удобна для планирования,прогнозирования и регулированиявоздействия на природные объекты, таккак составляющие водосборного бассейна(луг, лес, город, водоем и др.) взаимодействуютмежду собой и образуют единицуэкосистемного уровня.

Концепцияводосборного бассейна позволяет болеедостоверно оценивать состояние экосистемыи принимать решения, максимальнонаправленные на ее сохранение.

Кромеестественных, выделяют и искусственныеэкосистемы.

Микроэкосистемы– этонебольшие автономные “миры”, илимикрокосмы, которые в определеннойстепени могут имитировать в миниатюреприроду различных экосистем. Микроэкосистемыобычно используются в исследовательскихцелях.

Их строят в виде частично закрытыхсистем (например, аквариум), где созданыусловия, при которых происходит газообменс атмосферой, но не происходит обменабиогенными элементами и организмами,в виде полностью открытых систем, срегулируемым притоком и оттоком биогенныхэлементов и организмов.

Достоинствоммикрокосмов является то, что в них можносоздать строго контролируемые условияпроведения экспериментов.

Можновыделить два вида биологическихмикросистем.

Микросистемыпервого типа – это, в сущности, “упрощенная”природа, в которой изучаются микроорганизмы,способные выдержать создавшиеся условияна протяжении всего эксперимента. Этисистемы упрощенно имитируют определенныеситуации.

Микросистемывторого типаотличаются подбором тщательно изученныхкомпонентов и используются для изученияпитания, биохимии и других аспектовжизни отдельных видов и штаммов.

Припроведении экологических исследованийиспользуются искусственные бассейны,различные вместилища мест обитания,которые занимают промежуточное положениемежду микрокосмами и реальными условиями.

Лабораторныеи внелабораторные модельные экосистемыиспользуются для приблизительной илипредварительной оценки влияниязагрязнений и других экспериментальныхвоздействий, связанных с деятельностьючеловека, а также для проверки различныхэкологических гипотез, разработанныхна основе наблюдений в природе.

Городкак гетеротрофная система.Город, особенно промышленный, – это неполная гетеротрофная система, получающаяэнергию, пищу, воду, различные материалыс больших площадей, находящихся за егопределами. От природной гетеротрофнойэкосистемы город отличается следующим:

  • гораздо более интенсивным метаболизмом на единицу площади, для чего требуется большой приток концентрированной энергии извне;
  • большими потребностями в поступлении веществ извне;
  • более мощным и более ядовитым потоком отходов, многие из которых – синтетические соединения, более токсичные, чем исходное сырье. В связи с этим для системы города среда на входе и выходе значительно важнее, чем для любой автотрофной системы, например, леса.

Для улучшениясреды обитания человека создается“зеленый пояс”, включающий в

себяавтотрофный компонент: деревья,кустарники, травяные газоны, озера ипруды. Органическая продукция, полученнаяс этого компонента, не играет заметнойроли в жизни города. Без поступленияпищи, горючего, электричества и водыгород обречен.

Ростгородов и быстрая урбанизация территорииизменили нашу планету, вероятно, вбольшей степени, чем другие видыдеятельности человека. Площадь суши,занятая городами в разных районах мира,составляет от 1 до 5%.

Воздействуя наобширные среды на входе и выходе, городв значительной степени изменяет природуи оказывает косвенное влияние натерритории, находящиеся на значительномудалении от него.

Например, спрос напродукцию, производимую из леса, вынуждаетвырубать большие лесные массивы.

Наединицу площади город потребляетзначительно больше энергии, чем сельскаяместность. Тепло, пыль и другие вещества,образующиеся в результате функционированиягорода, загрязняют воздух и заметноизменяют климат. Как правило, в городахтеплее, выше облачность, меньше солнечногосвета, больше мороси и тумана, чем вприлегающей сельской местности.

Следуетучесть, что функционирование городовсказывается на загрязнении атмосферыи воды даже на значительном удаленииот них.

Город,как правило, не производит или почти непроизводит пищу или другие органическиевещества. Говоря о городе как обэкосистеме, нельзя ограничиватьсяпределами его застройки, необходимоучитывать обширные среды на входе ивыходе.

Источник: https://studfile.net/preview/2919053/page:6/

Типы экосистем

Гетеротрофные экосистемы

Выделяют четыре типа экосистем:

– элементарные (микроэкосистемы) – экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: ствол гниющего дерева, небольшой водоем, зубная полость человека и т.п.;

– локальные (мезоэкосистемы) (лесной массив, река, пруд и т.д.),

– зональные (макроэкосистемы) или биомы – крупные наземные экосистемы, имеющие очень большое распространение (океан, континенты, материки, природные зоны – тундра, тайга, дождевые тропические леса, саванны и др.).

Каждый биом состоит из множества экосистем, связанных между собой. Взаимосвязь всех экосистем нашей планеты создает глобальную гигантскую экосистему, называемую Биосферой (Экосферой).

3. Классификации экосистем:

В зависимости от происхождения экосистемы подразделяются на:

1) природные (естественные) экосистемы – биологический круговорот, в которых, протекает без прямого участия человека. Подразделяются на: наземные (лесные массивы, степи, пустыни) и водные: пресноводные и морские (болота, озера, пруды, реки, моря).

2) антропогенные (искусственные) экосистемы – экосистемы, созданные человеком для извлечения выгоды, которые способны существовать только при его поддержке (агроэкосистемы – искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека; техноэкосистемы – искусственные экосистемы, возникающие в результате промышленной деятельности человека; урбаноэкосистемы (лат. городской) – экосистемы, возникающие в результате создания поселений человека).

3) социоприродные – естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище).

Существуют и переходные между природными и антропогенными типы экосистем (экосистемы естественных пастбищ, используемых человеком для выпаса сельскохозяйственных животных).

По источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность, экосистемы подразделяют на следующие типы:

1) автотрофные экосистемы – это экосистемы, которые сами обеспечивают себя энергией, получаемой от Солнца, за счет собственных фото- или хемотрофных организмов. К этому типу относится большинство природных экосистем и некоторые антропогенные.

2) гетеротрофные экосистемы – это такие экосистемы, которые получают энергию, используя готовые органические соединения, синтезированные организмами, не являющимися компонентами данных экосистем, или использующих энергию созданных человеком энергетических установок. Это могут быть как природные (напр., экосистемы океанических глубин, использующие падающие сверху органические остатки), так и антропогенные (напр., города с их линиями электропередач).

Под структурой экосистемы понимают четко выраженные закономерности в соотношениях и связях его частей. Структура экосистемы многопланова.

Различают видовую, пространственную, экологическую, трофическую и пограничную структуры.

Видовая структура экосистемы – это разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности. Различные сообщества, входящие в состав экосистемы, состоят из разного числа видов – видового разнообразия.

Это важнейшая качественная и количественная характеристика устойчивости экосистемы. Основа биологического разнообразия в живой природе. Видовое разнообразие связано с разнообразием условий среды обитания.

В таежном лесу, например, на площади в 100 м2 , как правило, произрастают растения около 30 различных видов, а на лугу вдоль реки – в два раза больше.

В зависимости от разнообразия видов различают богатые (тропические леса, долины рек, коралловые рифы) и бедные (пустыни, северные тундры, загрязненные водоемы) экосистемы. Главными лимитирующими факторами являются температура, влажность и недостаток пищи.

В свою очередь, видовое разнообразие служит основой экологического разнообразия – разнообразия экосистем.

Совокупность генетического, видового и экологического разнообразия составляет биологическое разнообразие планеты – главное условие устойчивости все жизни.

Пространственная структура экосистемы.

Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом и образуют пространственную структуру.

Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы.

Основу вертикальной структуры (ярусность) формирует растительность.

Обитая совместно, растения одинаковой высоты создают своего рода этажи – ярусы элементы вертикальной структуры фитоценоза. Выделяют ярусность надземную и подземную.

Пример надземной – в лесу, высокие деревья составляют первый (верхний) ярус, второй ярус формируется из молодых особей деревьев верхнего яруса и из взрослых деревьев, меньших по высоте (вместе образуют ярус А – древостой). Третий ярус состоит из кустарников (ярус В – подлесок), четвертый – из высоких трав (ярус С – травяной).

Самый нижний ярус, куда попадает совсем мало света, составляют мхи и низкорослые травы (ярус D – мохово-лишайниковый). Ярусность наблюдается также в травянистых сообществах (лугах, степях, саваннах).

Подземная ярусность связана с разной глубиной проникновения в почву корневых систем растений: у одних корни уходят глубоко в почву, достигают уровня грунтовых вод, другие имеют поверхностную корневую систему, улавливающую воду и элементы питания из верхнего почвенного слоя.

Животные тоже приспособлены к жизни в том или ином растительном ярусе (некоторые вообще не покидают свой ярус).

Следовательно, ярус можно представить как структурную единицу биоценоза, которая отличается от других его частей определенными экологическими условиями, набором растений, животных, микроорганизмов.

Горизонтальная структура (мозаичность, пятнистость) экосистемы образуется в результате неоднородности микрорельефа, свойств почвы, средообразующей деятельности растений и животных (например: в результате деятельности человека – выборочная рубка, кострища и др. или животных – выбросы почвы при копке нор, последующее ее зарастание, образование муравейников, вытаптывание и стравливание травостоя копытными и т.д., вывалов древостоя во время ураганов и т.д.)

Благодаря вертикальной и горизонтальной структуре обитающие в экосистеме организмы более эффективно используют минеральные вещества почвы, влагу, световой поток.

Экологическая структура экосистемы складывается из различных экологических групп организмов, которые могут иметь различный видовой состав, но занимать сходные экологические ниши.

Каждая из экологических групп выполняет в сообществе определенные функции: продуцировать органическое вещество, используя источники солнечной и химической энергии, потреблять его, преобразовывать отмершую органику в неорганические вещества, тем самым вновь возвращать его в круговорот веществ.

Важным признаком структурной характеристики экосистемы является наличие границ обитания различных сообществ. Они, как правило, условны. Как результат возникает достаточно обширная пограничная (краевая) зона, отличающаяся особыми условиями.

Растения и животные, характерные для каждого из соприкасающихся сообществ, проникают на сопредельные территории, создавая при этом специфическую «опушку», пограничную полосу – экотон.

Так возникает пограничный или краевой эффект – увеличение разнообразия и плотности организмов на окраинах (опушках) соседствующих сообществ и в переходных поясах между ними.

5. Функциональная структура экосистем. Функциональные группы организмов в экосистеме.

Живые организмы в экосистеме выполняют различные функции, которые зависят от типов питания. В ходе эволюции на Земле возникло два основных типа питания – автотрофное и гетеротрофное.

В любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Основой формирования и функционирования экосистем, являются продуценты − растения и микрооpганизмы, способные производить (пpодуциpовать) из неорганического вещества органическое, используя энергию света – автотрофы (автос – сам, троф – питаться, греч сл.., фотосинтез), или энергию, заключенную в химических связях соединений – хемотpофы (хемосинтез).

К автотрофам относятся зеленые растения (высшие сосудистые), мхи, лишайники, зеленые и сине-зеленые водоросли, являющиеся преобладающими первичными продуцентами – производителями органического вещества экосистем.

К хемотрофам относятся организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганического за счет энергии окисления аммиака, сероводоpода, железа и других веществ, находящихся в почве или подстилающих горных породах.

В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеpотpофы (гетерос – разный, греч. сл.), используют для жизнедеятельности готовое органическое вещество и энергию других организмов и продукты их жизнедеятельности.

Гетеротрофностью обладают консументы (консумо – потреблять, лат.) и редуценты.

Консументы (макроконсументы, фаготрофы) − гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов, могут питаться как живым органическим веществом (фитофаги, зоофаги, паразиты, симбиотрофы) так и детритом, т.е. мертвой органикой (детритофаги или сапрофаги). Консументы определяют вторичную продуктивность.

Фитофаги – растительноядные (фитос – растение, фагос – пожиратель, греч. сл.) – консументы 1-го порядка. Фитофаги – вторичные аккумуляторы солнечной энергии, первоначально накопленной растениями.

Зоофаги – хищники, плотоядные – консументы 2-го или 3-го порядка – поедающие фитофагов и более мелких хищников. Хищники – важнейшие регуляторы биологического равновесия: они не только регулируют количество животных-фитофагов, но выступают как санитары, поедая в первую очередь больных и ослабевших животных.

Паразиты консументы 4-го порядка, начиная от вирусов и бактерий (микропаpазитов) и кончая крупными растениями–паpазитами или насекомыми.

Паразиты – организмы, обитающие внутри или на поверхности животных или растений, которые питаются за счет организма хозяина, но не съедают его до гибели, а пользуются длительное время.

Паразит использует жизненные ресурсы хозяина и способен сократить его жизнь.

Симбиотpофы (симбиоз – сожительство, гр.) – микроорганизмы бактерии и грибы, живущие на корнях растений и вокруг них и получающие часть продуктов фотосинтеза в виде выделяемых корнями органических веществ.

Они всасывают из почвы и передают растению воду и минеральные соли, переводят азот воздуха в формы, доступные для освоения растениями.

К симбиотрофам относятся также микроорганизмы (бактерии, одноклеточные животные), которые обитают в пищеварительном тракте животных – фитофагов и помогают им переваривать пищу.

Сапрофаги или детритофаги – животные, поедающие трупы и экскременты (вороны, галки, гиены, орлы-стервятники, жуки-навозники, мухи и т.п.).

Погибшие организмы образуют детрит: запас органического вещества, который как бы выключен на какое-то время из кругооборота органики.

Сапрофаги, поедая и перерабатывая детрит, ускоряют его круговорот в природе.u0010/p>

Своеобразную группу организмов образуют всеядные или эврифаги. Это организмы со смешанным типом питания, т.е. питающиеся животными, растениями и даже детритом. Например, медведь, лиса, свинья, курица, ворона, тараканы, человек.

Детрит перерабатывают и редуценты (редуцере – возвращать назад, лат.

) (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) − гетеротрофные организмы, разлагающие органическое вещество – детрит и экскременты животных до минеральных солей, которые возвращаются через почвенные растворы обратно корням растений (макро- и микроорганизмы – грибы, бактерии, простейшие). В процессе жизнедеятельности этих организмов восстанавливаются минеральные вещества, которые вновь используют продуценты.

Множество организмов – детpитофагов живет в почве, королем почвы может быть назван дождевой червь, поедающий отмершие ткани растений.

Попуская их через свой кишечник, он превращает их в экскременты с высоким содержанием органических веществ. Это один из активных производителей почвенного гумуса.

Масса дождевых червей в почвах высокопродуктивных экосистем может быть выше массы наземных животных.

Таким образом, продуценты, консументы, редуценты, представленные в экосистеме многими видами, гарантируют ее длительное, стабильное существование.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/7_190121_tipi-ekosistem.html

Book for ucheba
Добавить комментарий