Najvažnija svojstva ekosustava posljedica su hijerarhijske organizacije životnih razina. Kako se podsustavi spajaju u veće sustave, potonji dobivaju jedinstvena svojstva koja nisu bila prisutna na prethodnoj razini, a koja se ne mogu predvidjeti na temelju svojstava sustava nižeg reda koji čine sustav više razine organizacije. U ekologiji se ova kvaliteta naziva pojavnom, odnosno neočekivanom pojavom.

Biološki sustavi imaju svojstva koja se ne mogu svesti na zbroj svojstava njihovih sastavnih podsustava. Primjerice, spojem vodika i kisika nastaje voda – tekućina čija se svojstva ne mogu predvidjeti na temelju svojstava početnih plinova ili psihologija gomile nije zbroj psiholoških portreta pojedinih ljudi.

Američki ekolog Y. Odum je napisao: "Dobro poznato načelo nesvodivosti svojstava cjeline na zbroj svojstava njezinih dijelova treba poslužiti kao prva radna zapovijed ekologa", tj. proučavati visoko organizirane sustava, potrebno je proučavati njihova specifična svojstva. Da bi se spasila civilizacija, nije je dovoljno proučavati na razini stanice ili organizma. Za proučavanje problema, na primjer, onečišćenja, potrebno je proučavati zakone funkcioniranja viših sustava.

Najvažnija funkcija svakog ekosustava je interakcija autotrofnih i heterotrofnih procesa. Prije otprilike milijun godina dio sintetizirane tvari nije potrošen, već je sačuvan i akumuliran u sedimentima. Prevladavanje brzine sinteze nad brzinom razgradnje organskih tvari dovelo je do smanjenja sadržaja ugljičnog dioksida i nakupljanja kisika u atmosferi. Bez prisutnosti života, sastav atmosfere na Zemlji približio bi se sastavu beživotnih planeta Marsa i Venere. To znači da su zeleni organizmi igrali veliku ulogu u oblikovanju geokemijskog okoliša Zemlje, povoljnog za druge organizme. Trenutno promatrani omjer plinova u atmosferi nastao je prije otprilike 60 milijuna godina. Omjer brzina autotrofnih i heterotrofnih procesa jedno je od glavnih funkcionalnih obilježja ekosustava i definira se kao omjer koncentracija CO 2 i O 2 u ekosustavima, odnosno kao omjer energije koju akumuliraju proizvođači i rasipaju potrošači. Bilanca ovih procesa u ekosustavima može biti pozitivna ili negativna. Sustavi u kojima prevladavaju autotrofni procesi (tropska šuma, plitko jezero) imaju pozitivnu bilancu. Sustavi u kojima prevladavaju heterotrofni procesi (planinska rijeka, grad) imaju negativnu bilancu. Čovjek gori organska tvar u obliku fosilnih goriva, poljoprivreda, uništavanje šuma, ubrzava procese razgradnje. U zrak se oslobađa velika količina CO 2 prethodno vezana u ugljenu, nafti, tresetu i drvu. Uspostavljena ravnoteža autotrofnih i heterotrofnih procesa na Zemlji održava se zahvaljujući sposobnosti ekosustava i biosfere da se samoreguliraju. Samoregulacija ekosustava - najvažniji čimbenik njihova postojanja - osigurava se unutarnjim mehanizmima, stabilnim integrativnim vezama između njihovih komponenti, trofičkim i energetskim odnosima. Čovjek je najmoćnije biće sposobno promijeniti funkcioniranje ekosustava. Čovjek pripada heterotrofima, unatoč savršenstvu tehnologije, potrebni su mu resursi za održavanje života koje daje priroda. Čovjeka je moguće spasiti samo uz pomoć regulatornih mehanizama koji omogućuju biosferi da se prilagodi pojedinačnim antropogenim utjecajima. Da bi održao svoj životni sustav, osoba bi trebala težiti očuvanju samoregulacijskih režima prirodnih sustava za održavanje života na planetu.

Vertyanov S. Yu.

Vodeno tijelo i šuma kao primjeri ekosustava

Većina ekosustava razlikuje se po sastavu vrsta i svojstvima staništa. Razmotrimo, na primjer, biocenoze rezervoara slatke vode i listopadne šume.

Slatkovodni ekosustav. Najpovoljniji uvjeti za život organizama stvaraju se u obalnom pojasu. Voda se ovdje zagrijava do samog dna sunčevim zrakama i zasićena je kisikom. Uz obalu se razvijaju brojne više biljke (rogoz, rogoz, vodena preslica) i alge. Za vrućeg vremena, blato se formira blizu površine - to su također alge. Listovi i cvjetovi bijelog lopoča i žutog lopoča plutaju na površini, a male ploške vodene leče potpuno prekrivaju površinu nekih jezerca. U tihim rukavcima grabežljive stjenice stjenice klize po površini vode, a kornjaši se vrte u krugovima.

U vodenom stupcu žive ribe i brojni kukci - velika grabežljiva glatka stjenica, vodeni škorpion itd. Mahovine formiraju opsežne tamnozelene nakupine na dnu. Pridneni mulj naseljavaju crvi planarije, prstenasti crv tubifex i pijavice su vrlo česte.

Unatoč vanjskoj jednostavnosti slatkovodnog tijela, njegova trofička struktura (sustav prehrambenih odnosa) prilično je složena. Više biljke hrane se ličinkama insekata, vodozemcima, puževima strugačima i ribama biljojedima. Brojne protozoe (flagelati, cilijate, gole i testate amebe), niži rakovi (dafnije, kiklopi), školjkaši filtratori, ličinke insekata (svibanjke, vretenca, tuličari) hrane se jednostaničnim i višestaničnim algama.

Rakovi, crvi, ličinke insekata služe kao hrana za ribe i vodozemce (žabe, tritoni). Grabežljive ribe (smuđ) love biljojede (karaš), a velike grabežljivce (štuka) - za manje. Sisavci (desman, dabrovi, vidre) također nalaze svoju hranu: jedu ribu, mekušce, kukce i njihove ličinke.

Organski ostaci se talože na dno, na njima se razvijaju bakterije, koje konzumiraju protozoe i mekušci filteri. Bakterije, flagele i vodene gljive razgrađuju organsku tvar u anorganske spojeve koje biljke i alge ponovno koriste.

Razlog slabog razvoja života u nekim vodnim tijelima je nizak sadržaj mineralnih tvari (spojevi fosfora, dušika i dr.) ili nepovoljna kiselost vode. Uvođenje mineralnih gnojiva i normalizacija kiselosti vapnenjem potiče razvoj slatkovodnog planktona - kompleksa malih organizama suspendiranih u vodi (mikroskopske alge, bakterije i njihovi potrošači: cilijati, rakovi itd.). Plankton, koji je osnova prehrambene piramide, hrani razne životinje koje jedu ribe. Kao rezultat mjera obnove, produktivnost ribogojilišta se značajno povećava.

Primjenom u prostoru hranidbenih lanaca akumulacije, razvijena je tehnologija prerade životinjskog otpada. Gnoj se ispire u taložnike, gdje služi kao hrana brojnim jednoćelijskim algama, voda "cvjeta". Alge se zajedno s vodom u malim dozama prenose u drugi rezervoar, gdje ih jedu dafnije i drugi rakovi koji se hrane filterom. U trećem ribnjaku uzgajaju se ribe na rakovima. Čista voda se ponovno koristi na farmama, višak rakova koristi se kao proteinska hrana za stoku, a ljudi jedu ribu.

Rezervoar, kao i svaka biocenoza, integralni je sustav, čiji su odnosi ponekad vrlo složeni. Dakle, uništavanje vodenkonja u nekim afričkim jezerima dovelo je do nestanka ribe. Izmet nilskih konja služio je kao prirodno gnojivo za vodena tijela i osnova za razvoj fito- i zooplanktona. Rusija je od davnina poznata po biserima izvađenim iz bisernih školjki. Ličinke slatkovodnih školjkaša europske bisernice prvih tjedana mogu se razviti samo na škrgama lososa - lososa, pastrve, lipljena. Prekomjerni izlov lososa u sjevernim rijekama smanjio je brojnost dagnji bisernica. Sada, bez školjkaša, rijeke se ne čiste dovoljno učinkovito i u njima se ne može razvijati ikra lososa.

Ekosustav listopadne šume. Dnevne fluktuacije temperature u šumi ublažene su prisutnošću vegetacije i visokom vlagom. Više oborina padne nad šumom nego nad poljem, ali značajan dio ne dospijeva na površinu tla tijekom slabih kiša i isparava s lišća drveća i biljaka. Ekosustav listopadne šume predstavlja nekoliko tisuća vrsta životinja, više od sto vrsta biljaka.

Korijenje stabala iste vrste često raste zajedno. Kao rezultat toga, hranjive tvari se redistribuiraju na složen način. U gustim smrekovim šumama do 30% stabala raste zajedno s korijenjem, u hrastovim šumama - do 100%. Spajanje korijena različitih vrsta i rodova izuzetno je rijetko. Ovisno o djelovanju različitih čimbenika okoliša, stabla iste dobi mogu imati oblik snažnih plodonosnih jedinki ili tankih izdanaka, ili čak mogu ostariti prije nego što dostignu zrelo stanje.

Šumska vegetacija intenzivno se natječe za svjetlost. Samo mali dio sunčevih zraka dopire do tla, pa biljke u šumi žive u nekoliko slojeva. Što je niži sloj, to ga zauzimaju vrste koje su otpornije na sjenu. U gornjem sloju nalaze se krošnje drveća koje voli svjetlost: hrast, breza, jasen, lipa, jasika. Ispod su oblici koji manje vole svjetlost: javor, jabuka, kruška. Još niže rastu grmovi šipražja: viburnum, brusnica, lijeska. Mahovine i zeljaste biljke čine najniži sloj - pokrov tla. Obilje čistina i rubova uvelike obogaćuje vrstni sastav biljaka, kukaca i ptica. Učinak ruba koristi se za stvaranje umjetnih nasada.

U tlu žive ropajući glodavci (miševi, voluharice), rovke i druga sitna bića. Grabežljive životinje - lisice, medvjedi, jazavci - također žive u donjem sloju šume. Neki sisavci zauzimaju gornji sloj. Vjeverice, vjeverice i risovi većinu vremena provode na drveću. Ptice se gnijezde u različitim slojevima šume: na granama iu dupljama drveća, u grmlju i travi.

Površina tla prekrivena je steljom koju čine poluraspadnuti ostaci, otpalo lišće, mrtve trave i grane. U leglu žive mnogi kukci i njihove ličinke, gliste, grinje, kao i gljivice, bakterije i plavozelenke (prekrivaju površinu tla, kamenja i debla drveća zelenim premazom). Ovim bićima organska tvar legla služi kao hrana. Mrtvožderi, kornjaši, ličinke mrtvih muha, bakterije truljenja učinkovito uništavaju organske ostatke. Značajan dio biljnog otpada čini celuloza. Bakterije, gljivice i plijesni proizvode enzime koji razgrađuju vlakna u jednostavne šećere koje živi organizmi lako apsorbiraju. Stanovnici tla također se hrane izlučevinama korijenskog sustava drveća, od 15% do 50% organskih kiselina koje sintetizira drvo, ugljikohidrata i drugih spojeva ulazi u tlo kroz korijenski sustav. Slabljenjem aktivnosti organizama u tlu počinje se nakupljati stelja, stabla iscrpljuju svoje zalihe mineralne ishrane, suše se, napadaju ih štetnici i umiru. Nažalost, ovu pojavu često opažamo u urbanim nasadima.

Gljive i bakterije imaju važnu ulogu u životu biljaka. Zahvaljujući ogroman broj, brzinom razmnožavanja i visokom kemijskom aktivnošću značajno utječu na metaboličke procese između korijena i tla. Korijenski sustavi šumskih biljaka natječu se za dušik u tlu. Kvržične bakterije, koje apsorbiraju dušik iz zraka, žive zajedno s vrstama bagrema, johe, sisa i krkavine. Bakterije konzumiraju ugljikohidrate i druge hranjive tvari koje sintetiziraju, dok drveće konzumira dušične spojeve koje proizvode bakterije. Godišnje je siva joha sposobna fiksirati do 100 kg/ha dušika. U nekim zemljama joha se koristi kao usjev za gnojidbu dušikom. Mikorizne gljive također imaju izraženu fiksaciju dušika u suživotu s korijenjem biljaka vrijeska.

Svaka od razina prehrane u šumskom ekosustavu zastupljena je mnogim vrstama, a važnost različitih skupina organizama za njezino uspješno postojanje nije ista. Smanjenje broja velikih biljojeda papkara u većini slučajeva nema veliki učinak na ostale članove ekosustava, budući da je njihova biomasa relativno mala, grabežljivci koji se njima hrane mogu se snaći s manjim plijenom, a višak zelene mase konzumira kopitari će biti gotovo nevidljivi. U šumskom ekosustavu vrlo je značajna uloga kukaca biljojeda. Njihova je biomasa višestruko veća od biomase papkara, obavljaju važnu funkciju oprašivača, sudjeluju u obradi otpada i služe kao neophodna prehrana za sljedeće razine prehrambenih lanaca.

Međutim, prirodna biocenoza je cjelovit sustav u kojem je i naizgled beznačajan faktor zapravo bitan. Stanovnici planine Spessart u Njemačkoj naišli su na zanimljiv podatak o cjelovitosti hrastovih šuma. Na jednom od obronaka ove planine seljaci su posjekli hrastove, a potom su ih htjeli obnoviti. Ali koliko god se trudili, na ovom se mjestu ništa nije moglo posaditi, osim kržljavih borova. Što je bilo? Ispostavilo se da su uz hrastove stradali i jeleni. Njihov je izmet služio kao hrana mnogim organizmima u tlu, prerađujući ostatke i gnojeći tlo. Stoga, bez jelena, hrastovi nisu htjeli rasti.

Slatkovodni rezervoar i listopadna šuma imaju istu vrstu grupa hrane. Proizvođači u šumi su drveće, grmlje, trave i mahovine, u rezervoaru - ukorijenjene i plutajuće biljke, alge i plavozelene. Potrošači u šumi - insekti, ptice, biljojedi i mesojedi, u rezervoaru - vodeni insekti, vodozemci, rakovi, biljojedi i grabežljive ribe. Razlagači u šumi predstavljeni su kopnenim, au rezervoaru - vodenim gljivama, bakterijama i beskralješnjacima. Te iste prehrambene skupine organizama prisutne su u svim kopnenim i vodenim ekosustavima. Primarni izvor energije u akumulacijskim i šumskim zajednicama, kao i u većini ekosustava, je sunčeva svjetlost.

Biocenoze su dobro koordinirani sustavi organizama u kojima su neke zajednice i vrste iznenađujuće spojene s drugima, pokazujući cjelovitost i međusobnu povezanost božanski stvorenog svijeta.

Cjelovitost i samoreproduktivnost

Postojanje i životna aktivnost populacija koje nastanjuju ekosustave regulirana je mnogim biotičkim i abiotskim čimbenicima. Vitalni organski spojevi i kemijski elementi tvore ciklus tvari. Biljke crpe minerale iz okoliša, kao i kisik za disanje i ugljični dioksid za fotosintezu, te u istim procesima ispuštaju ugljični dioksid i kisik u atmosferu. Organske i anorganske tvari biljaka hrane organizme svih populacija ekosustava. Kemijski elementi ovih spojeva ne napuštaju ekosustav, oni preko prehrambenih lanaca dolaze do razlagača i vraćaju ih u početno stanje mineralnih spojeva i jednostavnih molekula. Sunčeva energija akumulirana zelenim biljkama osigurava vitalnu aktivnost svih organizama biocenoze.

Dakle, tokovi tvari i energije osiguravaju cjelovitost ekosustava – odnos njegovih organizama međusobno i s prirodnim okolišem. Glavni uvjeti za samoreprodukciju ekosustava su:

Prisutnost hrane i energije u okolišu (za autotrofe - solarna, za kemotrofe - kemijska);

Sposobnost stvorenja da se razmnožavaju;

Sposobnost organizama da se razmnožavaju kemijski sastav i fizikalna svojstva prirodnog okoliša (struktura tla, prozirnost vode).

Otpornost ekosustava

Prirodni ekosustavi sposobni su za dugotrajno postojanje. Čak i uz značajne fluktuacije vanjskih čimbenika, unutarnji parametri ostaju stabilni. Dakle, ako se količina oborina nad šumom smanji za 30%, količina zelene mase može se smanjiti za samo 15%, a broj primarnih potrošača za samo 5%. Svojstvo ekosustava da održava unutarnje parametre naziva se održivost. Tolerancija na nepovoljne uvjete ovisi o otpornosti organizama, njihovoj sposobnosti razmnožavanja u širokom rasponu uvjeta, a pojačana je mogućnošću preuređivanja prehrambenih lanaca u bogatim zajednicama.

Stabilnost ekosustava opada smanjenjem sastava vrsta. Najstabilnije su tropske šume bogate životom (preko 8000 biljnih vrsta), umjerene šume prilično su stabilne (2000 vrsta), biocenoze tundre su manje stabilne (500 vrsta), oceanski otočni ekosustavi nisu baš stabilni. Voćnjaci su još manje stabilni, a usjevi bez ljudske potpore uopće ne mogu postojati, brzo zarastu u korov i unište ih štetnici.

Samoregulacija ekosustava

Učinkovitost samoregulacije određena je raznolikošću vrsta i prehrambenim odnosima među njima. Ako se broj jednog od primarnih potrošača smanji, tada s različitim vrstama grabežljivci prelaze na hranjenje brojnijim životinjama koje su im prije bile sekundarne.

Dugi hranidbeni lanci često se križaju, stvarajući mogućnost varijacija u prehrambenim odnosima ovisno o urodu biljaka, broju žrtava itd. Tigrovi i lavovi, u nedostatku papkara, zadovoljavaju se manjim životinjama, pa čak i biljnom hranom. Peregrine sokol lovi u zraku, a tijekom masovne reprodukcije leminga počinje se hraniti tim životinjama, skupljajući ih sa zemlje. Lanac: biljke - miš - zmija - orao može se skratiti u: biljke - miš - orao. U više povoljne godine obnavlja se broj vrsta, a odnosi hrane u biocenozi se normaliziraju.

U godinama žetve povećava se broj biljojeda. Predatori opskrbljeni hranom brzo se razmnožavaju. Smanjenje broja biljojeda stvara nestašicu hrane među grabežljivim vrstama, au godinama slabe prehrane one se gotovo i ne razmnožavaju.

Svakih nekoliko godina broj populacija leminga u tundri dramatično se povećava. Leminzi se hrane vegetacijom tundre. Biljne tvari prolaze kroz organizam životinja u detritus i samo nekoliko godina nakon mineralizacije stvaraju plodno tlo s bogatim i hranjivim vegetacijskim pokrovom. Brojnost leminga ponovno je u porastu. U godinama s malo hrane njihov se broj intenzivno smanjuje ne samo zbog nedostatka hrane, već i zbog brzog razmnožavanja grabežljivaca - arktičkih lisica, lisica, sova. Tako biljke, leminzi i predatori provode samoregulaciju ekosustava tundre, održavajući njegovu stabilnost i trajnost.

Nerazumna intervencija u prirodnim ekosustavima dovodi do nepredvidivih i tužnih posljedica. Sredinom devetnaestog stoljeća. Na jednoj od farmi u Australiji u divljinu je pušteno 12 pari zečeva uvezenih iz Europe. U australskim ekosustavima nije bilo dovoljno grabežljivaca da bi se regulirao njihov broj, a unutar 40 godina populacija kunića narasla je na nekoliko stotina milijuna jedinki. Zečevi su se naselili po cijelom kopnu, jedući borove sadnice, uništavajući livade i pašnjake, potkopavajući bazu hrane lokalnih biljojeda - klokana. Vjeverica teleutka koja se naselila u krimskim šumama značajno je smanjila njihovu prirodnu obnovu i počela nanositi štetu vinogradima. Vjeverica je izgubila komercijalnu vrijednost, njezino pahuljasto krzno u toploj klimi postalo je kratko i grubo.

Aklimatizacija Ussuri rakuna u biocenozama europskog dijela Rusije dovela je do štetnih posljedica. Unatoč sličnosti klimatskih uvjeta, životinje su izgubile vrijedne kvalitete krzna. U šumama su smanjili brojnost pernate divljači, posebice tetrijeba, uništavajući njihova gnijezda i legla. Rakuni su počeli živjeti u blizini naselja, napadajući ptice i male domaće životinje.

U procesu aklimatizacije ružičastog lososa u rijekama sjeverozapadne regije Rusije, zbog natjecanja za hranu i mjesta mrijesta, broj lokalnih salmonida znatno se smanjio. Za suzbijanje ličinki malaričnih komaraca u rijekama područja Aralskog jezera, 1940-ih i 1950-ih godina uzgajane su ribe komarci, koje su neočekivano intenzivno smanjile broj komercijalnih riba, uspješno im konkurirajući u lovu na male životinje.

Uvedene vrste jedan su od glavnih razloga izumiranja kralješnjaka. Na Havajsko otočje uvezeno je 22 vrste sisavaca, 160 vrsta ptica, 1300 vrsta kukaca, preko 2000 vrsta cvjetnica. Univerzalne vrste čelika glavni razlog izumiranje 30% domaćih ptica, 34% mekušaca, do 70% vrsta havajske flore je u opasnosti od izumiranja.

Problem obnove prirodne samoregulacije u biocenozama posebno je važan danas, kada su mnoge vrste na rubu izumiranja, a prirodna područja izgubila su svoj veličanstveni izgled.

Razvoj i promjena ekosustava

Stabilnost ekosustava je relativna, budući da se vanjski uvjeti i priroda interakcije organizama biocenoze mijenjaju tijekom vremena. Razlikovati cikličke i progresivne promjene u ekosustavima.

Cikličke promjene uzrokovane su periodičnim promjenama u prirodi – dnevnim, sezonskim i dugotrajnim. Smjenjuju se sušne godine s vlažnim, a mijenja se i broj populacija organizama prilagođenih bilo suši bilo vlazi.

Progresivne promjene su dulje i obično dovode do zamjene jedne biocenoze drugom. Mogu se nazvati:

Promjene u prirodnom okolišu pod utjecajem vitalne aktivnosti samih organizama ekosustava;

Uspostavljanje stabilnih odnosa između vrsta nakon poremećaja kao što su šumski požari, klimatske promjene ili ljudska intervencija;

Ljudski utjecaj.

Progresivne promjene nazivamo sukcesijom (lat. successio ulazak na tuđe mjesto, kontinuitet) – samorazvoj ekosustava kao rezultat interakcije organizama međusobno i s abiotskom okolinom. Tijekom sukcesije nestabilnu biocenozu zamjenjuje stabilnija.

Razmotrite sukcesije uzrokovane vitalnom aktivnošću samih stvorenja koja nastanjuju ekosustav. U procesu života, stvorenja zasićuju okoliš određenim tvarima. Okoliš se mijenja i postaje pogodniji za život drugih vrsta, zamjenjujući one bivše.

Sukcesija golog kamenjara počinje trošenjem stijena pod utjecajem abiotskih čimbenika - temperature, vlage, sunčeve svjetlosti. Uništavanje stijena nastavljaju bakterije, gljivice, alge, modrozeleni lišajevi. Proizvođači organske tvari u početnim stadijima su modrozelene, lišajeve i slobodnoživuće alge. Plavo-zeleni su posebno nepretenciozni, sposobni su samostalno apsorbirati dušik iz atmosfere. Neovisnost o hrani omogućuje plavozelenim da razviju nenaseljene stijene. Njihovi umirući organizmi obogaćuju okoliš dušikom.

Organske kiseline nastale tijekom života primarnih doseljenika otapaju stijene i doprinose mineralizaciji sloja tla u nastajanju. Kao rezultat aktivnosti takve biocenoze, hranjiva mješavina organskih i mineralnih spojeva nakuplja se s biljnim ostacima obogaćenim dušikom. Na hranjivoj smjesi rastu nepretenciozne biljke spore koje nemaju korijenje - mahovine, grmoliki lišajevi (njihovi korijenski izdanci nazivaju se rizoidi). Odumiranjem primitivne vegetacije nastaje tanak sloj tla. Pojavljuju se zeljaste biljke - šaš, žitarice, djetelina, zasjenjujući prve doseljenike i lišavajući ih vlage. Pionirske vrste postupno se zamjenjuju. Nakon ljekovitog bilja pojavljuju se grmovi, tlo se priprema za razvoj drvenaste vegetacije.

Broj vrsta koje nastanjuju niz ekosustava postupno raste, hranidbena mreža postaje sve razgranatija, a resursi okoliša sve se potpunije koriste. Konačno, biocenoza postaje zreo, stabilan šumski ekosustav, dobro prilagođen prirodnim uvjetima i samoregulirajući. Populacije u ovom zrelom ekosustavu se razmnožavaju i ne istiskuju ih druge vrste. Dolazi završna faza nasljeđivanja - klimaks (grč. klimax ljestve). Vrhunac vegetacije podmoskovskih šuma je hrastova šuma s podrastom lijeske i dominacijom šaša u travnom pokrivaču. Zbog nestabilnosti vanjskih čimbenika, posebice ljudske intervencije, većina šuma u blizini Moskve još nije dosegla vrhunac.

Opisana promjena ekosustava iz stjenovitog terena u šumsko područje traje stotinama godina, razvoj ekosustava na pješčanim dinama je nešto brži. U prisutnosti povoljnih čimbenika okoliša (uglavnom vlažnosti), trave, vrbe brzo se naseljavaju na pijesku, a zajedno s njima - skakavci, ose i pauci. Na naseljenom području prvo rastu borovi, a potom listopadne forme, diverzificira se životinjski svijet, pojavljuju se razni kornjaši i mravi. Na mjestu suhe i neplodne pustinje postupno se formira ekosustav listopadne šume s plodnim tlom bogatim glistama i mekušcima.

Odlučujuću ulogu u formiranju biocenoza imaju čimbenici okoliša koji pogoduju razvoju vegetacije. Tlo koje je njime promijenjeno služi kao osnova za formiranje punopravnih ekosustava.

Gotovo pred očima jedne generacije, jezera se zarastaju. Sukcesija plitkih rezervoara obično se događa na sljedeći način. Najprije se uz obale formira plutajući vegetativni tepih od mahovina, šaša i drugih trava. Rezervoar je ispunjen ostacima biljaka, koji zbog nedostatka kisika u donjim slojevima nemaju vremena da ih prerade vodeni stanovnici i formiraju treset. Jezero se postupno zaliva, plankton i riba nestaju. Pojavljuju se biljke i životinje prilagođene močvarnom okolišu. Nastalu močvaru postupno zamjenjuje vlažna livada, potom grmlje, da bi na kraju zarasla u šumu.

Svima je poznata sukcesija otočnih rijeka. Na otoku oplođenom muljem, trava postaje gušća, zatim je zamjenjuje grmlje, pojavljuje se sloj tla, a nakon 20-30 godina šumski otok s pticama, bobicama i gljivama vijori se na mjestu plićaka. Tijekom sukcesije povećava se raznolikost životinjskih i biljnih vrsta, a sustav postaje stabilniji. Sukcesije, bez obzira gdje su počinjale - sa zgarištem, močvarom ili pješčanim dinama - završavaju u šumi u vrhuncu. Češće - listopadno, rjeđe - crnogorično.

Šuma je najodrživiji ekosustav jer ima najveću raznolikost vrsta. Stabla sama po sebi ne stvaraju održivi ekosustav. Prilikom izgradnje šumskih nasada za zaštitu od vjetra koji zadržavaju snijeg pojavljuje se neočekivani problem - stabla uništavaju insekti. Za borbu protiv njih, pokazalo se da je potrebno stvoriti stabilniju biocenozu - posaditi grmlje za gniježđenje i hranjenje ptica, što smanjuje broj insekata u šumama za 40-70%. Slični problemi javljaju se i pri stvaranju park šuma, umjetnih pašnjaka i drugih ekosustava. Znanost koja se bavi izgradnjom umjetnih zajednica organizama koji se međusobno mogu slagati i nadopunjavati naziva se inženjerstvo okoliša.

Razmotrimo nasljedstvo jednog od napuštenih ruskih sela. Prvih 10 godina divljale su trave, a zatim je 15-ak godina dominiralo grmlje. Napokon se pojavila borova šuma, koju je oko 100 godina nakon početka sukcesije zamijenila listopadna šuma. U razdoblju sukcesije broj vrsta ptica se povećao s 2-3 na 18-20.

Drugi razlog razvoja ekosustava, osim mijenjanja abiotičkog okoliša pod utjecajem organizama, je uspostavljanje stabilnih odnosa među vrstama. Ovaj čimbenik dobiva posebno značenje u slučaju odstupanja od ravnoteže, uzrokovanih, na primjer, šumskim požarom. Razmotrite obnovu (sekundarne sukcesije) šume smreke.

Ljeti se nekadašnji pepeo lako prepoznaje po jarko ružičastim cvjetovima vrbovog čaja; trska, kvinoja i podbjel brzo se naseljavaju u pustoši, uspješno naseljavajući gola mjesta. Pojavom drugih vrsta ove trave ne mogu izdržati konkurenciju i brzo nestaju, stalno lutajući, prve razvijaju mjesta s poremećenom vegetacijom.

Nježne sadnice smreke na otvorenim površinama oštećene su mrazom i pate od pregrijavanja. Stoga se na opožarenom području prvo pojavljuje mladica breze, jasike i bora. Stvara se povoljno okruženje za potrošače granske krme i bobičastog voća. Naglo raste brojnost voluharica, zečeva, jelena i srna. Kada se šikara pretvori u stup, mladi izdanci postaju nedostupni većini životinja, pa se njihov broj smanjuje. Sjenčanje također pogoršava kvalitetu krme travnatog pokrivača. Stoga stupovi predstavljaju najmanje naseljen stupanj šumske sukcesije od strane životinja.

Drveće postupno zamjenjuje pionirsku zeljastu vegetaciju i formira sitnolisnu ili borovu šumu. Bor je fotofilna biljka koja nije zahtjevna za kvalitetu tla, lako naseljava močvarna, kamenita i pjeskovita tla. Drveće u takvoj šumi ne nalazi se prečesto, tako da donji sloj zauzimaju biljke koje vole svjetlost - vrijesak, medvjetka, brusnica. Konačno dolaze povoljni uvjeti za sadnice smreke.

Za razliku od bora, smreka je biljka koja voli vlagu i otporna je na sjenu. Njegove sadnice uspješno se natječu s adolescentom tvrdog drva i bora koji vole svjetlost. Prodrlo duboko u tlo i mrtvo korijenje breze i drugog tvrdog drva olakšava pristup korijenju smreke u donjim horizontima. Pojedinci smreke, za razliku od oblika koji vole svjetlost, gušće su smješteni u šumi. Kad smreke dosegnu gornji sloj, svojim gustim granama zasjenjuju i istiskuju listopadno drveće i sadnice bora koji voli svjetlost. U sjeni rastućih jelki u vlažnijem tlu razvija se drugačiji sastav vrsta nižih slojeva, koji je svojstven tajgi smreke. Tako se, zaobilazeći niz privremenih zajednica, izvorni ekosustav smrekove šume, koji je stabilan u ovoj zemljišno-klimatskoj zoni, samoobnavlja.

Slično tome, šume tajge u Europi, gdje to tlo dopušta, postupno se zamjenjuju šumama smreke. Glavni ekološki čimbenici koji doprinose zamjeni zrelih i stabilnih zajednica bora zajednicama smreke u Europi su postupno zagrijavanje i vlaženje klime. Sjemenke smreke, jednom u borovoj šumi, uspješno klijaju i više ne dopuštaju borovima da se razvijaju. Borove šume ostaju izvan konkurencije na kamenitim, močvarnim i pjeskovitim tlima nepovoljnim za smreku, kao i duž granice sa šumskom tundrom.

Značajne promjene u šumskim ekosustavima također se događaju pod utjecajem antropogenog faktora, a to je posebno vidljivo u zelenim površinama oko gradova. Vegetaciju takvih područja intenzivno gaze ljudi koji beru gljive, bobičasto voće i samo šetaju. Rizomi šumskih trava, za razliku od livadskih trava, nalaze se neposredno ispod šumskog tla i lako se povrijede. Tlo postaje zbijeno i postaje manje sposobno apsorbirati vlagu. Gazenjem se oštećuje podrast drvenaste vegetacije. Vrhovi drveća i grmlja počinju se sušiti, bolesna stabla lakše su pogođena štetnicima i gljivicama. Lišće postaje tanko, šuma se prorjeđuje i posvjetljuje. Introduciraju se svjetloljubne livadne trave, koje su otpornije na gaženje, budući da njihovi rizomi čine busen. Šumske trave postupno ispadaju iz raslinja.

Ekosustavi travnjaka mijenjaju se ispašom stoke. Životinje jedu određene vrste bilja, prije svega - žitarice, rasprostranjene su za njih malo vrijedne biljke - pelin, kiseljak, eryngium. Mnoge vrste biljaka na takvim livadama nemaju vremena proizvesti sjeme, a višegodišnje trave zamjenjuju se jednogodišnjim sa slabije razvijenim korijenovim sustavom. Tlo se počinje raspršivati ​​vjetrom i erodirati, postaje osiromašeno hranjivim tvarima, a prinos se smanjuje. Visoko produktivan ekosustav travnata livade pretvara se u siromašnu pustoš.

Istodobno, umjerena ispaša papkara u stepi doprinosi normalnom razvoju vegetacije. Papkari gaze sjeme u tlo i uništavaju pregustu stelju koja onemogućuje njihovo klijanje. U stepi perjanica, u nedostatku ispaše, perjanica istiskuje druge vrste, ali se ne razvija tako uspješno zbog guste stelje odumrlog lišća. Povoljno djeluje na rast žitarica i slinu papkara. U šumama mahovine smreke Tien Shana pošumljavanje se odvija samo na mrljama divljih svinja s poremećenim debelim mahovinskim pokrovom koji ometa klijanje sjemena. U Belovezhskaya Pushcha, uz stabla smreke, javor, grab i jasen obnavljaju se na sličan način.

Promjena biocenoza događa se posebno brzo kada se stvaraju akumulacije, kada se kopneni ekosustavi zamjenjuju vodenim na golemim područjima, kada se krče šume i preoravaju livade stvaranjem agrocenoza.

Agrocenoze

Uz prirodne biocenoze postoje zajednice koje je stvorio i regulirao čovjek – agrocenoze. Zauzimaju oko 10% zemlje. U agrocenoze spadaju usjevi, voćnjaci i voćnjaci, pašnjaci, parkovi i razne šumske plantaže.

Floru i faunu doline Nila, velikih kineskih rijeka i suptropskih krajeva Crnog mora formirali su ljudi u kamenom dobu. Agrocenoze čine osnovu krajobraza ovih regija. Na istočnoeuropskoj nizini agrocenoze su se počele razvijati nakon izuma željeznog pluga.

U to je vrijeme južna granica širokolisnih šuma išla malo sjevernije od modernog Harkova, štiteći južne granice Kijevske Rusije. Masovna sječa šuma za oranje dovela je do širenja stepske zone prema sjeveru, što je uvelike olakšalo napade nomada. Do vremena Batu-kana (XIII. stoljeće) granica šuma već se pomakla prema Vladimir-Kursku. Na mjestu uništenih šuma postupno su se formirale poznate agrocenoze crne zemlje središnje Rusije.

Razmotrite agrocenozu polja pšenice. Njegovu vegetaciju, osim same pšenice, čine i razni korovi. U žitnom polju ima puno manje životinja nego u prirodnim uvjetima. Osim voluharica i drugih glodavaca tu su i kukci, granivorne i grabežljive ptice te lisice. Tlo nastanjuju gliste, kornjaši, bakterije i gljivice koje razgrađuju i mineraliziraju korijenje slame i pšenice zaostalo nakon žetve. Dakle, u agrocenozi postoje iste skupine hrane kao iu prirodnom ekosustavu: proizvođači, potrošači i razlagači. Ulogu proizvođača u njemu ima uglavnom kulturna biljka koju je posijao čovjek. Agrocenoze imaju i druge značajke.

Značajna razlika između agrocenoza i biocenoza je različit smjer selekcije. U prirodnom ekosustavu prirodna selekcija uklanja nekonkurentne organizme i formira zajednice koje su maksimalno otporne na nepovoljne čimbenike. U agrocenozama je učinak prirodne selekcije oslabljen stvaranjem povlaštenih uvjeta za jednu vrstu ili skupinu sukcesivno zasijanih vrsta. Konkurentske vrste i štetnici se namjerno eliminiraju. Osoba ublažava učinak nepovoljnih prirodnih čimbenika labavljenjem, zalijevanjem i isušivanjem natopljenih zemljišta. U agrocenozama osoba provodi umjetnu selekciju kako bi povećala produktivnost, uzgajala sorte s maksimalnom produktivnošću.

Dakle, različite vrste selekcije djeluju u prirodnim i umjetnim ekosustavima; agrocenoza, za razliku od biocenoze, nije samoregulirajući ekosustav. Kultivirane vrste toliko su izmijenjene selekcijom u interesu čovjeka da se, bez stalne podrške, biljke agrocenoze ne mogu natjecati s divljim vrstama i one ih istiskuju. Na mjestu agrocenoze u umjerenoj klimi javlja se šuma, a u sušnoj stepa. U biti, život agrocenoze je umjetno podržan početne faze sukcesija - tlo se godišnje ore i iznova sije.

Agrocenoze se značajno razlikuju u ravnoteži hranjivih tvari. U biocenozama se tvari koje su proizvođači potrošili ponovno vraćaju u tlo. U agrocenozama se berbom većina organskih i anorganskih spojeva isključuje iz cirkulacije. Uklanjanjem biljne mase smanjuje se stelja, smanjuje opskrba tla hranjivim tvarima, a biomasa korijena kultiviranih biljaka je 10 puta manja od biomase samoniklih trava. Stoga su uvjeti za vitalnu aktivnost razlagača u agrocenozama nepovoljniji. Da bi se nadoknadili gubici, na polja se primjenjuju mineralna i organska gnojiva, stoga cirkulacija tvari agrocenoze nije zatvorena.

Kako bi se tlo obogatilo hranjivim tvarima, provodi se plodored. Rast mahunarki obogaćuje tlo dušikom, pa se npr. krumpir i kukuruz siju naizmjenično s mahunarkama.

Značajka agrocenoza je dodatna potrošnja energije za obradu tla (mišićni napori životinja i ljudi, rad poljoprivrednih strojeva), navodnjavanje, stvaranje i primjena gnojiva, što omogućuje postojanje agrocenoza i proizvodnju usjeva. Biocenoze se snalaze samo energijom Sunca.

Zbog uzgoja male skupine biljaka, agrocenoze se odlikuju znatno manjim brojem vrsta, kraćim hranidbenim lancima, a time i znatno manjom stabilnošću od prirodnih ekosustava. Oranjem tla narušava se životna aktivnost organizama u tlu, čineći ih pristupačnijim grabežljivcima (pticama kukcima, a lisicama i sovama glodavcima).

Donekle se broj štetnika može smanjiti izmjenom kultura koje nemaju zajedničke neprijatelje. Prethodnici kukuruza mogu biti mahunarke ili krumpir.

Australska brašnarica je kukac koji siše agrume. Godine 1872. slučajno je unesena u Kaliforniju, brzo se razmnožila i postala opasna štetočina agruma. Za borbu protiv crva iz Australije doveden je njegov prirodni neprijatelj, bubamara Rhodolia. Broj crva je naglo pao. Mnoge druge zemlje također su uspjele smanjiti broj kukaca. No pokazalo se da je rodolija osjetljivija na pesticide. Nakon tretiranja otrovima, brašnarice su se ponovno počele intenzivno razmnožavati.

Uzgoj jedne biljne vrste doprinosi masovnoj distribuciji konkurentnijih korova. U prirodnim uvjetima mnoge vrste korova intenzivno nastanjuju samo dušikom bogate emisije tla iz jazbina tesaka i svizaca, a na tlima obogaćenim dušičnim gnojivima korov raste sigurno bez pritiska prirodnih konkurenata.

Pojava višegodišnjih korova s ​​moćnim korijenskim sustavom na poljima zahtijeva povećanje doze herbicida. Njihov višak negativno utječe na kultivirane biljke, u kojima je poremećena sinteza lipida i fotosinteza.

Širenje štetnika također se bori biološkim metodama. Broj zečeva koji su uništili usjeve u Australiji smanjen je zarazom populacije tih životinja virusom bliskim velikim boginjama pronađenim kod južnoameričkih zečeva. Nakon prve epidemije uginulo je 99,8% životinja.

Štetočina voćnjaka, australski ljuskar, došao je u Europu iz Australije preko Sjeverne Amerike u 19. stoljeću. Budući da nije susreo neprijatelje, ovaj se kukac iznimno proširio. Pokazalo se da je potrebno iz Australije preseliti u Europu i njenog prirodnog neprijatelja - bubamaru.

Kaktus opuncija uveden je u Australiju kao sobna biljka. U prirodnim uvjetima toliko se nasilno razmnožio da je zauzeo milijune hektara poljoprivrednog zemljišta. Bilo je moguće nositi se s ovim korovom preseljenjem leptira iz Argentine, čije se gusjenice hrane opuncijom. Gusjenice su se prilično brzo riješile opuncije.

Drugi veliki nedostatak agrocenoza je njihova osjetljivost na eroziju. Slab korijenski sustav kultiviranih biljaka, značajna izloženost tla stvaraju uvjete za ispiranje i trošenje plodnog sloja. Svake godine s otopljenom i kišnicom s polja se odnesu milijuni tona zemlje. Na jugu europskog dijela zemlje, gudure zauzimaju posebno velika područja. Erozija vjetrom razvija se u sušnim stepskim područjima.

Razvoj novih teritorija za poljoprivredno zemljište izuzetno je naporan, stoga je danas posebno važan pažljiv odnos prema resursima tla.

Ekosustavi i njihova glavna svojstva

Ekosustav je grčka riječ oikos- kuća, sustav- cjelina, odnosno sastavljena od dijelova ili kombinacije. Ovaj pojam u ekologiju je uveo Henri Barry Tensley (1935.). Napisao je: « Iako organizmi mogu tvrditi da su u središtu pozornosti, međutim, ako dublje razmislimo, ne možemo ih odvojiti od specifičnog okoliša s kojim čine jedan fizički sustav. Takvi sustavi, s gledišta ekologa, osnovne su jedinice prirode na zemljinoj površini. .ALI. Tensley je ekosustav predstavljao kao kombinaciju biotopa i biocenoze.

Prema tome, ekosustav su otvoreni, ali cjeloviti i stabilni sustavi živih (autotrofni proizvođači i heterotrofi ─ potrošači i razlagači) i neživih (abiotski okoliš) komponenti povijesno formiranih u biosferi i na tom određenom teritoriju ili akvatoriju.

Prema K. Williju, pojam "ekosustav" ekolozi shvaćaju kao prirodnu jedinicu koja predstavlja kombinaciju živih i neživih elemenata: kao rezultat međudjelovanja tih elemenata nastaje stabilan sustav u kojem kruži tvari između živih i neživih dijelova odvija.

U ovim definicijama ekosustav karakteriziraju tokovi energije i mogućnost njezine akumulacije, unutarnji i vanjski ciklusi tvari koje imaju sposobnost reguliranja svih procesa u njemu (slika 3.7). Ekološki sustav smatra se glavnom (glavnom) funkcionalnom jedinicom u ekologiji, budući da uključuje žive organizme i neživi okoliš, elemente koji međusobno utječu jedni na druge i osiguravaju potrebne uvjete za održavanje života u obliku kakav postoji na našem planetu.

Mesojedi Biljojedi Proizvođači Sunce

Disanje, CO2

sl.3.7 . Shema glavnih komponenti ekosustava
(prema E.A. Krikunovskom, 1995.)

Ekosustav kao prirodni kompleks koji čine živi organizmi i njihovo stanište, međusobno povezani razmjenom tvari i energije, jedan je od glavnih pojmova u ekologiji.

Ekosustavi su klasificirani prema sljedećim rangovima:

─ mikrosustavi (na primjer, mali rezervoar, lokva, truli panj u šumi itd.);

─ mezoekosustavi (šuma, rijeka, ribnjak itd.);

─ makroekosustavi (ocean, kontinent, aerotop);

─ globalni ekosustav (biosfera u cjelini).

Iz ove hijerarhije proizlazi da veliki ekosustavi uključuju ekosustave nižeg ranga.

Biocenoza i biotop utječu jedni na druge, što se očituje uglavnom u kontinuiranoj izmjeni tvari i energije kako između dviju komponenti tako i unutar svake od njih. Ekosustav također uključuje zajednice (fitocenoze, zoocenoze, mikrobiocenoze, mikocenoze) ujedinjene hranom i horološkim (prostornim) vezama, kao i čimbenike okoliša kao što su ekotop, klimatotop i edafotop. Prirodni ekološki sustavi su otvoreni sustavi u kojima se okoliš razmatra na ulazu i izlazu (slika 3.8).

Trajni opstanak organizama u bilo kojem ograničenom prostoru moguć je samo u ekosustavima unutar kojih otpadne produkte jednih vrsta organizama iskorištavaju druge vrste. Posljedično, svaki ekosustav sposoban za dugotrajno postojanje mora uključivati ​​autotrofe, heterotrofe i razlagače (saprofite) koji se hrane mrtvom tvari, no ni takav ekosustav nije imun na smrt. Stabilnost ekosustava određena je usklađenošću sastava vrsta sa životnim uvjetima i stupnjem razvoja tih sustava.

srijeda

Sustav unutar svojih granica

Reciklirano

Energija i materija

Migracija organizama

Unos JF + S + OE = Ekosustav

Na izlazu

Supstanca i organizam

sl.3.8. Funkcioniranje ekosustava (prema Odum, 1986.)

Moguće promjene u okruženju jako fluktuiraju i ovise o mnogim varijabilnim dimenzijama sustava (što je sustav veći, manje ovisi o vanjskim utjecajima); intenzitet tokova tvari i energije (što je intenzivniji to je njihov odljev i dotok veći); ravnoteža autotrofnih i heterotrofnih procesa (što je ta ravnoteža više poremećena, mora biti jači vanjski dotok tvari i energije da se ona uspostavi); stupanj i stupanj razvoja ekosustava. U svojoj srži, ekološki sustav je kompleks u kojem postoji stalna izmjena tvari, energije i informacija između abiotičkih i biotičkih elemenata.

Procjena kvalitete ekosustava . Ekološki obrasci i osnovni pojmovi ekologije pridonose određivanju kvalitativnog i kvantitativnog stanja ekosustava.

Kvantitativno stanje ekosustava odnosi se na njegovu produktivnost, dok se kvalitativno stanje odnosi na njegovu otpornost na nepovoljne čimbenike utjecaja. Iste zakonitosti pridonose određivanju kvalitativnog i kvantitativnog stanja biocenoza pojedinog ekosustava.

Prema prva pravilnost ekosustav mora odgovarati karakteristikama okoliša, drugi – biocenoza treba biti relativno jeftina ako je moguće, treći i četvrti – ekosustav treba omogućiti maksimalnu iskoristivost i održivost. Na primjer, ako stvaramo industrijsku proizvodnju u ekosustavu, tada moramo stvoriti cirkulacijski sustav vodoopskrbe; zaostali proizvodni otpad - zbrinuti i reciklirati; preostala toplina - koristiti za druge tehnološki procesi, za grijanje plastenika i sl. Akademik S. Schwartz predložio je procjenu kvalitete ekosustava prema pet kriterija: biomasa, produktivnost, otpornost na buku, tečaj i redundancija.

Biomasa svih glavnih komponenti treba biti visoka i korelirati s ostalim komponentama ekosustava. Ako uzmemo agroekosustav, onda je njegova značajka prevlast fitomase nad zoomasom, koja se izražava u oštrom obliku, osigurava proizvodnju kisika, proizvodnju proizvoda životinjskog i biljnog podrijetla.

Produktivnost Ekosustavi - to je proizvodnja proizvoda po jedinici površine, volumena (biogeocenoza i ekosustavi), kada dosegne svoj maksimum, mora zadovoljiti sve potrebe i održavati ekosustav u stabilnom stanju. Kao negativan primjer može se navesti nekontrolirana sječa šuma, uslijed čega se smanjuje biomasa šumskih površina, a to može dovesti do uništenja ekosustava u roku od nekoliko godina.

Otpornost na buku- to je otpornost ekosustava na onečišćenje do određene granice, koja ga ne isključuje. Trenutačno je velik broj ekosustava izrazito nestabilan, u njima možemo vidjeti samo dvije uvjetno pozitivne strane: davali su i daju nam priliku za povećanje materijalnog bogatstva, a uz to su uzrokovali i "krizu okoliša". Stabilnost ekosustava se dalje dijeli na otpornu stabilnost i otpornu. otporan održivost (otpornost) je svojstvo (sposobnost) ekosustava da se odupre poremećajima, održavajući svoju strukturu i funkciju. elastičan stabilnost - sposobnost sustava da se brzo oporavi nakon kršenja strukture i funkcije.

Tečaj tvar i energija teče u ekosustavu takvim intenzitetom da je, uz veliko onečišćenje, osigurano njegovo brzo biološko pročišćavanje. Ali brzina – čišćenje nije sama sebi svrha! Primjerice, pretjerano kloriranje vode ubrzava proces njezine dezinfekcije, ali spojevi klora u vodi mogu proizvesti dioksine - supertoksikante koji su opasni za žive organizme, uključujući i ljude. Klor uništava zubnu caklinu, a to dovodi do karijesa. Primanje ozonizacije vode je skuplje, ali relativno sigurnije za ekosustav i ljude.

Rezervacija- to je sposobnost ekosustava da se brzo restrukturira i prilagodi promjenjivim uvjetima bez gubitka drugih pozitivnih svojstava. Čovjek treba težiti stvaranju dobrih ekosustava gdje god je to potrebno i gdje god je to moguće. Ne bi trebalo pogoršati, već poboljšati prirodni okoliš: posebno uklanjanjem žarišta opasne bolesti, oštro smanjiti područja razmnožavanja skakavaca, zaustaviti kretanje pijeska itd. Ovdje je prikladno pozvati se na načelo Le Chatelier-Browna: kod vanjskog utjecaja koji ekološki sustav izvodi iz stanja stabilne ravnoteže, ravnoteža se uvijek pomiče u smjeru u kojem je učinak utjecaja oslabljen.

Prostorna struktura ekosustava uvjetovana je činjenicom da su autotrofni i heterotrofni procesi obično odvojeni u prostoru. Prvi aktivno teku u gornjim slojevima, gdje je dostupna sunčeva svjetlost, dok su drugi intenzivniji u nižim slojevima (tlo i pridneni sedimenti). Osim toga, oni su također vremenski odvojeni, budući da postoji vremenski jaz između stvaranja organskih tvari od strane biljaka i njihove mineralizacije od strane potrošača.

Sa stajališta prostorne strukture u prirodnim ekosustavima mogu se razlikovati sljedeći slojevi:

- gornji, autotrofni sloj ili zeleni pojas Zemlje , koji uključuje biljke ili njihove dijelove koji sadrže klorofil: ovdje se odvija fiksacija sunčeve energije, korištenje anorganskih spojeva i akumulacija energije u složenim tvarima koje sintetiziraju biljke;

- donji, heterotrofni sloj ili "smeđi pojas" Zemlju predstavljaju tla, pridneni sedimenti, u kojima prevladavaju procesi razgradnje mrtvih organskih ostataka biljaka i životinja.

Ekosustavi su otvoreni neravnotežni termodinamički sustavi koji neprestano izmjenjuju energiju i materiju s okolinom, čime smanjuju entropiju unutar sebe, ali je povećavaju izvana, u skladu sa zakonima termodinamike. Sposobnost živih organizama da u sebi smanje nered tumači se sposobnošću nakupljanja negativne entropije – negentropije.

Energija u ekosustavima. energija  ovo je jedno od glavnih svojstava materije, koja je sposobna proizvoditi rad, au širem smislu energija je sila. Ona je izvor života, osnova i sredstvo kontrole svih prirodnih sustava, pokretačka snaga svemira. Temeljni zakoni termodinamike od univerzalne su važnosti u prirodi, a razumijevanje tih zakona važno je za učinkovit pristup problemima upravljanja okolišem.

Eksergija je maksimalni rad termodinamičkog sustava tijekom prijelaza iz dato stanje u stanje fizičke ravnoteže s okolinom.

Eksergija se zove koristan rad energija uključena u neki proces, čija je vrijednost određena stupnjem razlike nekog parametra sustava od njegove vrijednosti u okolini.

Prvi zakon termodinamike- zakon održanja energije - kaže: Energija se ne stvara niti uništava, već se transformira iz jednog oblika u drugi. Na zemlji se energija Sunca fotosintezom pretvara u energiju hrane. Ovdje se uzima u obzir samo ekologija postojeći priključak između sunčeve svjetlosti i ekoloških sustava u kojima se energija Sunca pretvara u energiju organske tvari.

Prema drugom zakonu termodinamike svaka vrsta energije na kraju prelazi u najmanje upotrebljiv i najdisipativniji oblik - entropiju, koja postaje neupotrebljiva. Sve energetske procese karakterizira proces prijelaza s više razine organizacije (red) na nižu razinu (nered). Tendencija degradacije energije izražava se pojmom " povećanje entropije ". Entropija je mjera nereda. Energija hrane koju životinje apsorbiraju dijelom se koristi za odvijanje biokemijskih procesa u tijelu, a dijelom se pretvara u toplinu za zagrijavanje tijela.

Živa se tvar od nežive razlikuje po sposobnosti akumuliranja slobodne energije iz okolnog prostora i njezine transformacije na način da se odupire entropiji. U prirodi se kvalitetom energije sunčeve svjetlosti smatra stvaranje kvalitetnijeg oblika energije (tablica 3.2).

Tablica 3.2. Kvalitativno stanje primljene energije, kcal

Izvor energije Troškovi energije za kvalitetniju energiju Solarno zračenje biljna biomasa Drveni ugljen Električna energija 1,0 0,2 kWh

Dakle, od 2000 kcal sunčeve energije koja ulazi u površinu lišća biljaka dobiva se 200 kcal energije hrane, a energija sadržana u drvu je samo 20, u ugljenu - 1,0 kcal. Pri pretvaranju energije ugljena u električnu dobiva se samo 0,2 kWh.

Da bi solarna energija mogla obaviti isti posao koji može obaviti električna energija, njezina se kvaliteta mora povećati 10 tisuća puta. Na svakoj novoj razini, 90% potencijalne energije se rasipa, pretvarajući se u toplinu. Za fiziološko funkcioniranje čovjeku je godišnje potrebno oko 1 milijun kcal energije iz hrane. Čovječanstvo proizvodi samo otprilike 8∙10 15 kcal energije (s populacijom od 6,7 milijardi ljudi), ali je ta energija krajnje neravnomjerno raspoređena po planetu. Na primjer, u gradu potrošnja energije po osobi doseže 80 milijuna kcal godišnje, ta količina energije se raspoređuje na sve vrste aktivnosti (promet, kućanstvo, industrija), tj. čovjek troši 80 puta više energije nego što je potrebno za funkcioniranje tijela.

Trenutno se čovječanstvo nalazi u fazi energetske krize, a priroda buduće civilizacije, njezina kvaliteta i sastav ograničeni su, prije svega, troškovima energije. Izlaz za ljudsko društvo iz ovog kriznog stanja ─ korištenje alternativne energije i velike uštede energije.

Zakon maksimizacije energije(G.Odum–Ju.Odum): u konkurenciji s drugim ekosustavima opstaje (čuva) onaj koji najbolje pridonosi opskrbi energijom i na najučinkovitiji način koristi njenu najveću količinu.

Morski ekosustavi. Dubina oceana je prilično velika, na nekim mjestima doseže 11,5 km. Za razliku od kopna i slatkih voda, morski ekosustav je kontinuiran. Život u oceanu postoji u svim njegovim kutovima, ali je najbogatiji u blizini kontinenata i otoka. U oceanu praktički nema abiotskih zona, unatoč činjenici da temperatura, salinitet i dubina predstavljaju prepreke kretanju životinja.

Zahvaljujući stalnim vjetrovima pasati, u oceanima i morima postoji stalna cirkulacija vode zbog snažnih struja (Golfska struja - topla, Kalifornijska - hladna itd.), čime se otklanja nedostatak kisika u dubinama oceana.

Mjesta uzdizanja najproduktivnija su u Svjetskom oceanu. Upwelling - proces uzdizanja hladnih voda iz dubina oceana, pri čemu vjetrovi stalno miješaju toplu vodu u blizini strme kontinentalne padine, u zamjenu za koju se iz dubina diže hladna voda obogaćena hranjivim tvarima. Tamo gdje nema takve izmjene vode, biogeni elementi iz potopljenih organskih ostataka dugo ostaju u pridnenim sedimentima. Visoko su produktivni i bogati hranjivim tvarima, zbog unošenja s kopna, vode estuarija (delte).
Y. Odum ovu pojavu naziva istjecanje.

U priobalnom području vrlo je velika uloga oseka i tokova uzrokovanih privlačenjem Mjeseca i Sunca. Daju zamjetnu periodičnost u životu zajednica (biološki sat). Morske rezervoare karakterizira stabilno alkalno okruženje: pH = 8,2, ali se omjer soli i saliniteta mijenja. U vodi boćatih estuarija rijeka obalnog područja salinitet značajno varira prema godišnjim dobima. Stoga su organizmi u obalnoj zoni eurihalini, dok su oni u otvorenom oceanu stenohalini.

Hranjive tvari važan su ograničavajući čimbenik u morskom okolišu, gdje su prisutne u nekoliko dijelova na milijun dijelova vode. Osim toga, njihovo vrijeme zadržavanja u vodi izvan organizama puno je kraće od natrija, magnezija i drugih elemenata. Biogene elemente otopljene u vodi brzo presreću organizmi i ulaze u njihove trofičke lance, praktički ne ulaze u heterotrofnu zonu (ne prolaze kroz biološki ciklus). Stoga niska koncentracija biogenih elemenata u morskoj vodi ne ukazuje na njihov opći nedostatak.

Glavni čimbenik koji razlikuje morsku biotu je dubina vode u morima i oceanima. Općenito, stupac morske vode u odjeljku podijeljen je u sljedeće zone: eufotičan zona je najviše gornji dio ocean, gdje svjetlost prodire i gdje se stvara primarna proizvodnja. Njegova debljina doseže 200 m u otvorenom oceanu, a ne više od 30 m u obalnom dijelu. Ovo je relativno tanak film, koji je kompenzacijskom zonom (do 1,0 - 1,5 km) odvojen od mnogo većeg vodenog stupca, sve do samog dna - afotičan zonama.

Baš kao u slatkovodnim lentičkim (tekućim) ekosustavima, cjelokupna populacija oceana podijeljena je na plankton, nekton i bentos. Plankton i nekton, odnosno sve što živi u otvorenim vodama oceana, tvori tzv. pelagička zona.

Biotička zajednica svake od navedenih zona, osim eufotske, podijeljena je na bentosku i pelagičku zonu. Uključuju zooplankton kao primarne potrošače, kukce u moru ekološki zamjenjuju rakovi. Velika većina velikih životinja su grabežljivci. Oni su rijetki u slatkovodnim sustavima. Mnogi od njih nalikuju biljkama pa otuda i njihova imena, na primjer, morski ljiljani. Mutualizam i komensalizam su ovdje široko razvijeni. Sve bentoske životinje u svom životni ciklus prolaze pelagijski stadij kao ličinke.

Obilježja morskih ekosustava. Područje kontinentalnog pojasa, neretično područje, ograničeno je na dubinu od 200 m, što je oko 8% površine oceana.
(29 milijuna km 2). Obalno područje je povoljno u prehrambenom smislu, čak ni u prašumama nema takve raznolikosti života kao ovdje. Plankton je vrlo bogat hranom zbog ličinki bentoske faune. Ličinke koje ostanu nepojedene talože se na podlozi i tvore ili epifaunu (pričvršćene) ili infaunu (bušenje).

Područja uzdizanja nalaze se duž zapadnih pustinjskih obala kontinenata. Bogati su ribom i pticama koje žive na otocima. Ali kada se smjer vjetra promijeni, dolazi do cvjetanja planktona i masovnog uginuća ribe zbog eutrofikacije.

Estuariji - To su poluzatvoreni obalni rezervoari, oni su ekotopi između slatkovodnih i morskih ekosustava. Estuariji su obično uključeni u kopnenu (obalnu) zonu, podložnu osekama i osekama. Estuariji su vrlo produktivni i predstavljaju zamke za biogene tvari. Služe kao hranilište za mlađ, a bogate su čitavim nizom morskih plodova (riba, rakovi, škampi, kamenice i dr.). Ulazeći u sferu gospodarske aktivnosti, značajno gube svoju produktivnost zbog onečišćenja vodenog okoliša.

oceanska područja, eufotična zona otvorenog oceana, siromašna biogenim elementima. Donekle se ove vode po produktivnosti mogu izjednačiti s kopnenim pustinjama. Zone Arktika i Antarktika mnogo su produktivnije, budući da se gustoća planktona povećava kako se krećete iz toplih u hladna mora, a fauna riba i kitova puno je bogatija.

Fitoplankton je primarni izvor energije u hranidbenim lancima pelagijala – proizvođač. Velike ribe i životinje ovdje su uglavnom sekundarni potrošači koji se hrane zooplanktonom. I fitoplankton i planktonske ličinke mekušaca, morskih ljiljana itd. su proizvođači zooplanktona.

Raznolikost vrsta faune opada s dubinom, a ipak je raznolikost riba u zoni velika, unatoč činjenici da je praktički lišena proizvođača. Raznolikost je povezana sa stabilnošću uvjeta u zoni ponora (na dubini od 2000 do 5000 m) tijekom dugog geološkog vremena, što je usporilo evoluciju i sačuvalo mnoge vrste iz dalekih geoloških epoha.

Ocean je kolijevka života na planeti, a još mnogo misterija čuva njegov vodeni stup i oceansko dno. Pojava života u oceanu označila je početak formiranja biosfere. I sada, zauzimajući više od 2/3 kopnene površine, uvelike određuje, u kombinaciji s kontinentalnim ekosustavima, cjelovitost moderne biosfere Zemlje.

Glavne karakteristike ekosustava su: veličina, kapacitet, stabilnost, pouzdanost, samoizlječenje, samoregulacija i samopročišćavanje.

Veličina ekosustava- ovo je prostor u kojem je moguće odvijati procese samoregulacije i samoizlječenja svih komponenti i elemenata koji čine ekosustav. Postoje mikroekosustavi (na primjer, lokva sa svojim stanovnicima, mravinjak), mezoekosustavi (šuma, rijeka, ribnjak) i makroekosustavi (tundra, pustinja, ocean).

Kapacitet ekosustava- ovo je maksimalna populacija jedne vrste koju ovaj ekosustav može održati u određenim uvjetima okoliša dugo vremena. Na primjer, kapacitet mjesta je broj divljih ili domaćih životinja koje mogu živjeti i razmnožavati se na jedinici površine mjesta neograničeno dugo.

Otpornost ekosustava- to je sposobnost ekosustava da održi svoju strukturu i funkcionalna svojstva pod utjecajem vanjskih i unutarnjih čimbenika, tj. njegova sposobnost reagiranja, proporcionalna snazi ​​udarca. Prirodni ekosustavi mogu izdržati različite štetne učinke i, kada se uspostave normalni uvjeti, vraćaju se u stanje blisko izvornom. Gustoća jedne ili druge vrste se smanjuje u nepovoljnim uvjetima, ali u optimalnim uvjetima povećava se plodnost, stopa rasta i razvoja te se gustoća vrste obnavlja. Kao mjera stabilnosti ekosustava često se uzima njihova raznolikost vrsta. Složeni ekosustavi su najstabilniji, u njima se formiraju složeni trofički odnosi. Ekosustavi s pojednostavljenom strukturom izuzetno su nestabilni, u njima se javljaju oštre fluktuacije u broju pojedinačnih populacija. Na primjer, složeni ekosustavi prašuma iznimno su stabilni, dok na Arktiku nedostatak vrsta koje mogu zamijeniti glavne vrste kao hrana dovodi do oštrih fluktuacija u populaciji.

Pouzdanost ekosustava- to je sposobnost ekosustava da se relativno potpuno samopopravi i samoregulira (tijekom sukcesijskog ili evolucijskog razdoblja svog postojanja), odnosno da održi svoje osnovne parametre u vremenu i prostoru. Važna karakteristika pouzdanosti je očuvanje strukture, funkcija i smjera razvoja ekosustava, bez čega se ovaj ekosustav zamjenjuje drugim, s drugačijom strukturom, funkcijama, a ponekad i smjerom razvoja. Najjednostavniji mehanizam za održavanje ekološke pouzdanosti ekosustava je zamjena vrste koja je iz nekog razloga umirovljena drugom, ekološki bliskom. Ako takve vrste nema u ekosustavu, onda se ona zamjenjuje udaljenijom.

Samoizlječenje prirodnih ekosustava- ovo je neovisno vraćanje ekosustava u stanje dinamičke ravnoteže iz koje su izašli pod utjecajem bilo kojeg prirodnog i antropogenog čimbenika.

Samoregulacija prirodnih ekosustava- to je sposobnost prirodnih ekosustava da samostalno uspostave ravnotežu unutarnjih svojstava nakon bilo kakvog prirodnog ili antropogenog utjecaja koristeći načelo povratne veze između svojih komponenti, tj. ekosustav je u stanju održati svoju strukturu i funkcioniranje u određenom rasponu vanjskih uvjeta. Samoregulacija se očituje, na primjer, u činjenici da se broj jedinki svake vrste uključene u ekosustav održava na određenoj, relativno konstantnoj razini. Samoozdravljenje i samoregulacija prirodnih ekosustava temelji se, posebice, na sposobnosti ekosustava da se samopročišćava.

Samopročišćavanje ekosustava- to je prirodno uništavanje onečišćujuće tvari u okolišu kao rezultat prirodnih fizičkih, kemijskih i bioloških procesa koji se u njemu odvijaju.

1. Fizički čimbenici samopročišćavanja vodenih tijela su otapanje, miješanje i taloženje na dno dolaznog onečišćenja, kao i učinak ultraljubičastog zračenja Sunca na bakterije i viruse. Pod utjecajem fizičkih čimbenika u zonama s umjerenom klimom, rijeka se čisti već nakon 200-300 km od mjesta onečišćenja, a na krajnjem sjeveru - nakon 2000 km.

2. Kemijski čimbenici samopročišćavanja su oksidacija organskih i anorganskih tvari. Za procjenu kemijskog samopročišćavanja rezervoara, pokazatelji kao što su:

a) BPK - biološka potrošnja kisika - je količina kisika koja je potrebna za oksidaciju svih organskih tvari od strane bakterija i protozoa (obično u 5 dana BITK) u 1 litri onečišćene vode;

b) KPK - kemijska potrošnja kisika - količina kisika (ml/l ili g/l vode) potrebna za potpunu oksidaciju polutanata uz pomoć kemijskih reagensa (obično kalij bikromat).

3. Biološki čimbenici samopročišćavanja - to je čišćenje vodenih tijela uz pomoć algi, plijesni i kvasaca, kamenica, ameba i drugih živih organizama. Na primjer, svaki mekušac dnevno filtrira više od 30 litara vode, pročišćavajući je od svih vrsta nečistoća.

Prirodni ekosustavi funkcioniraju prema tri glavna principa:

Prvo načelo funkcioniranja prirodnih ekosustava - dobivanje resursa i oslobađanje od otpada odvija se unutar ciklusa svih elemenata (usklađuje se sa zakonom održanja mase). Ciklus biogenih elemenata, uslijed sinteze i raspadanja organskih tvari u ekosustavu, koji se temelji na reakciji fotosinteze, naziva se biotski ciklus materije. Osim biogenih elemenata, u biotičkom ciklusu sudjeluju i najvažniji mineralni elementi za biotu te mnogi različiti spojevi. Stoga se naziva i cijeli ciklički proces kemijskih pretvorbi uzrokovan biotom biogeokemijski ciklusvolumen.

Prethodno

Tema 1.2. : Ekosustav i njegova svojstva

Uvod………………………………………………………………………………………..3.

1. Ekosustav - osnovni pojam ekologije ………………………………………………4

2. Biotička struktura ekosustava …………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….

3. Čimbenici okoliša …………………………………………………………………….6

4. Funkcioniranje ekosustava………………………………………………………..12

5. Utjecaj čovjeka na ekosustav………………………………………………...14

Zaključak ……………………………………………………………………………………….16

Reference……………………………………………………………………………….17

Uvod

Riječ "ekologija" nastala od dvije grčke riječi: "oicos", što znači kuća, stan, i "logos" - znanost i doslovno se prevodi kao znanost o kući, staništu. Ovaj izraz prvi je upotrijebio njemački zoolog Ernst Haeckel 1886., definirajući ekologiju kao polje znanja koje proučava ekonomiju prirode - proučavanje općeg odnosa životinja sa živom i neživom prirodom, uključujući sve prijateljske i neprijateljske odnosi s kojima životinje i biljke izravno ili neizravno dolaze u dodir. Ovakvo shvaćanje ekologije postalo je općepriznato i danas klasično Ekologija je znanost koja proučava odnos živih organizama s njihovim okolišem.

Živa je tvar toliko raznolika da se proučava na različitim razinama organizacije i s različitih gledišta.

Razlikuju se sljedeće razine organizacije biosustava (vidi priloge (slika 1)).

Razine organizama, populacije i ekosustava područje su interesa klasične ekologije.

Ovisno o predmetu proučavanja i kutu gledanja iz kojeg se proučava, u ekologiji su se formirali samostalni znanstveni pravci.

Po dimenzije objekta Studije ekologije dijele se na autekologiju (organizam i njegov okoliš), populacijsku ekologiju (populacija i njegov okoliš), sinekologiju (zajednice i njihov okoliš), biogeocitologiju (proučavanje ekosustava) i globalnu ekologiju (proučavanje biosfere Zemlje). ).

Ovisno o predmet proučavanja ekologiju dijelimo na ekologiju mikroorganizama, gljiva, biljaka, životinja, čovjeka, agroekologiju, industrijsku (inženjering), humanu ekologiju itd.

Po mediji i komponente razlikovati ekologiju kopna, slatkih voda, mora, pustinja, gorja i drugih ekoloških i geografskih prostora.

Ekologija često uključuje veliki broj srodnih grana znanja, uglavnom iz područja zaštite okoliša.

U ovom radu, prije svega, razmatraju se osnove opće ekologije, tj. klasični zakoni interakcije živih organizama s okolišem.

1. Ekosustav – osnovni pojam ekologije

Ekologija razmatra interakciju živih organizama i nežive prirode. Ta se interakcija, prvo, događa unutar određenog sustava (ekološkog sustava, ekosustava) i, drugo, nije kaotična, već je organizirana na određeni način, podložna zakonitostima.

ekosustav naziva se skup proizvođača, konzumenata i detritofaga koji međusobno djeluju međusobno is svojim okolišem kroz razmjenu tvari, energije i informacija na takav način da ovaj jedinstveni sustav ostaje stabilan dugo vremena.

Dakle, prirodni ekosustav karakteriziraju tri značajke:

1) ekosustav je nužno kombinacija živih i neživih komponenti ((vidi dodatak (slika 2));

2) unutar ekosustava odvija se puni ciklus, počevši od stvaranja organske tvari do njezine razgradnje na anorganske komponente;

3) ekosustav neko vrijeme ostaje stabilan, što osigurava određena struktura biotičkih i abiotskih komponenti.

Primjeri prirodnih ekosustava su jezero, šuma, pustinja, tundra, kopno, ocean, biosfera.

Kao što je vidljivo iz primjera, jednostavniji ekosustavi uključeni su u složenije. Pritom se ostvaruje hijerarhija organizacije sustava, u ovom slučaju ekoloških.

Dakle, strukturu prirode treba promatrati kao sustavnu cjelinu koja se sastoji od ekosustava ugniježđenih jedan u drugi, od kojih je najviši jedinstveni globalni ekosustav - biosfera. U njegovom okviru odvija se izmjena energije i materije između svih živih i neživih komponenti na planetarnoj razini. Katastrofa koja prijeti cijelom čovječanstvu je da je jedan od znakova da je ekosustav trebao biti narušen: biosfera kao ekosustav je ljudskom aktivnošću izbačena iz stanja stabilnosti. Zbog svojih razmjera i raznolikosti međuodnosa, ono od toga ne bi trebalo umrijeti, prijeći će u novo stabilno stanje, mijenjajući svoju strukturu, prije svega neživo, a potom neizbježno i živo. Čovjek, kao biološka vrsta, ima najmanje šanse prilagoditi se novim vanjskim uvjetima koji se brzo mijenjaju i vjerojatno će prvi nestati. Poučan i ilustrativan primjer za to je priča o Uskršnjem otoku.

Na jednom od polinezijskih otoka, zvanom Uskršnji otok, kao rezultat složenih migracijskih procesa u 7. stoljeću, nastala je zatvorena civilizacija izolirana od cijelog svijeta. U povoljnoj suptropskoj klimi, tijekom stotina godina postojanja, dosegla je određene vrhunce razvoja, stvorivši originalnu kulturu i pismo, koje se do danas ne može dešifrirati. I u 17. stoljeću netragom nestaje, najprije uništivši otočku floru i faunu, a potom u sve većem divljaštvu i kanibalizmu uništivši samoga sebe. Posljednji otočani više nemaju volje i materijala za izgradnju spasonosnih "Noinih arki" - čamaca ili splavi. U spomen na sebe, nestala zajednica ostavila je polupusti otok s divovskim kamenim figurama - svjedocima svoje nekadašnje moći.

Dakle, ekosustav je najvažniji strukturna jedinica uređaji okoline. Kao što se može vidjeti sa sl. 1 (vidi Dodatak), osnova ekosustava je živa tvar, okarakterizirana biotički struktura , i stanište, zbog totaliteta okolišni čimbenici . Razmotrimo ih detaljnije.

2. Biotička struktura ekosustava

Ekosustav se temelji na jedinstvu žive i nežive materije. Suština ovog jedinstva očituje se u sljedećem. Iz elemenata nežive prirode, uglavnom molekula CO2 i H2O, pod utjecajem Sunčeve energije sintetiziraju se organske tvari koje čine sav život na planetu. Proces stvaranja organske tvari u prirodi odvija se istovremeno sa suprotnim procesom - trošenjem i ponovnom razgradnjom te tvari na izvorne anorganske spojeve. Ukupnost ovih procesa odvija se unutar ekosustava različitih razina hijerarhije. Da bi ti procesi bili uravnoteženi, priroda je tijekom milijardi godina razradila određeni struktura žive tvari sustava .

Pokretačka snaga u svakom materijalnom sustavu je energija. U ekosustavima uglavnom dolazi od Sunca. Biljke, zahvaljujući pigmentu klorofilu koji se nalazi u njima, hvataju energiju sunčevog zračenja i koriste je za sintezu osnove bilo koje organske tvari - glukoze C6H12O6.

Kinetička energija sunčevog zračenja se tako pretvara u potencijalnu energiju pohranjenu u glukozi. Iz glukoze, zajedno s mineralnim hranjivima dobivenim iz tla - hranjivim tvarima - formiraju se sva tkiva Flora- proteini, ugljikohidrati, masti, lipidi, DNA, RNA, odnosno organska tvar planeta.

Osim biljaka, organsku tvar mogu proizvoditi i neke bakterije. Oni stvaraju svoja tkiva, pohranjujući u njih, poput biljaka, potencijalnu energiju iz ugljičnog dioksida bez sudjelovanja sunčeve energije. Umjesto toga, koriste energiju koja nastaje oksidacijom anorganskih spojeva, kao što su amonijak, željezo i posebno sumpor (u dubokim oceanskim bazenima, gdje sunčeva svjetlost ne prodire, ali gdje se vodikov sulfid nakuplja u izobilju, otkriveni su jedinstveni ekosustavi ). To je takozvana energija kemijske sinteze, tako se organizmi nazivaju kemosintetici .

Tako biljke i kemosintetici stvaraju organsku tvar od anorganskih sastojaka koristeći energiju okoliša. Zovu se proizvođači ili autotrofi . Oslobađanje potencijalne energije pohranjene od strane proizvođača osigurava postojanje svih drugih vrsta života na planetu. Nazivaju se vrste koje kao izvor tvari i energije za svoj život troše organsku tvar koju stvaraju proizvođači potrošači ili heterotrofi .

Konzumenti su najrazličitiji organizmi (od mikroorganizama do plavih kitova): protozoe, kukci, gmazovi, ribe, ptice i, konačno, sisavci, uključujući i ljude.

Potrošači su pak podijeljeni u više podskupina u skladu s razlikama u izvorima hrane.

Životinje koje se hrane izravno proizvođačima nazivaju se primarni potrošači ili potrošači prvog reda. Njih same jedu sekundarni potrošači. Na primjer, zec koji jede mrkvu je potrošač prvog reda, a lisica koja lovi zeca je potrošač drugog reda. Neke vrste živih organizama odgovaraju nekoliko takvih razina. Na primjer, kada osoba jede povrće, on je potrošač prvog reda, govedina je potrošač drugog reda, a kada jede grabežljivu ribu, ponaša se kao potrošač trećeg reda.

Nazivaju se primarni potrošači koji se hrane samo biljkama biljojedi ili fitofagi . Potrošači drugog i višeg reda - mesojedi . Vrste koje jedu i biljke i životinje su svejedi, poput ljudi.

Uginule biljne i životinjske ostatke, kao što su otpalo lišće, lešine životinja, proizvodi izlučivanja nazivamo detritusom. To je organski! Postoje mnogi organizmi koji su specijalizirani za ishranu detritusom. Zovu se detritivori . Primjer su lešinari, šakali, crvi, rakovi, termiti, mravi itd. Kao i kod običnih potrošača, postoje primarni detritofagi koji se hrane izravno detritusom, sekundarni itd.

Konačno, značajan dio detritusa u ekosustavu, posebice otpalo lišće, mrtvo drvo, životinje u svom izvornom obliku ne jedu, već trunu i raspadaju se hraneći se gljivicama i bakterijama.

Budući da je uloga gljiva i bakterija tako specifična, obično se izdvajaju u posebnu skupinu detritofaga i nazivaju se razlagači . Reduktori služe kao redari na Zemlji i zatvaraju biogeokemijski ciklus tvari, razlažući organsku tvar na izvorne anorganske komponente - ugljični dioksid i vodu.

Dakle, unatoč raznolikosti ekosustava, svi oni imaju strukturalni sličnost. U svakoj od njih mogu se razlikovati fotosintetske biljke - proizvođači, razne razine potrošača, detritofagi i razlagači. Oni čine biotička struktura ekosustava .

3. Čimbenici okoliša

neživo i Živa priroda, okolne biljke, životinje i ljude, zove se stanište . Skup pojedinih komponenti okoliša koji utječu na organizme nazivaju se okolišni čimbenici.

Prema prirodi nastanka razlikuju se abiotski, biotski i antropogeni čimbenici. Abiotski čimbenici - To su svojstva nežive prirode koja izravno ili neizravno utječu na žive organizme.

Biotički čimbenici - sve su to oblici utjecaja živih organizama jedni na druge.

Prethodno se utjecaj čovjeka na žive organizme također pripisivao biotičkim čimbenicima, no sada se izdvaja posebna kategorija čimbenika koje stvara čovjek. Antropogeni čimbenici - sve su to oblici djelovanja ljudskog društva koji dovode do promjene prirode kao staništa i drugih vrsta te izravno utječu na njihov život.

Dakle, svaki živi organizam pod utjecajem je nežive prirode, organizama drugih vrsta, uključujući i čovjeka, a zauzvrat utječe na svaku od ovih komponenti.

Zakonitosti utjecaja okolišnih čimbenika na žive organizme

Unatoč raznolikosti okolišnih čimbenika i različitoj prirodi njihova podrijetla, postoje neka opća pravila i obrasci njihova utjecaja na žive organizme.

Za život organizama nužna je određena kombinacija uvjeta. Ako su svi uvjeti okoline povoljni, osim jednog, onda je to stanje odlučujuće za život dotičnog organizma. Omeđuje (ograničava) razvoj organizma, stoga se i zove ograničavajući faktor . U početku je utvrđeno da je razvoj živih organizama ograničen nedostatkom bilo koje komponente, na primjer, mineralnih soli, vlage, svjetla itd. Sredinom 19. stoljeća njemački organski kemičar Eustace Liebig prvi je eksperimentalno dokazao da rast biljaka ovisi o hranjivom elementu koji je prisutan u relativno minimalnoj količini. Tu je pojavu nazvao zakonom minimuma; u čast autora, naziva se i Liebigov zakon.

U modernoj formulaciji zakon minimuma zvuči ovako: Izdržljivost organizma određena je najslabijom karikom u lancu njegovih ekoloških potreba. Međutim, kako se kasnije pokazalo, ne samo nedostatak, već i višak faktora može biti ograničavajući, na primjer, smrt usjeva zbog kiša, prezasićenost tla gnojivima itd. Ideju da, uz minimum, i maksimum može biti ograničavajući faktor, uveo je 70 godina nakon Liebiga američki zoolog W. Shelford, formuliravši zakon tolerancije. Prema Prema zakonu tolerancije, ograničavajući čimbenik za prosperitet populacije (organizma) može biti i minimum i maksimum utjecaja na okoliš, a raspon između njih određuje količinu izdržljivosti (granicu tolerancije) ili ekološku valenciju organizam na ovaj čimbenik ((vidi Dodatak Slika 3).

Povoljan raspon okolišnog čimbenika naziva se optimalna zona (normalna aktivnost). Što je veće odstupanje faktora od optimuma, to taj čimbenik više inhibira vitalnu aktivnost stanovništva. Ovaj raspon se zove zona ugnjetavanja . Maksimalne i minimalne tolerirane vrijednosti faktora su kritične točke iznad kojih postojanje organizma ili populacije više nije moguće.

Sukladno zakonu tolerancije, svaki višak materije ili energije ispostavlja se kao izvor onečišćenja. Dakle, višak vode čak iu sušnim krajevima je štetan i voda se može smatrati čestim zagađivačem, iako je jednostavno neophodna u optimalnim količinama. Konkretno, višak vode sprječava normalno formiranje tla u zoni černozema.

Vrste čije postojanje zahtijeva strogo definirane uvjete okoliša nazivamo stenobioticima, a vrste koje se prilagođavaju ekološkom okolišu širokim rasponom promjena parametara nazivamo euribioticima.

Među zakonitostima koje određuju interakciju jedinke ili jedinke s okolinom izdvajamo pravilo usklađenosti okolišnih uvjeta s genetskom predodređenošću organizma . To tvrdi da vrsta organizama može postojati sve dok i onoliko koliko prirodni okoliš koji je okružuje odgovara genetskim mogućnostima prilagodbe ove vrste na njezine fluktuacije i promjene.

Čimbenici abiotskog staništa

Abiotski čimbenici su svojstva nežive prirode koja izravno ili neizravno utječu na žive organizme. Na sl. 5 (vidi Dodatak) prikazuje klasifikaciju abiotskih čimbenika. Počnimo s klimatski faktori vanjsko okruženje.

Temperatura je najvažniji klimatski faktor. Određuje intenzitet metabolizma organizama i njihovu geografsku rasprostranjenost. Svaki organizam može živjeti unutar određenog raspona temperatura. I premda su ti intervali različiti za različite vrste organizama (eurythermal i stenothermal), za većinu njih je zona optimalnih temperatura, na kojoj se vitalne funkcije provode najaktivnije i učinkovitije, relativno mala. Raspon temperatura u kojima može postojati život je otprilike 300 C: od -200 do +100 °C. Ali većina vrsta i većina aktivnosti ograničeni su na još uži raspon temperatura. Određeni organizmi, posebno oni u fazi mirovanja, mogu preživjeti barem neko vrijeme na vrlo niskim temperaturama. Određene vrste mikroorganizama, uglavnom bakterije i alge, mogu živjeti i razmnožavati se na temperaturama blizu vrelišta. Gornja granica za bakterije vrućih izvora je 88 C, za modrozelene alge 80 C, a za najotpornije ribe i kukce oko 50 C. U pravilu su gornje granice faktora kritičnije od niže, iako mnogi organizmi blizu gornjih granica raspona tolerancije funkcioniraju učinkovitije.

Kod vodenih životinja raspon tolerancije temperature obično je uži nego kod kopnenih životinja, jer je raspon temperaturnih kolebanja u vodi manji nego na kopnu.

Dakle, temperatura je važan i vrlo često ograničavajući faktor. Temperaturni ritmovi uvelike kontroliraju sezonsku i dnevnu aktivnost biljaka i životinja.

Taloženje i vlažnost su glavne veličine koje se mjere u proučavanju ovog faktora. Količina oborine ovisi uglavnom o putanjama i prirodi velikih kretanja zračnih masa. Na primjer, vjetrovi koji pušu s oceana ostavljaju većinu vlage na padinama okrenutim prema oceanu, ostavljajući "kišnu sjenu" iza planina, pridonoseći stvaranju pustinje. Krećući se prema unutrašnjosti, zrak nakuplja određenu količinu vlage, a količina padalina ponovno raste. Pustinje se obično nalaze iza visokih planinskih lanaca ili duž obala gdje vjetrovi pušu iz prostranih kopnenih suhih područja, a ne iz oceana, kao što je pustinja Nami u jugozapadnoj Africi. Raspodjela padalina po godišnjim dobima iznimno je važan ograničavajući čimbenik za organizme.

Vlažnost - parametar koji karakterizira sadržaj vodene pare u zraku. Apsolutna vlažnost je količina vodene pare po jedinici volumena zraka. U vezi s ovisnošću količine pare koju zadržava zrak o temperaturi i tlaku, uveden je koncept relativne vlažnosti - to je omjer pare sadržane u zraku i zasićene pare pri danoj temperaturi i tlaku. Budući da u prirodi postoji dnevni ritam vlažnosti - povećanje noću i opadanje danju, te njezino okomito i horizontalno kolebanje, ovaj čimbenik, uz svjetlost i temperaturu, ima važnu ulogu u regulaciji aktivnosti organizama. Zalihe površinske vode dostupne živim organizmima ovise o količini padalina na određenom području, ali te vrijednosti nisu uvijek iste. Dakle, korištenjem podzemnih izvora, gdje voda dolazi s drugih područja, životinje i biljke mogu primiti više vode nego njezinim unosom s oborinama. Nasuprot tome, kišnica ponekad odmah postaje nedostupna organizmima.

Sunčevo zračenje su elektromagnetski valovi različitih duljina. Apsolutno je neophodan za živu prirodu, jer je glavni vanjski izvor energije. Mora se imati na umu da spektar elektromagnetska radijacija Sunce je vrlo široko i njegovi frekvencijski rasponi utječu na živu tvar na različite načine.

Za živu tvar važni su kvalitativni znakovi svjetlosti - valna duljina, intenzitet i trajanje osvjetljenja.

Ionizirana radiacija izbacuje elektrone iz atoma i pričvršćuje ih na druge atome kako bi formirali parove pozitivnih i negativnih iona. Njegov izvor su radioaktivne tvari sadržane u stijenama, osim toga, dolazi iz svemira.

Različite vrste živih organizama uvelike se razlikuju u svojoj sposobnosti da izdrže velike doze izloženosti zračenju. Kako pokazuju podaci većine studija, stanice koje se brzo dijele su najosjetljivije na zračenje.

Na više biljke osjetljivost na ionizirajuće zračenje izravno je proporcionalna veličini stanične jezgre, odnosno volumenu kromosoma ili sadržaju DNA.

Sastav plina atmosfera je također važan klimatski faktor. Prije otprilike 3-3,5 milijarde godina atmosfera je sadržavala dušik, amonijak, vodik, metan i vodenu paru, a u njoj nije bilo slobodnog kisika. Sastav atmosfere uvelike su odredili vulkanski plinovi. Zbog nedostatka kisika, nije bilo ozonskog zaslona koji bi blokirao sunčevo ultraljubičasto zračenje. Tijekom vremena, zbog abiotskih procesa, kisik se počeo nakupljati u atmosferi planeta, te je počelo stvaranje ozonskog omotača.

Vjetar može čak i promijeniti izgled biljke, posebno u onim staništima, primjerice u alpskim područjima, gdje drugi čimbenici imaju ograničavajući učinak. Eksperimentalno je pokazano da na otvorenim planinskim staništima vjetar ograničava rast biljaka: kada je izgrađen zid za zaštitu biljaka od vjetra, visina biljaka se povećala. Oluje su od velike važnosti, iako je njihovo djelovanje isključivo lokalno. Uragani i obični vjetrovi mogu nositi životinje i biljke na velike udaljenosti i time promijeniti sastav zajednica.

Atmosferski tlak , očito, nije ograničavajući čimbenik izravnog djelovanja, ali je izravno povezan s vremenom i klimom, koji imaju izravan ograničavajući učinak.

Vodeni uvjeti stvaraju osebujno stanište za organizme, koje se od kopnenog razlikuje prvenstveno po gustoći i viskoznosti. Gustoća vode oko 800 puta, i viskoznost oko 55 puta veći od zraka. Zajedno s gustoća i viskoznost Najvažnija fizikalna i kemijska svojstva vodenog okoliša su: temperaturna stratifikacija, odnosno promjena temperature po dubini vodenog tijela i periodička promjene temperature tijekom vremena, kao i prozirnost voda, koja određuje svjetlosni režim ispod njezine površine: o prozirnosti ovisi fotosinteza zelenih i purpurnih algi, fitoplanktona i viših biljaka.

Kao iu atmosferi, važnu ulogu igra sastav plina vodeni okoliš. U vodenim staništima količina kisika, ugljičnog dioksida i drugih plinova otopljenih u vodi i stoga dostupnih organizmima uvelike varira tijekom vremena. U rezervoarima sa visok sadržaj organske tvari, kisik je ograničavajući faktor od iznimne važnosti.

Kiselost - koncentracija vodikovih iona (pH) - usko je povezana s karbonatnim sustavom. pH vrijednost varira u rasponu od 0 pH do 14: pri pH=7 medij je neutralan, pri pH<7 - кислая, при рН>7 - alkalno. Ako se kiselost ne približi ekstremnim vrijednostima, tada su zajednice sposobne kompenzirati promjene ovog faktora - tolerancija zajednice na pH područje je vrlo značajna. Vode s niskim pH sadrže malo hranjivih tvari, pa je produktivnost iznimno niska.

Slanost - sadržaj karbonata, sulfata, klorida i dr. - još je jedan značajan abiotski čimbenik u vodnim tijelima. U slatkim vodama ima malo soli, od kojih su oko 80% karbonati. Sadržaj minerala u svjetskim oceanima prosječno iznosi 35 g/l. Organizmi otvorenog oceana općenito su stenohalinski, dok su obalni organizmi boćate vode općenito eurihalini. Koncentracija soli u tjelesnim tekućinama i tkivima većine morskih organizama izotonična je koncentraciji soli u morskoj vodi, pa nema problema s osmoregulacijom.

Teći ne samo da uvelike utječe na koncentraciju plinova i hranjivih tvari, već i izravno djeluje kao ograničavajući faktor. Mnoge riječne biljke i životinje su morfološki i fiziološki na poseban način prilagođene održavanju svog položaja u toku: imaju dobro definirane granice tolerancije na faktor protoka.

hidrostatski tlak u oceanu je od velike važnosti. Uranjanjem u vodu na 10 m, tlak se povećava za 1 atm (105 Pa). U najdubljem dijelu oceana tlak doseže 1000 atm (108 Pa). Mnoge životinje mogu podnijeti nagle fluktuacije tlaka, osobito ako nemaju slobodnog zraka u tijelu. Inače se može razviti plinska embolija. visoki pritisci, karakteristični za velike dubine, u pravilu inhibiraju procese vitalne aktivnosti.

Tlo .

Tlo je sloj tvari koji leži na vrhu stijena zemljine kore. Ruski znanstvenik – prirodoslovac Vasilij Vasiljevič Dokučajev 1870. godine prvi je tlo promatrao kao dinamičnu, a ne inertnu sredinu. Dokazao je da se tlo neprestano mijenja i razvija, au njegovoj aktivnoj zoni odvijaju se kemijski, fizikalni i biološki procesi. Tlo nastaje kao rezultat složene interakcije klime, biljaka, životinja i mikroorganizama. Sastav tla uključuje četiri glavne strukturne komponente: mineralnu podlogu (obično 50-60% ukupnog sastava tla), organsku tvar (do 10%), zrak (15-25%) i vodu (25-30%). ).

Mineralni skelet tla - je anorganska komponenta koja je nastala iz matične stijene kao rezultat njezinog trošenja.

organska tvar tlo nastaje razgradnjom uginulih organizama, njihovih dijelova i izmeta. Nepotpuno razgrađeni organski ostaci nazivaju se stelja, a krajnji produkt razgradnje - amorfna tvar u kojoj više nije moguće prepoznati izvorni materijal - humus. Zahvaljujući njihovoj fizičkoj i kemijska svojstva humus poboljšava strukturu i prozračnost tla te povećava sposobnost zadržavanja vode i hranjivih tvari.

Tlo naseljavaju mnoge vrste biljnih i životinjskih organizama koji utječu na njegova fizikalno-kemijska svojstva: bakterije, alge, gljive ili protozoe, crvi i člankonošci. Njihova biomasa u različitim tlima je (kg/ha): bakterije 1000-7000, mikroskopske gljive - 100-1000, alge 100-300, člankonošci - 1000, crvi 350-1000.

Glavni topografski faktor je visina iznad razine mora. S visinom padaju prosječne temperature, povećava se dnevna temperaturna razlika, povećavaju se količina oborine, brzina vjetra i intenzitet zračenja, smanjuje se atmosferski tlak i koncentracija plinova. Svi ti čimbenici utječu na biljke i životinje, uzrokujući vertikalnu zonalnost.

planinski lanci mogu poslužiti kao klimatske barijere. Planine također služe kao barijere širenju i migraciji organizama te mogu igrati ulogu ograničavajućeg faktora u procesima specijacije.

Drugi topografski faktor je ekspozicija padine . Na sjevernoj hemisferi padine okrenute prema jugu dobivaju više sunčeve svjetlosti, pa su intenzitet svjetlosti i temperatura ovdje viši nego u dnu dolina i na padinama sjeverne ekspozicije. Situacija je obrnuta na južnoj hemisferi.

Važan faktor olakšanja je također strmina padine . Strme padine karakteriziraju brzo isušivanje i erozija tla, pa su tla ovdje tanka i suša.

Za abiotske uvjete vrijede sve razmatrane zakonitosti utjecaja okolišnih čimbenika na žive organizme. Poznavanje ovih zakona omogućuje nam da odgovorimo na pitanje: zašto su različiti dijelovi planeta različiti ekosustava? Glavni razlog je posebnost abiotskih uvjeta svake regije.

Biotički odnosi i uloga vrsta u ekosustavu

Područja distribucije i broj organizama svake vrste ograničeni su ne samo uvjetima vanjskog neživog okoliša, već i njihovim odnosom s organizmima drugih vrsta. Neposredna životna okolina organizma je njegova biotičko okruženje , a čimbenici te okoline nazivaju se biotički . Predstavnici svake vrste mogu postojati u takvom okruženju, gdje im veze s drugim organizmima pružaju normalne životne uvjete.

Smatrati karakteristike odnosi raznih vrsta.

Natjecanje je najopsežniji tip odnosa u prirodi, u kojem dvije populacije ili dvije jedinke u borbi za uvjete potrebne za život utječu jedna na drugu negativan .

Konkurencija može biti intraspecifične i međuvrsne .

Intraspecifični borba se javlja između jedinki iste vrste, međuvrsno natjecanje odvija se između jedinki različitih vrsta. Natjecateljske interakcije mogu uključivati ​​životni prostor, hranu ili hranjive tvari, svjetlo, sklonište i mnoge druge vitalne čimbenike.

Međuvrsta natjecanje, bez obzira na čemu se temeljilo, može dovesti ili do ravnoteže između dviju vrsta, ili do zamjene populacije jedne vrste populacijom druge, ili do toga da jedna vrsta drugu istisne na drugo mjesto ili je prisili prijeći na korištenje drugih resursa. Utvrdio to dvije ekološki i po potrebama iste vrste ne mogu koegzistirati na jednom mjestu i prije ili kasnije jedan konkurent istisne drugog. To je takozvano načelo isključenja ili Gauseovo načelo.

Budući da u strukturi ekosustava prevladavaju interakcije s hranom, najkarakterističniji oblik interakcije između vrsta u hranidbenim lancima je predatorstvo , u kojem se jedinka jedne vrste, koja se naziva grabežljivac, hrani organizmima (ili dijelovima organizama) druge vrste, koji se nazivaju plijenom, a grabežljivac živi odvojeno od plijena. U takvim slučajevima se kaže da su dvije vrste uključene u odnos grabežljivac-plijen.

Neutralizam - ovo je vrsta odnosa u kojem nijedna populacija nema utjecaja na drugu: ne utječe na rast svojih populacija u ravnoteži i njihovu gustoću. U stvarnosti je, međutim, prilično teško, putem promatranja i eksperimenata u prirodnim uvjetima, potvrditi da su dvije vrste apsolutno neovisne jedna o drugoj.

Rezimirajući razmatranje oblika biotičkih odnosa, možemo izvući sljedeće zaključke:

1) odnosi među živim organizmima jedan su od glavnih regulatora brojnosti i prostornog rasporeda organizama u prirodi;

2) negativne interakcije među organizmima javljaju se u početnim fazama razvoja zajednice ili u poremećenim prirodnim uvjetima; u novoformiranim ili novim asocijacijama, vjerojatnost snažnih negativnih interakcija je veća nego u starim asocijacijama;

3) u procesu evolucije i razvoja ekosustava postoji tendencija smanjenja uloge negativnih interakcija nauštrb pozitivnih, koje povećavaju opstanak međudjelovajućih vrsta.

Osoba mora uzeti u obzir sve te okolnosti kada poduzima mjere za upravljanje ekološkim sustavima i pojedinim populacijama kako bi ih koristila u vlastitom interesu, a također i predvidjeti neizravne posljedice koje se mogu pojaviti u tom slučaju.

4. Funkcioniranje ekosustava

Energija u ekosustavima.

Podsjetimo se da je ekosustav skup živih organizama koji kontinuirano međusobno i s okolišem razmjenjuju energiju, materiju i informacije. Razmotrimo prvo proces izmjene energije.

energije definiran kao sposobnost obavljanja posla. Svojstva energije opisana su zakonima termodinamike.

Prvi zakon (početak) termodinamike ili zakon očuvanja energije navodi da se energija može mijenjati iz jednog oblika u drugi, ali ne nestaje niti se iznova stvara.

Drugi zakon (početak) termodinamike ili zakon entropija kaže da se u zatvorenom sustavu entropija može samo povećavati. Primijenjeno na energije u ekosustavima prikladna je sljedeća formulacija: procesi povezani s transformacijom energije mogu se odvijati spontano samo pod uvjetom da energija prelazi iz koncentriranog oblika u difuzni, odnosno degradira. Mjera količine energije koja postaje nedostupna za korištenje, ili na drugi način mjera promjene poretka koja se događa kada se energija degradira, je entropija . Što je viši red sustava, manja je njegova entropija.

Dakle, bilo koji živi sustav, uključujući ekosustav, održava svoju vitalnu aktivnost zbog, prvo, prisutnosti u okolišu u višku slobodne energije (sunčeva energija); drugo, sposobnost hvatanja i koncentriranja te energije zahvaljujući rasporedu sastavnih dijelova, te pomoću nje raspršiti je u okoliš.

Dakle, prvo hvatanje, a zatim koncentriranje energije s prijelazom s jedne trofičke razine na drugu osigurava povećanje uređenosti, organiziranosti živog sustava, odnosno smanjenje njegove entropije.

Energija i produktivnost ekosustava

Dakle, život u ekosustavu održava se zahvaljujući neprestanom prolasku kroz živu tvar energije koja se prenosi s jedne trofičke razine na drugu; u ovom slučaju postoji stalna transformacija energije iz jednog oblika u drugi. Osim toga, tijekom transformacije energije dio se gubi u obliku topline.

Tada se postavlja pitanje: u kojim kvantitativnim omjerima, omjerima trebaju biti međusobno članovi zajednice različitih trofičkih razina u ekosustavu da bi zadovoljili svoje energetske potrebe?

Cjelokupna rezerva energije koncentrirana je u masi organske tvari – biomase, stoga je intenzitet stvaranja i razaranja organske tvari na svakoj razini određen prolaskom energije kroz ekosustav (biomasa se uvijek može izraziti u jedinicama energije). ).

Brzina stvaranja organske tvari naziva se produktivnost. Razlikovati primarnu i sekundarnu produktivnost.

U svakom ekosustavu nastaje i uništava biomasa, a ti su procesi u potpunosti određeni životom niže trofičke razine – proizvođača. Svi ostali organizmi troše samo organsku tvar koju su već stvorile biljke i stoga ukupna produktivnost ekosustava ne ovisi o njima.

Visoke stope proizvodnje biomase opažene su u prirodnim i umjetnim ekosustavima gdje su abiotski čimbenici povoljni, a posebno kada se dodatna energija dovodi izvana, što smanjuje vlastite troškove održavanja života sustava. Ova dodatna energija može doći u različitim oblicima, kao što je na obrađenom polju, u obliku energije fosilnih goriva i rada koje obavlja osoba ili životinja.

Dakle, za opskrbu energijom svih jedinki zajednice živih organizama u ekosustavu nužan je određeni kvantitativni omjer između proizvođača, konzumenata različitih redova, detritofaga i razlagača. Međutim, za život bilo kojeg organizma, a time i sustava u cjelini, samo energija nije dovoljna, oni moraju nužno primiti razne mineralne komponente, mikroelemente, organske tvari potrebne za izgradnju molekula žive tvari.

Kruženje elemenata u ekosustavu

Odakle u živoj tvari izvorno dolaze komponente potrebne za izgradnju organizma? U prehrambeni lanac ih isporučuju isti proizvođači. Iz tla izvlače anorganske minerale i vodu, iz zraka CO2, a iz glukoze nastale fotosintezom uz pomoć biogena dalje izgrađuju složene organske molekule – ugljikohidrate, bjelančevine, lipide, nukleinske kiseline, vitamine itd.

Da bi potrebni elementi bili dostupni živim organizmima, moraju uvijek biti dostupni.

U tom odnosu se ostvaruje zakon održanja materije. Pogodno ga je formulirati na sljedeći način: atomi u kemijskim reakcijama nikada ne nestaju, ne nastaju i ne prelaze jedni u druge; samo se preuređuju u različite molekule i spojeve (istodobna apsorpcija ili oslobađanje energije). Zbog toga se atomi mogu koristiti u velikom broju spojeva i njihova zaliha nikada nije iscrpljena. Upravo se to događa u prirodnim ekosustavima u obliku ciklusa elemenata. U ovom slučaju razlikuju se dva ciklusa: veliki (geološki) i mali (biotički).

Kruženje vode jedan je od grandioznih procesa na površini zemaljske kugle. Ima glavnu ulogu u povezivanju geoloških i biotičkih ciklusa. U biosferi voda neprestano prelazeći iz jednog stanja u drugo čini male i velike cikluse. Isparavanje vode s površine oceana, kondenzacija vodene pare u atmosferi i oborina na površini oceana čine mali ciklus. Ako vodenu paru zračne struje nose na kopno, ciklus postaje mnogo kompliciraniji. U tom slučaju dio oborina ispari i vrati se u atmosferu, drugi dio hrani rijeke i rezervoare, ali se na kraju opet vraća u ocean s riječnim i podzemnim otjecanjem, čime se završava veliki ciklus. Važno svojstvo kruženja vode je da, u interakciji s litosferom, atmosferom i živom materijom, povezuje sve dijelove hidrosfere: ocean, rijeke, vlagu u tlu, podzemnu vodu i atmosfersku vlagu. Voda je bitna komponenta svih živih bića. Podzemna voda, prodirući kroz tkivo biljke u procesu transpiracije, donosi mineralne soli neophodne za vitalnu aktivnost samih biljaka.

Sažimajući zakone funkcioniranja ekosustava, još jednom formuliramo njihove glavne odredbe:

1) prirodni ekosustavi postoje na račun nezagađujuće besplatne sunčeve energije, čija je količina prekomjerna i relativno konstantna;

2) prijenos energije i tvari kroz zajednicu živih organizama u ekosustavu odvija se duž hranidbenog lanca; sve vrste živih bića u ekosustavu dijele se prema funkcijama koje obavljaju u tom lancu na proizvođače, potrošače, detritofage i razlagače – to je biotička struktura zajednice; kvantitativni omjer broja živih organizama između trofičkih razina odražava trofičku strukturu zajednice, koja određuje brzinu prolaska energije i tvari kroz zajednicu, odnosno produktivnost ekosustava;

3) prirodni ekosustavi, zahvaljujući svojoj biotskoj strukturi, održavaju stabilno stanje neograničeno dugo, ne pateći od iscrpljivanja resursa i onečišćenja vlastitim otpadom; dobivanje resursa i oslobađanje od otpada odvija se unutar ciklusa svih elemenata.

5. Utjecaj čovjeka na ekosustav.

Utjecaj čovjeka na njegov prirodni okoliš može se razmatrati u različitim aspektima, ovisno o svrsi proučavanja ovog pitanja. S gledišta ekologija Zanimljivo je razmotriti utjecaj čovjeka na ekološke sustave sa stajališta korespondencije ili proturječnosti ljudskog djelovanja objektivnim zakonima funkcioniranja prirodnih ekosustava. Na temelju pogleda na biosferu kao globalni ekosustav, sva raznolikost ljudskih aktivnosti u biosferi dovodi do promjena: sastava biosfere, ciklusa i ravnoteže njezinih sastavnih tvari; energetska ravnoteža biosfere; biota. Smjer i opseg tih promjena su takvi da im je čovjek sam dao ime. ekološka kriza. Suvremenu ekološku krizu karakteriziraju sljedeće manifestacije:

Postupna promjena klime planeta zbog promjena u ravnoteži plinova u atmosferi;

Opće i lokalno (iznad polova, odvojena područja kopna) uništavanje biosferskog ozonskog zaslona;

Onečišćenje Svjetskog oceana teškim metalima, složenim organskim spojevima, naftnim derivatima, radioaktivnim tvarima, zasićenje voda ugljičnim dioksidom;

Prekid prirodnih ekoloških veza između oceana i kopnenih voda kao rezultat izgradnje brana na rijekama, što dovodi do promjene čvrstog otjecanja, ruta mriještenja itd.;

Onečišćenje atmosfere s stvaranjem kiselih oborina, vrlo otrovnih tvari kao rezultat kemijskih i fotokemijskih reakcija;

Onečišćenje kopnenih voda, uključujući riječne vode koje se koriste za opskrbu pitkom vodom, visoko toksičnim tvarima, uključujući dioksine, teške metale, fenole;

Dezertifikacija planeta;

Degradacija sloja tla, smanjenje površine plodnog zemljišta pogodnog za poljoprivredu;

Radioaktivna kontaminacija određenih područja u vezi s odlaganjem radioaktivnog otpada, nesrećama izazvanim čovjekom itd.;

Nakupljanje na površini zemlje kućnog smeća i industrijskog otpada, posebno praktički nerazgradive plastike;

Smanjenje područja tropskih i borealnih šuma, što dovodi do neravnoteže atmosferskih plinova, uključujući smanjenje koncentracije kisika u atmosferi planeta;

Onečišćenje podzemnog prostora, uključujući i podzemne vode, koje ih čini nepodobnim za vodoopskrbu i ugrožava još uvijek malo proučen život u litosferi;

Masovno i brzo, lavinsko nestajanje vrsta žive tvari;

Pogoršanje životne sredine u naseljena područja, posebno urbanizirana područja;

Opće iscrpljivanje i nedostatak prirodnih resursa za ljudski razvoj;

Promjena veličine, energetske i biogeokemijske uloge organizama, preoblikovanje prehrambenih lanaca, masovna reprodukcija određene vrste organizmi;

Povreda hijerarhije ekosustava, povećanje sistemske uniformnosti na planetu.

Zaključak

Kada su sredinom šezdesetih godina dvadesetog stoljeća ekološki problemi postali središte pozornosti svjetske javnosti, postavilo se pitanje koliko je vremena ostalo čovječanstvu? Kada će početi ubirati plodove zanemarivanja svog okoliša? Znanstvenici su izračunali: za 30-35 godina. Došlo je to vrijeme. Svjedoci smo globalne ekološke krize izazvane ljudskim aktivnostima. Pritom, posljednjih tridesetak godina nije bilo uzaludno: stvorena je solidnija znanstvena osnova za razumijevanje ekoloških problema, formirana su regulatorna tijela na svim razinama, organizirane su brojne javne ekološke udruge, doneseni korisni zakoni i propisi. usvojeni, a postignuti su i neki međunarodni sporazumi.

No, uglavnom se otklanjaju posljedice, a ne uzroci postojećeg stanja. Na primjer, ljudi koriste sve više i više novih proizvoda za kontrolu onečišćenja na automobilima i pokušavaju izvući sve više ulja umjesto propitivanja same potrebe za zadovoljenjem pretjeranih potreba. Čovječanstvo beznadno nastoji spasiti nekoliko vrsta od izumiranja, zanemarujući vlastitu eksploziju populacije koja briše prirodne ekosustave s lica zemlje.

Glavni zaključak iz materijala o kojemu se govori u udžbeniku sasvim je jasan: sustavi koji su u suprotnosti s prirodnim principima i zakonima su nestabilni . Pokušaji njihovog očuvanja postaju sve skuplji i složeniji te su ionako osuđeni na propast.

Za donošenje dugoročnih odluka potrebno je voditi računa o načelima koja određuju održivi razvoj, a to su:

stabilizacija stanovništva;

prijelaz na životni stil koji više štedi energiju i resurse;

razvoj ekološki prihvatljivih izvora energije;

stvaranje niskootpadnih industrijskih tehnologija;

recikliranje otpada;

stvaranje uravnotežene poljoprivredne proizvodnje koja ne iscrpljuje tlo i vodne resurse te ne zagađuje zemlju i hranu;

očuvanje biološke raznolikosti na planetu.

Bibliografija

1. Nebel B. Znanost o okolišu: Kako svijet funkcionira: U 2 toma - M.: Mir, 1993.

2. Odum Yu. Ekologija: U 2 sveska - M .: Mir, 1986.

3. Reimers N. F. Zaštita prirode i čovjekova okoliša: Rječnik-priručnik. - M.: Prosvjetljenje, 1992. - 320 str.

4. Stadnitsky G. V., Rodionov A. I. Ekologija.

5. M.: Viša. škola, 1988. - 272 str.