Сторінка
1

Складові і процеси природних екосистем

Загальні проблеми екології та характеристики біосфери (атмосфери, гідросфери і літосфери) в їхньому глобальному аспекті. Зрозуміло, що вони різняться за регіонами і щодо окремих екосистем, які й утворюють наше безпосереднє життєве середовище.

Різні живі організми (біотичні) перебувають у постійній взаємодії з неживим (абіотичним) середовищем. Разом вони утворюють окремі біосистеми (біотичні суспільства), які, засвоюючи енергетичні потоки, здійснюють кругообіг речовини між її живою і неживою частинами. Живі організми й неживе середовище взаємно впливають на генезис і морфологію один одного і утримують їх у тій формі, яка існує на Землі.

Американський еколог Ю. Одум виділяє чотири основні компоненти екосистеми — потік енергії, кругообіг речовини, біотичне суспільство і так звані керуючі зворотні зв’язки. Біотичне суспільство екосистеми — це зелені рослини (автотрофи), що самостійно живлять­ся, здійснюючи конверсію сонячної енергії в хімічну енергію між­атомного зв’язку в клітковині, і ті живі організми, які потребують готової рослинної їжі (гетеротрофи).

Особливістю будь-якої екосистеми є те, що потік променевої сонячної енергії, спрямований в один бік за схемою «вхід — вихід» системи для підтримування температурних умов її функціонування, деградує (розсіюється), залишаючи систему у формі низькоякісної теплової енергії. Отже, енергія використовується тільки один раз (рис. 31).

Рис. 31. Схема потоку енергії в природній екосистемі

Хімічні біогенні елементи С, Н, О, N, формуючи автотрофи і гетеротрофи, можуть бути використані багаторазово. Отже, за такою схемою в природній екосистемі поживні елементи будови організму майже повністю рухаються в трофічному циклі — від автотрофів до гетеротрофів і від останніх знов до автотрофів. Проте потік енергії не є повністю однонапрямлений. Частково він трансформується в продукти фотосинтезу автотрофів, а далі в енергію хімічного зв’язку речовин — складових гетеротрофних організмів, залишки яких, у свою чергу, живлять автотрофи через їхнє коріння (рис. 32).

Рис. 32. Джерела і потоки матеріального і енергетичного живлення природних екосистем

Реальними одиницями екосистеми можуть бути природні об’єкти, такі як озера, ліси, луки, окремі селища й міста.

За Ю. Одумом для таких екосистем суттєвими є певні закономірності:

1. Що більша за розмірами одиниця екосистеми, то менше вона залежить від впливу зовнішніх середовищ на «вході» й «виході».

2. Що інтенсивніший обмін в екосистемі, то більший приплив і відтік енергії та речовини.

3. Що більше порушено збалансованість автотрофних і гетеро- трофних процесів, то більшим має бути приплив енергії із зовнішнього середовища для відновлення таких процесів.

Розглянемо як приклади такі екосистеми, як озеро і луг.

Зрозуміло, що в озері рослини, мікроорганізми, риба і комахи не тільки засвоюють енергію середовища, розмножуються й гинуть, а і формують хімічний склад води, мулу й розчиненого повітря, тобто середовища в цілому. Деякі більш-менш великі рослини й тварини можна відокремити від середовища для спеціального вивчення і статистичних підрахунків, але міріади дрібних організмів відокремити від їхнього неживого середовища практично неможливо без зміни їхніх властивостей. Головні компоненти абіотичного середовища — це вода, діоксид вуглецю, атмосферний кисень і азот, солі. Останні містять три важливі біогенні елементи К, N, Р, які входять до складу амінокислот, гумінових кислот тощо. Лише невелика частина з них перебуває в розчиненому стані й безпосередньо доступна для споживання живими організмами озера, а більшість є нерозчинною або малорозчинною і перебуває у так званих фондах.

Те саме стосується й луків та інших наземних екосистем. Наприклад, у лісі близько 90% азоту накопичено в органічній речовині грунту, понад 9% у біомасі дерев і лише близько 0,5% у легкодоступній для живлення рослин формі — у розчині солей грунтової води.

Найважливішими змінними факторами, які щоденно регулюють інтенсивність функціонування кожної природної екосистеми, є:

1) надходження сонячної енергії і температурний добовий цикл;

2) швидкість звільнення необхідних елементів із «фондів» у розчин.

Біотичні групи й метаболізм екосистем. Біотичний «контингент» організмів розглянутих екосистем (озеро, луки) становлять три головні групи.

Перша група — продуценти. В озері — це рослини (автотрофи), які безпосередньо трансформують енергію сонця — біоенергію. У свою чергу, автотрофи поділяють на два типи. Перший — це досить великі, укорінені в грунті, або такі, що плавають на поверхні рослини (макрофіти), котрі трапляються скрізь на мілководді, і другий тип — дрібні, ледь помітні плаваючі рослини й водорості — фіто­планктон, який населяє товщу води аж до глибин, куди вже не потра­пляє світло. Дуже часто (неспеціалісти) навіть не помічають численного фітопланктону, хоч у великих водоймищах (а також в океані) він є основним продуцентом корму для всієї екосистеми.