Екосистема: структура екосистеми, визначення, поняття, види та цікаві факти

В екології - науці про взаємодію живих організмів між собою і з навколишнім середовищем, - поняття екосистеми є одним з основних. Людиною, якою ввів його в ужиток, став британський ботанік і один з перших екологів у світі Артур Тенслі. Термін "екосистема" з 'явився в 1935 р. Однак у вітчизняній екології його воліли замінювати такими поняттями, як "біогеоценоз" і "біоценоз", що не зовсім вірно.

У статті розкрито поняття екосистеми, структури екосистеми та її окремих складових частин.

Суть поняття

Всі спільноти існуючих нині живих організмів пов 'язують з неорганічним середовищем тісні матеріально-енергетичні зв' язки. Так, рослини можуть розвиватися тільки за рахунок постійного надходження в них води, кисню, вуглекислого газу, мінеральних солей. Життєдіяльність гетеротрофів можлива тільки за рахунок автотрофів. Однак при цьому вони також потребують води і кисню. Будь-яке конкретне місце розташування могло б забезпечити необхідними для життя населяючих його організмів неорганічними сполуками лише на короткий термін, якби вони не відновлювалися.

Повернення біогенних елементів у середовище відбувається безперервно. Процес йде як під час життя організмів (дихання, дефекація, екскрекція), так і після їх смерті. Іншими словами, їхня спільнота з неорганічним середовищем утворює певну специфічну систему. У ній потік атомів, обумовлений життєдіяльністю організмів, замикається, як правило, в кругообіг. По суті, це і є екосистема. Структура екосистеми дозволяє більш глибоко вивчити її будову і характер існуючих зв 'язків.

Визначення екосистеми

Батьком екосистемної екології вважають американського біолога Юджина Одума, відомого своїми новаторськими роботами в цій галузі. У зв 'язку з цим, мабуть, логічно буде привести саме його тлумачення розглянутого в статті терміну.

За словами Ю.Одума, всяка єдність, до складу якої входять всі організми даної ділянки, що взаємодіють з фізичним середовищем таким способом, коли створюється потік енергії з чітко визначеною трофичною структурою, видовим розмаїттям і круговоротом речовин (обмін енергією і речовинами між абіотичною і біотичною частинами) всередині системи, є екосистема. Структура екосистеми може розглядатися з різного погляду. Традиційно виділяють три її види: трофічну, видову і просторову.

Співвідношення понять екосистема і біогеоценоз

Вчення про біогеоценоз було розроблено радянським геоботаніком і географом Володимиром Сукачовим у 1942 р. За кордоном воно практично не використовується. Якщо звернутися до визначень термінів "екосистема" і "біогеоценоз", то видно, що між ним немає ніякої різниці, по суті, вони є синонімами.

Однак на практиці існує досить поширена думка про те, що ідентичними їх можна назвати лише з певною часткою умовності. Термін "біогеоценоз" акцентує увагу на зв 'язку біоценозу з якою-небудь конкретною ділянкою водного середовища або суші. Тоді як екосистема передбачає будь-яку абстрактну ділянку. У зв 'язку з цим біогеоценози прийнято розглядати як її приватні випадки.

Про склад і структуру екосистем

У будь-якій екосистемі можна виділити два компоненти - абіотичний (неживий) і біотичний (живий). Останній, у свою чергу, ділиться на гетеротрофний і автотрофний, залежно від способу отримання енергії організмами. Ці компоненти формують так звану трофичну структуру.

Єдиним джерелом підтримки різних процесів в екосистемі та енергії для неї служать продуценти, тобто організми, здатні засвоювати енергію сонця. Вони являють собою перший трофічний рівень. Наступні формуються за рахунок консументів. Замикається трофічна структура екосистеми редуцентами, функція яких полягає в переведенні неживої органічної речовини в мінеральну форму, яка в подальшому може бути засвоєна автотрофними організмами. Тобто спостерігається той самий кругообіг і безперервне повернення біогенних елементів у середовище, про яке говорив Ю.Одум.

Складові частини екосистем

Структура спільноти екосистеми має такі складові частини:

• кліматичний режим, який визначає освітлення, вологість, температуру та інші фізичні характеристики середовища;
• включені в кругообіг неорганічні речовини (азот, фосфор, вода тощо);
• пов 'язують абіотичну та біотичну частини в процесі кругообігу енергії та речовини органічні сполуки;
• творці первинної продукції - продуценти;
• фаготрофи (макроконсументи) - поїдають інші організми гетеротрофи або великі частинки органічних речовин;
• редуценти - бактерії та гриби (головним чином), що руйнують шляхом мінералізації мертву органічну речовину, повертаючи її тим самим у кругообіг.

Отже, біотична структура екосистем складається з трьох трофічних рівнів: продуценти, консументи і редуценти. Саме вони формують так звану біомасу (сукупна маса тварин і рослинних організмів) біогеоценозу. Для Землі загалом вона дорівнює 2423 мільярди тонн, причому люди "дають" близько 350 мільйонів тонн, що зневажливо мало порівняно із загальною вагою.

Продуценти

Продуценти - це завжди перша ланка харчового ланцюга. Цей термін об 'єднує всі організми, які мають здатність виробляти з неорганічних речовин органічні, тобто є автотрофами. Головним чином продуценти представлені зеленими рослинами. Вони синтезують органічні сполуки з неорганічних у процесі фотосинтезу. Крім того, до них можна віднести кілька видів хемотрофних бактерій. Вони можуть здійснювати виключно хімічний синтез без енергії сонячного світла.

Консументи

У біотичну структуру і склад екосистеми входять також гетеротрофні організми, які споживають вже готові органічні сполуки, створювані автотрофами. Їх називають консументами. Вони, на відміну від редуцентів, не мають здатності розкладати до неорганічних сполук органічні речовини.

До консументів належать всі тварини, а також деякі комахоїдні (росянка, венерина мухоловка та ін.) і паразитичні рослини, мікроорганізми. Консументи діляться на кілька порядків, але, як правило, їх рідко буває більше чотирьох. Пов 'язано це з тим, що на кожному етапі передачі енергії та речовини трофічний ланцюг втрачає до 90%.

До консументів I порядку належать всі ті організми, які харчуються безпосередньо продуцентами. До них належать рослини-паразити і травоїдні тварини. Хижаки, що харчуються ними, - це консументи II порядку. До цієї ж групи належать паразити травоїдних тварин.

Цікаво, що у відмінних харчових ланцюгах один і той же вид може належати до різних порядків консументів. Прикладів тому - великий натовп. Зокрема, миша. Вона - це консумент як першого, так і другого порядку, так як харчується і рослинноїдними комахами, і рослинами.

Редуценти

Термін "редуценти" має латинське походження і дослівно перекладається, як "відновлюю, повертаю". Це повною мірою відображає їх значення в екологічній структурі екосистем. Редуценти або деструктори - це організми, які руйнують, перетворюючи на найпростіші органічні і неорганічні сполуки, відмерлі останки живого. Вони повертають у ґрунт у доступному для продуцентів вигляді воду і мінеральні солі і, тим самим, замикають кругообіг речовин у природі. Жодна екосистема обійтися без редуцентів не може.

Не менший інтерес представляє видова і просторова структури екосистем. Вони відображають видове розмаїття організмів і їх розподіл у просторі відповідно до індивідуальних потреб і умов проживання.

Видова структура

Видова структура являє собою сукупність всіх видів, що становлять екосистему, їх взаємозв 'язок між собою і співвідношення чисельності. В одних випадках першість - за тваринами, наприклад, біоценоз коралового рифу, в інших провідну роль відіграють рослини (заплавні луги, дубові та ялинові ліси, ковильний село). Видова структура екосистеми відображає її склад у тому числі і за кількістю видів. Він залежить головним чином від географічного положення місця. Найбільш відома закономірність полягає в тому, що чим ближче до екватора, тим флора і фауна різноманітніша. Причому це стосується всіх форм життя, від комах до ссавців, від лишайників і мхів до квіткових рослин.

Так, один гектар дощових лісів Амазонки - це будинок майже для 400 дерев, що належать більш, ніж до 90 видів, а на кожному з них росте понад 80 різних епіфітів. Водночас на аналогічній площі ялинового або соснового лісу помірної смуги зростає всього лише 8-10 видів дерев, а в тайзі різноманітність обмежується 2-5 видами.

Горизонтальна просторова структура екосистеми

Численні види екосистеми в просторі можуть розподілятися різним чином, але завжди відповідно до їх потреб і вимог до місця розташування. Таке розміщення тварин і рослин в екосистемі отримало назву просторової структури. Вона може бути горизонтальною і вертикальною.

Живі організми в просторі розподіляються нерівномірно. Як правило, вони формують угруповання, що є пристосуванчою особливістю. Подібного роду скупчення визначають горизонтальну структуру екосистеми. Вона проявляється в плямистості, узорчатості. Наприклад, колонії коралів, перелітні птахи, стада антилоп, заросли вереска (на фото вище) або брусники. До структурних (елементарних) одиниць горизонтальної будови рослинних спільнот відноситься мікрогрупування і мікроценоз.

Вертикальна просторова структура

Спільно зростаючі групи різних видів рослин, які розрізняються за положенням асимілюючих органів (стебла і листя, кореневища, цибулини, клубні тощо) називають ярусами. Саме вони характеризують вертикальну структуру екосистеми. Екосистема лісу є найбільш яскравим прикладом у цьому випадку. Як правило, яруси представлені різними життєвими формами чагарників, чагарничків, дерев, трав і мхів.

Яруси просторової структури

Перший ярус практично завжди представлений великими деревами, біля яких листя розташоване високо над землею і добре освітлюється сонцем. Другий (підпологовий) ярус становлять не такі рослі види, вони можуть поглинати невикористане світло. Далі знаходиться підлісок, представлений справжніми чагарниками (горішник, крушина, горобина тощо), а також чагарниковими формами дерев (лісова яблуня, груша і т. д.), які при нормальних умовах могли б вирости до висоти дерев першого ярусу. Наступний рівень - це підліток. До нього відносять молоді дерева, які в перспективі можуть "витягнутися" в перший ярус. Наприклад, сосна, 1916, ялина, граб, вільха.

Для вертикального виду структури екосистеми (просторової) характерна наявність травно-чагарничкового ярусу. Його складають лісові чагарники та трави: земляника, кислиця, ландиш, папороті, чорниця, їжачка, малина тощо. За ним слідує заключний ярус - мохово-лишайниковий.

Зазначимо, що ліани, епіфіти, а також рослини-паразити відносять до групи позаярусної рослинності. Це пов 'язано з тим, що дуже важко віднести їх до якогось конкретного ярусу.

Просторові межі екосистеми

Як правило, побачити чітку межу між екосистемами в природі неможливо, якщо вона не представлена різними факторами ландшафту (річки, гори, пагорби, обриви тощо). Найчастіше вони об 'єднані плавними переходами. Останні фактично можуть самі бути окремими екосистемами. Спільнота, що утворюються на стику, прийнято називати екотонами. Термін введений в 1905 р. американським ботаніком і екологом Ф. Клементсом.

Роль екотона полягає в підтримці біологічного розмаїття екосистем між якими він знаходиться за рахунок так званого крайового ефекту - поєднання певних факторів середовища, властивих різним екосистемам. Це обумовлює велике умов для життя, а отже, екологічних ніш. У зв 'язку з цим в екотоні можуть існувати види з різних екосистем, а також суто специфічні види. Прикладом такої зони є гирло річки з прибережно-водними рослинами.

Часові межі екосистем

Природа під впливом різних факторів змінюється. На одному і тому ж місці з плином часу можуть розвиватися різні екосистеми. Період часу, за який відбувається зміна, може бути як тривалим, так і відносно коротким (1-2 роки). Тривалість існування певної екосистеми визначається так званою сукцесією, тобто закономірною і послідовною зміною на певній ділянці території одних спільнот іншими в результаті внутрішніх факторів розвитку біогеоценозу.