Экосистема
Экосистема — это единство живых организмов и факторов неживой природы, связанных обменом веществ и передачей энергии. Чтобы решать задания по экологии, нужно различать состав экосистемы, её пространственную и трофическую структуру, а также закономерности потока энергии и круговорота веществ.
Понятие и состав экосистемы
Экосистема — совокупность живых организмов разных видов и среды их обитания, связанных обменом веществ, превращением энергии и взаимодействиями. Размер экосистемы может быть любым: от небольшого пруда до биосферы Земли.
В состав экосистемы входят две основные части: биотоп и биоценоз. Биотоп — относительно однородный участок неживой среды с определёнными условиями существования. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих в этом биотопе. Их единство называют экосистемой; термин «биогеоценоз» обычно применяют к природной экосистеме с конкретными границами, например к еловому лесу или озеру.
| Часть экосистемы | Что включает | Примеры |
|---|---|---|
| Абиотическая часть | Свет, температура, вода, воздух, почва, минеральные соли, органические вещества | Освещённость леса, влажность почвы, содержание кислорода |
| Биотическая часть | Организмы и их взаимодействия | Растения, животные, грибы, бактерии |
| Продуценты | Автотрофные организмы, создающие органические вещества | Зелёные растения, водоросли, цианобактерии |
| Консументы | Гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества | Растительноядные животные, хищники, человек |
| Редуценты | Разрушители органических остатков до неорганических веществ | Бактерии и грибы |
По происхождению различают естественные и искусственные экосистемы. Типы экосистем отличаются составом видов, устойчивостью и степенью зависимости от деятельности человека. В естественной экосистеме связи обычно разнообразнее, а круговорот веществ полнее. Агроэкосистема, например поле пшеницы, поддерживается человеком: её удобряют, поливают и защищают от вредителей.
Структура экосистемы
Структура экосистемы включает видовой состав, пространственное размещение организмов и пищевые связи. В лесу растения образуют ярусы: верхний ярус занимают высокие деревья, ниже расположены кустарники, травы и мхи. Животные также распределяются по ярусам и используют разные ресурсы. Такое разделение уменьшает конкуренцию.
По способу получения энергии организмы образуют трофические уровни. Первый уровень занимают продуценты. На втором уровне находятся консументы первого порядка — растительноядные животные. Далее располагаются консументы второго и последующих порядков — хищники. Редуценты используют остатки организмов и присутствуют во всех экосистемах как особая функциональная группа.
- Продуценты: световая или химическая энергия превращается в энергию органических веществ.
- Консументы: органические вещества переносятся от одного организма к другому.
- Редуценты: сложные органические соединения разлагаются до воды, углекислого газа и минеральных солей.
- Абиотическая среда: обеспечивает организмам свет, воду, тепло и минеральное питание.
При переходе энергии на следующий трофический уровень в среднем передаётся около 10% энергии предыдущего уровня, а около 90% расходуется на жизнедеятельность и рассеивается в виде тепла. Поэтому пищевые цепи обычно короткие, а биомасса и численность организмов часто уменьшаются к верхним уровням.
Здесь \(E_1\) — энергия продуцентов, \(E_n\) — энергия на \(n\)-м трофическом уровне. Правило 10% не является точным законом для каждой цепи: доля передачи зависит от вида организмов, качества пищи и условий среды.
Функционирование: цепи, энергия и вещества
Цепь питания показывает последовательность передачи вещества и энергии: растение → растительноядное животное → хищник. В природе чаще образуется пищевая сеть, потому что один вид может входить в несколько цепей. Например, траву едят заяц, кузнечик и полёвка, а ими могут питаться разные хищники.
Энергия поступает в большинство экосистем от Солнца. Продуценты запасают её в органических веществах, затем она проходит через консументов и редуцентов и в конце рассеивается как тепло. В отличие от энергии, химические элементы многократно используются организмами и возвращаются в среду. Это составляет круговорот веществ.
Важный пример — круговорот углерода. Растения поглощают углекислый газ при фотосинтезе. Углерод переходит к животным с пищей, а при дыхании организмов, разложении остатков и горении снова возвращается в атмосферу в виде углекислого газа. Круговорот азота включает деятельность азотфиксирующих, нитрифицирующих и денитрифицирующих бактерий.
Какое утверждение верно для энергии в экосистеме?
Устойчивость и изменения экосистем
Экосистема поддерживает относительное равновесие благодаря саморегуляции: изменению численности популяций, конкуренции, хищничеству и обратным связям. Например, увеличение числа зайцев может привести к усилению нехватки растений и росту численности хищников. В результате численность зайцев снизится.
Экологическое равновесие не означает полного постоянства. Численность организмов и условия среды колеблются, но система сохраняет основные свойства. Устойчивость обычно выше в сообществах с большим видовым разнообразием и сложной сетью связей.
После нарушения сообщества могут постепенно изменяться в ходе сукцессии. При первичной сукцессии жизнь развивается на участке, где ранее не было почвы, например на голой скале. При вторичной сукцессии почва сохраняется, поэтому восстановление происходит быстрее. Если воздействие слишком сильное или длительное, экосистема может потерять способность к восстановлению.
Не путайте среду обитания с экосистемой: среда — только условия, а экосистема включает и организмы, и среду. Не называйте цепью питания отдельный вид или только два организма. Не считайте редуцентов исключительно консументами: они питаются органическими остатками и возвращают минеральные вещества в среду. Наконец, энергия не совершает круговорот, в отличие от веществ.
Разобранный пример: расчёт энергии по трофическим уровням
В экосистеме продуценты накопили \(50\,000\) кДж энергии. Определите, сколько энергии в среднем получат консументы второго порядка в цепи: трава → кузнечик → лягушка → уж.
Сначала выпишите цепь стрелками и подпишите номера трофических уровней. Затем умножайте исходную энергию на \(0{,}1\) столько раз, сколько переходов нужно сделать. Стрелка в цепи питания обычно показывает направление передачи пищи и энергии: от объекта, который съедают, к тому, кто его съедает.
Как анализировать экосистему в задании
- Найдите абиотические факторы: свет, температуру, воду, почву, соли и газовый состав.
- Распределите организмы по функциональным группам: продуценты, консументы, редуценты.
- Постройте цепь или сеть питания и определите трофические уровни.
- Если требуется расчёт, установите число переходов энергии и примените правило 10%.
- Проверьте, идёт ли речь о потоке энергии, круговороте веществ, саморегуляции или сукцессии.
Быстрая проверка
Главное
- Экосистема состоит из биотопа и биоценоза; в ней взаимодействуют абиотические и биотические компоненты.
- Продуценты создают органическое вещество, консументы его потребляют, редуценты разлагают остатки.
- Энергия движется по трофическим уровням и рассеивается, а вещества участвуют в круговоротах.
- В среднем на следующий трофический уровень передаётся около 10% энергии.
- Устойчивость экосистем поддерживается саморегуляцией, а длительные нарушения могут вызвать сукцессию.