Екосистема поняття властивостi типи
Основною функцiональною одиницею бiоекологiї є екосистема. Цей термiн вперше був введений англiйським бiологом А. Тенслi в 1935 р.
Система - це впорядковано взаємодiючi i взаємопов'язанi компоненти, що утворюють єдине цiле.
Екологiчна система - складна iєрархiчна структура органiзованої матерiї, в якiй при об'єднаннi компонентiв в бiльшi функцiональнi одиницi виникають новi якостi, що вiдсутнi на попередньому рiвнi; є єдиним стiйким природним комплексом живих органiзмiв i природнього середовища, в якому вони iснують; вiдкритою термодинамiчною системою, що iснує за рахунок надходження з навколишнього середовища енергiї та речовини i має здатнiсть до саморозвитку та саморегуляцiї.
· Емерджентнiсть - виникнення нових властивостей, якi характеризують систему, за рахунок взаємодiї її окремих елементiв
Якiсно новi, емерджентнi властивостi екологiчного рiвня, не можна передбачити, виходячи з властивостей компонентiв, що становлять цей рiвень. Дiйсно, окремi лiсовi дерева, кущi, трави, гриби, птахи, комахи, звiрi мають свої якiснi характеристики, але всi разом вони творять нову якiсть - лiс.
· Гетерогеннiсть системи (або принцип рiзноманiття) полягає в тому, що система не може складатися з абсолютно iдентичних елементiв.
Але не всяка комбiнацiя “життя - середовище” - може бути екосистемою. Нею може стати лише середовище, де має мiсце стабiльнiсть i чiтко функцiонує внутрiшнiй колообiг речовин.
Пiд час вивчення екосистем характеризують:
· видовий чи популяцiйний склад i кiлькiсне спiввiдношення видових популяцiй;
· абiотичнi умови та ресурси, що властивi данiй системi;
· сукупнiсть усiх зв’язкiв, у першу - ланцюгiв живлення, спiввiдношення органiзмiв з рiзним типом живлення;
· розмiр первинної i вторинної продукцiї;
· просторовий розподiл окремих елементiв;
· швидкiсть колообiгу.
За розмiрами розрiзняють екосистеми:
· мiкроекосистеми (трухлявий пень, мурашник, мертвi стовбури дерев);
· мезоекосистеми, або бiогеоценози (дiлянка лiсу, озеро, водосховище);
· макроекосистеми (континент, океан);
· глобальною екосистемою - охоплюють величезнi територiї чи акваторiї, що визначаються характерними для них макроклiматами i вiдповiдають цiлим природним зонам (екосистеми тундри, тайги, степу, пустелi, саван, листяних i мiшаних лiсiв помiрного поясу, субтропiчного i тропiчного лiсiв, морськi екосистеми, а також бiосфера нашої планети).
За ступенем трансформацiї людською дiяльнiстю екосистеми подiляються на:
· природнi - у промислове розвинутих країнах екосистем не захоплених людською дiяльнiстю майже не залишилося, хiба що в заповiдниках;
· антропогенно-природнi - лiсовi насадження, луки, ниви хоча й складаються, майже, виключно з природних компонентiв, але створенi i регулюються людьми;
антропогеннi - переважають штучно створенi антропогеннi об'єкти i крiм людей можуть iснувати лише окремi види органiзмiв, що пристосувалися до цих специфiчних умов. Прикладом є мiста, промисловi вузли, села (в межах забудови), кораблi тощо.
Бiогеоценоз, поняття i структура
В 1944 р. Сукачовим введений термiн бiогеоценоз.
Бiогеоценоз - це сукупнiсть на певному просторi земної поверхнi однорiдних природних явищ (атмосфери, ґрунту, клiматичних умов, рослинного, тваринного свiту), поєднаних обмiном речовин i енергiї в єдиний природнiй комплекс.
Отже, пiд бiоценозом розумiють стiйку систему сумiсно iснуючої бiоти (автотрофних i гетеротрофних органiзмiв). Таким чином, бiоценоз - це конкретна сукупнiсть живих органiзмiв на певному просторi сушi або акваторiї. Цей простiр з конкретними умовами мiсцезростання i є бiотопом.
До складу бiогеоценозу входять бiотоп та бiоценоз.
Бiотоп - однорiдний за абiотичним факторами простiр середовища, зайнятий бiоценозом (тобто мiсце життя видiв, органiзмiв).
Необхiднiсть введення поняття бiогеоценоз викликана тим, що екологiчна система не має просторової прив'язки (екосистемою може бути корова iз мiкроорганiзмами, що паразитують на її тiлi). Бiогеоценоз - це завжди визначена окрема дiлянка бiосфери. З цiєї точки зору бiогеоценоз можна розглядати як окремий випадок, або один з видiв екосистеми, який має чiтку територiальну прив’язку. Поняття “бiоценоз“ - умовне, оскiльки поза середовищем iснування органiзми жити не можуть, але ним зручно користуватися у процесi вивчення екологiчних зв’язкiв мiж органiзмами.
Угруповання i неживе середовище функцiонують разом як екологiчна система (екосистема). Угрупованню вiдповiдає термiн бiоценоз, а екосистемi - бiогеоценоз. Таким чином накладаються не тiльки два термiни - екосистема (запропонований А. Тенслi) i бiогеоценоз (запропонований В. М. Сукачовим), а й два дещо рiзних пiдходи. Екосистемою, наприклад, може бути, за широким трактуванням захiдних учених, i океан, i крапля води. В уявленнi В. М. Сукачова, бiогеоценоз - це екосистема в межах конкретного фiтоценозу (рис. 6).
Рис. 6. Схема будови бiогеоценозу (за В. М. Сукачовим)
З екологiчної точки зору критерiями видiлення бiоценозiв i бiогеоценозiв є видовий склад флори i фауни, часова тривалiсть системи та просторових меж. Угруповання можна назвати бiоценозом лише тодi, коли воно вiдповiдає таким критерiям (Тrojan, 1978):
1. Має характерний видовий склад. Існує двi характернi групи видiв:
а) домiнантнi види, якi творять зовнiшнiй вигляд бiоценозу (очеретовий, сосновий, ковиловий, сфагновий, вересковий), причому кожен з них має свою особливу, неповторну зовнiшнiсть;
б) субдомiнантнi види, якi хоч i не видiляються так виразно, як перша група, але своєю присутнiстю вiддзеркалюють умови мiсцезростання. Характернi види вказують на цi специфiчнi умови середовища, хоча часто не є видами-домiнантами. Наприклад, коли ми згадуємо про барвiнок, то бачимо дiброву, в якiй домiнує дуб.
2. Має необхiдний набiр видiв. Бiоценоз є системою, в межах якої реалiзується обiг матерiї й енергiї, який здiйснюється мiж компонентами бiоценозу i середовища. Тому бiоценозом може називатися лише така система, яка мiстить усi елементи, необхiднi для реалiзацiї обiгу матерiї, - передусiм продуценти, консументи, редуценти. Всi групи органiзмiв забезпечують те, що ми називаємо повночленнiстю бiоценозу. Вiдсутнiсть окремих членiв у тiй чи iншiй системi не дає права називати її бiоценозом, а лише частиною бiоценозу, або ж неповночленним бiоценозом.
3. Характеризується певною тривалiстю в часi. Бiоценоз з його видовим складом є системою стiйкою i довговiчною, однак його мешканцi мають рiзну тривалiсть життя. Наприклад, у мiкробiв вона триває хвилини, в дрiбних безхребетних - днi, в крупних - роки, а лiсовi дерева живуть сотнi рокiв. Окремi бiоценози тропiчних лiсiв вирiзняються геологiчною iсторiєю, тодi як на мiсцях згарищ чи евтрофних озер розвиваються цiлком юнi бiоценози.
з його особливим тваринним i рослинним свiтом), тодi як дiброви українського Чорного лiсу, наприклад, простяглись на сотнi квадратних кiлометрiв зi сходу до заходу. Головним у визначеннi межi бiоценозу є повночленнiсть i реалiзацiя обiгу матерiї.
Видiлити межi мiж двома бiоценозами нескладно, якщо їх абiотичнi та бiотичнi чинники помiтно вiдрiзняються (озеро i лука, лiс i поле, болото i лука рiчної заплави). Однак i в межах цих бiоценозiв, якщо уважнiше їх дослiдити, можна побачити дрiбнiшi повночленнi утворення. Найчастiше межi бiоценозу визначаються з урахуванням характерних життєвих форм (дерева, чагарники, лiсовi, лучнi чи степовi трави), тобто членуванням фiтоценозу. Складнiсть у вивченнi бiоценозiв полягає в тому, що твариннi органiзми можуть мiгрувати у сусiднi фiтоценози i тому не можна стверджувати, що певному рослинному угрупованню обов'язково вiдповiдає якесь одне угруповання тварин. Одне рослинне угруповання може служити кормовою базою для кiлькох видiв консументiв, i навпаки, один вид тварин може годуватися в декiлькох рiзнотипних рослинних угрупованнях. Тому вивчення бiоценозiв вимагає глибоких дослiджень не лише флори i фауни, але i функцiонування окремих чинникiв бiоценотичної системи.
Протягом останнiх десятирiч дедалi частiше вживається термiн “агроценоз”.
Стуктура бiоценозу в межах екосистеми може пiдроздiлятися на такi види.
1. Видова структура:
· фiтоценози;
· зооценози;
· мiкроценози.
2. Просторова структура
Наприклад, лiсовi фiтоценози вертикально структурованi за яруснiстю:
· Перший ярус – ґрунтова, листяна пiдстилка, лишайники, водоростi.
· Третiй ярус – високорослi трави, напiвкущики.
· П’ятий ярус – середньо рослi дерева.
· Шостий ярус – високорослi дерева.
Горизонтальна структура обумовлена мозаїчнiстю i пов’язана з нерiвномрним розподiлом популяцiй по площинi.
З iншого боку, топiчнi зв’язки позитивно впливають на формування бiльш повночленних бiоценозiв (наприклад, крони дерев перехвачують бiльшу частину сонячної енергiї, формуючи при цьому температурний та водний режим для iнших рослин бiоценозу).
3. Трофiчна структура
Трофiчна структура передбачає розподiл органiзмiв на продуценти, консументи та редуценти, якi в конкретних екосистемах формуються за рахунок популяцiй багатьох видiв.
Утворена глюкоза (виноградний цукор), є вихiдною речовиною для iнших органiчних сполук. Цi сполуки рослини використовують для пiдтримки обмiну речовин та для побудови субстанцiї власного тiла(фiтомаса). При цьому енергiя втрачається пiд час дихання та вiддачi тепла. Лише незначна частина свiтловипромiнювання - променевої енергiї перетворюється на хiмiчну енергiю. Продуценти здатнi самостiйно створювати i забезпечувати себе органiчною речовиною i виконують роль накопичувачiв органiчної речовини. До продуцентiв належать зеленi рослини.
речовин, щоб iз них будувати субстанцiю свого тiла(зоомаса). Гетеротрофи використовують енергiю хiмiчних зв'язкiв органiчних речовин, яка була акумульована автотрофами. Частина енергiї втрачається через дихання. Консументи розрiзняють за порядками:
· консументи 1-го порядку - це рослиноїднi тварини, наприклад рослиноїднi комахи.
Редуценти - це мiкроорганiзми, що розкладають органiчну речовину продуцентiв i консументiв до простих сполук - води, вуглекислого газу, мiнеральних солей, замикаючи таким чином колообiг речовин у бiосферi; це – мiкроорганiзми (бактерiї та гриби), якi є гетеротрофнимидеструкторами. Їхню дiяльнiсть пiдтримують в екосистемi багато маленьких безхребетних тварин (рiвноногi ракоподiбнi, клiщi, личинки комах):
· тварини-сапрофаги живляться мертвою органiчною субстанцiєю;
· некрофаги - мертвоїди.
Праця деструкторiв закiнчує колообiг речовин утворенням СО2, NН4, Н2S, СН4, Н2 та iонiв, таких як РО43-,С1-, Na+, К+, Са2+ та iн.
Продуценти та деструктори самi створюють короткий колообiг. У довгому колообiгу мiж ними знаходяться консументи.
Ланцюги живлення
або:
- ряди взаємопов'язаних видiв, в яких кожний попереднiй є об'єктом живлення наступного, називають ланцюгами живлення.
Розрiзняють ланцюги живлення рiзних типiв. Тип ланцюга залежить вiд початкової ланки. Початковою ланкою в ланцюгах живлення можуть бути рослини, мертвi рослини, рештки чи послiд тварин. Наприклад:
Ø рослини - попелицi - дрiбнi комахоїднi птахи - хижi птахи;
Ø рослини – зайцi – лисицi - вовки.
Ø коров'ячий послiд - личинки мух - комахоїднi птахи - хижаки.
Прикладом ланцюгiв живлення, якi починаються з рослинних решток, може бути:
Ø рослинний перегнiй - дощовi черв'яки - кроти.
ланцi зменшується. Таким чином, кожен ланцюг споживання мiстить, як правило, не бiльше 4-5 ланок, тому що внаслiдок втрати енергiї загальна бiомаса кожної наступної ланки приблизно в 10 разiв менша за попередню. Ця закономiрнiсть називається правилом екологiчної пiрамiди.
Екологiчна пiрамiда буває трьох типiв:
1) пiрамiда чисел - показує чисельнiсть окремих органiзмiв на кожному рiвнi, причому загальне число особин, що беруть участь у ланцюгах живлення, з кожною ланкою зменшується;
хижакiв;
3) пiрамiда енергiї (продукцiї) - кiлькiсть енергiї в харчах кожного рiвня, причому на кожному наступному трофiчному рiвнi кiлькiсть бiомаси, що утворюється за одиницю часу, бiльша, нiж на наступному.
Основа в пiрамiдах чисел i бiомаси може бути менша, нiж наступнi рiвнi (залежно вiд спiввiдношення розмiрiв продуцентiв i консументiв). Пiрамiда енергiї завжди звужується до верху.
Усi три правила пiрамiд - продукцiї, бiомаси i чисел - виражають у пiдсумку енергетичне вiдношення в екосистемах. Першi два правила виявляються в угрупованнях iз певною трофiчною структурою, останнє (пiрамiда продукцiї) має унiверсальний характер.
Знання законiв продуктивностi екосистем i а кiлькiсний облiк потоку енергiї мають велике практичне значення:
по-перше, первинна продукцiя агроценозiв i природних угруповань - основне джерело харчування для людства;
Ефективнiсть трофiчних ланцюгiв оцiнюється величиною бiомаси екосистеми та її бiологiчною продуктивнiстю.
Умiння точно розрахувати потiк енергiї i масштаби продукцiї екосистем дозволяє одержати найбiльший вихiд продукцiї, необхiдної людинi.
Система зв’язкiв у бiосферi надзвичайно складна i поки що розшифрована тiльки в загальних рисах. Найголовнiшою ланкою управлiння є енергiя, це перш за все енергiя Сонця, потiм енергiя тепла Землi та енергiя радiоактивного розпаду елементiв. Неживою частиною бiосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи, але дiяльнiсть їх визначається зворотними зв’язками, що йдуть вiд продуцентiв. В результатi здiйснюється бiотичний колообiг речовин у бiосферi приблизно за такою схемою: продуценти споживають енергiю, воду, СО2, мiнеральнi солi i виробляють органiчну речовину; консументи 1-го порядку живляться продуцентами, консументи 2-го та 3-го порядкiв живляться iншими консументами; редуценти споживають частину поживних речовин, розкладають мертвi тiла продуцентiв i консументiв до простих хiмiчних сполук: води, СО2, мiнеральних солей, замикаючи колообiг речовин у бiосферi.
Поняття виду i популяцiї. Структура та характеристика популяцiї
Вид (бiологiчний) - сукупнiсть органiзмiв iз спорiдненими морфологiчними ознаками, якi можуть схрещуватися один з одним i мають спiльний генофонд. Види мають морфологiчнi, фiзiолого-бiохiмiчнi, еколого-географiчнi та генетичнi характеристики; є основною структурною одиницею в системi живих органiзмiв, пiдпорядкований роду, але має пiдвиди й популяцiї.
Популяцiя - це сукупнiсть особин одного бiологiчного виду з однаковим генофондом, яка живе на спiльнiй територiї (ареалi) протягом багатьох поколiнь.
Розвиток популяцiйної екологiї базувався на формуваннi нового пiдходу аналiзу польового та експериментального матерiалу спостереження за сукупностями органiзмiв. Було виявлено, що цi сталi сукупностi особин одного бiологiчного виду володiють рядом специфiчних властивостей, якi не спостерiгають в окремих органiзмах, тобто мають надорганiзменне походження.
Популяцiї характеризують параметрами:
1. Чисельнiсть - загальна кiлькiсть особин в популяцiї.
2. Запас бiомаси популяцiї.
3. Щiльнiсть - кiлькiсть особин на одиницю територiї (або об’єму простору).
4. Народжуванiсть - кiлькiсть нових особин за певний промiжок часу на одну особину.
5. Смертнiсть - кiлькiсть померлих особин за певний промiжок часу.
6. Рiст популяцiї - спiввiдношення народжуваностi та смертностi.
Залежно вiд певних характеристик популяцiї її структуру пiдроздiляють за показниками:
×50. При впливi природного середовища воно змiнюється в бiк бiльшої смертностi самцiв.
3. Вiкова структура властива природнiм угрупованням тварин та рослин, якщо вони не однолiтнi. В популяцiях культурних рослин, в яких завдяки одночасному посiву вiк особин однаковий, вiкова структура не має значення.
5. Просторова структура популяцiї визначає характер розмiщення особин на терiторiї ареалу.
Розрiзняють три типи просторового розташування:
a. Рiвномiрний (регулярний) - с/г культури.
b. Дифузний (випадковий) - хрущаки в борошнi.
c. Агрегований (мозаїчний) - типовий для природних систем.
a
b
c
В залежностi вiд способу життя особин розрiзняють форми органiзацiї популяцiй:
2. Сiмейний спосiб життя (особини утворюють пари на тривалий перiод - лебедi).
3. Зграйний спосiб життя (об’єднання тварин в угруповання - птахи).
4. Стадо (найбiльш стiйка форма угруповання органiзмiв - копитнi).
5. Колонiї (бджоли, термiти).
6. Прайди (окремий прайд включає одного самця, 2-3 самок та декiлька особин молодняку - леви).
Особини у складi популяцiї виконують рiзнi функцiї. Мiж ними постiйно вiдбувається обмiн iнформацiєю. Інформацiйнi процеси представляють собою специфiчний механiзм формування та пiдтримання цiлiсностi популяцiї у просторi i в часi.
Територiя помешкання тварин роздiляється на певнi дiлянки, якi мають своє призначення (кормова, гнiздова, шлюбна територiя тощо).
Популяцiя характеризується динамiкою популяцiї.
Екологiчнi фактори. Дiя екологiчних факторiв
Видiляють три основних групи факторiв за характером походження:
1. абiотичнi фактори - зумовлюються дiєю неживої природи i подiляються на:
· клiматичнi (температура, свiтло, сонячна радiацiя, вода, вiтер, кислотнiсть, солонiсть, вогонь, опади);
· орографiчнi (рельєф, нахил схилу, експозицiя);
· геологiчнi тощо;
2. бiотичнi фактори - дiя одних органiзмiв на iншi, включаючи всi взаємовiдносини мiж ними;
3. антропогеннi фактори - вплив на живу природу життєдiяльностi людини.
1. Стабiльнi чинники - тi, що не змiнюються протягом тривалого часу (земне-тяжiння, сонячна стала, склад атмосфери та iншi). Вони зумовлюють загальнi пристосування органiзмiв, визначають належнiсть їх до мешканцiв певного середовища планети Земля.
2. Змiннi чинники, в свою чергу, подiляються на:
· випадково змiннi - об'єднують бiотичнi, абiотичнi i антропогеннi фактори, дiя яких повторюється без певної перiодичностi (коливання температури, дощ, вiтер, град, епiдемiї, вплив хижакiв та iншi).
Вважають, що загальна кiлькiсть становить близько 60-ти; iснує i спецiальна класифiкацiя:
1) фактори часу (еволюцiйнi, iсторичнi, дiючi);
2) фактори перiодичностi (перiодичнi i неперiодичнi);
3) фактори первиннi i вториннi;
4) фактори за походженням (космiчнi, абiотичнi, бiотичнi, природно-антропогеннi, техногеннi, антропогеннi);
5) фактори за середовищем виникнення (атмосфернi, воднi, геоморфологiчнi, фiзiологiчнi, генетичнi, екосистемнi);
6) фактори за характером (iнформацiйнi, фiзичнi, хiмiчнi, енергетичнi, бiогеннi, комплекснi, клiматичнi);
8) фактори за ступенем впливу (летальнi, екстремальнi, обмежуючi, турбуючi, мутагеннi, тератогеннi);
9) фактори за умовами дiї (залежнi чи незалежнi вiд щiльностi);
10)фактори за спектром впливу (вибiркової чи загальної дiї).
Однi i тi ж фактори неоднаково впливають на органiзми рiзних видiв, якi живуть разом i навiть для сукупностi органiзмiв одного i того ж виду.
Важливою характеристикою виду органiзмiв є його витривалiсть до того чи iншого фактору. На життєдiяльностi органiзму негативно позначається як недостатня так i надмiрна дiя будь-якого фактору. Сила фактору, яка сприяє життєдiяльностi органiзму, називається зоною оптимуму, а межа витривалостi органiзму лежить мiж верхньою i нижньою межами величини фактору, коли органiзмам загрожує загибель. Зони пригнiченого стану називають зонами песимуму. Величина дiапазону зон оптимуму й песимуму є критерiєм для визначення витривалостi й пластичностi органiзму щодо даного екологiчного фактора, тобто екологiчної валентностi (рис. 7 ).
життєдiяльнiсть. Види, якi характеризуються широкою екологiчною валентнiстю щодо комплексу факторiв, називаються еврибiонтами (бурий ведмiдь, вовк, очерет). Види, якi вiльно витримують великi змiни температури, називаються евритермними, змiни солоностi - евригалiнними.
Види, яким властива мала пристосовуванiсть, називаються стенобiонтами (орхiдея, форель, глибоководнi риби). Вiдповiдно розрiзняють стенотермнi, стеногалiннi та iн.
Оптимум фактору для еври- й стенобiонтiв не обов’язково збiгається iз середньою дiєю фактору, вiн може бути змiщений у бiк максимуму чи мiнiмуму. Екологiчний оптимум може змiнюватися залежно вiд вiку, статi, сезону та iнших обставин. Для багатьох рослин необхiдна змiна температурних умов i освiтленостi в рiзнi перiоди розвитку.
Вперше думку про лiмiтуючий вплив максимального значення фактора поряд з мiнiмумом висловив у 1913 р. американський зоолог В. Шелфорд, який сформулював закон толерантностi. Існування виду залежить як вiд недостачi, так i вiд надлишку будь-якого з ряду факторiв, що мають рiвень, близький до межi витривалостi даного органiзму. Отже, органiзми характеризуються екологiчним мiнiмумом i екологiчним максимумом, реагуючи аналогiчно на обидва песимальних значення фактора. Їхню витривалiсть проти впливiв у дiапазонi мiж цими двома факторами названо межею толерантностi.
Рис. 7. Схема дiї екологiчного фактора
Екологiчнi фактори дiють не поодинцi, комплексно i оптимальна зона одного фактора може змiнюватися залежно вiд того, з якими факторами вiн поєднується: добре вiдомо, що спека легше переноситься в сухому повiтрi, а мороз - коли немає вiтру. Але жодного з необхiдних видовi факторiв не можна замiнити iншим. Серед великої кiлькостi факторiв, якi впливають на органiзм є лiмiтуючi, тобто такi, рiвень яких наближається до межi витривалостi або перевищує її. Наприклад, поширення багатьох рослин на пiвнiч лiмiтується низькими температурами, для тварин лiмiтуючим фактором може бути конкуренцiя щодо їжi чи сховищ.
Фактори навколишнього середовища забезпечують iснування в просторi i часi. Засвоєння i використання факторiв здiйснюється органiзмом через адаптацiї.
Адаптацiї - це пристосування або засоби, за допомогою яких органiзм Здiйснює взаємодiю з середовищем для пiдтримання гомеостазу i забезпечує безперервнiсть iснування в часi через потомство. Залежно вiд кiлькостi й сили дiї один i той самий фактор може мати протилежне значення для органiзму. Наприклад, пiдвищення, або зниження температури за межi пристосувальної здатностi органiзму призводить до його загибелi. Адаптивнi можливостi рiзних органiзмiв розрахованi на рiзне значення фактора. Так, бiльшiсть прiсноводних риб гине, потрапивши в морську воду, а морськi риби гинуть при зниженнi солоностi води.
| 
