24. Структура экосистем

Определения и обозначения

Экосистема — совокупность живых организмов, среды их обитания и связей между ними, обеспечивающих круговорот веществ и поток энергии. Она может быть природной, например лес или озеро, либо созданной человеком, например аквариум. Это понятие нужно, чтобы рассматривать живую природу как единую систему, а не набор отдельных видов.

Биоценоз — сообщество взаимосвязанных организмов разных видов, населяющих определённую территорию или акваторию. В него входят растения, животные, грибы и микроорганизмы, связанные питанием и другими отношениями. Термин помогает выделить именно живую часть экосистемы.

Биотоп — относительно однородный участок неживой среды, занимаемый биоценозом. Он включает температуру, свет, влажность, состав воды или почвы и другие абиотические факторы. Выделение биотопа показывает, в каких условиях существует конкретное сообщество.

Трофическая структура — распределение организмов экосистемы по способам питания и уровням в цепях питания. Она показывает, кто создаёт органическое вещество, кто его потребляет и кто разлагает остатки. С её помощью можно проследить движение вещества и энергии между организмами.

Как это устроено

Экосистема состоит из биотической и абиотической частей, потому что жизнь невозможна без условий среды, а среда изменяется под влиянием организмов. Свет, вода, воздух, температура и минеральные вещества определяют, какие виды смогут существовать. Организмы, в свою очередь, выделяют вещества, изменяют почву, затеняют пространство и влияют на состав атмосферы или воды, поэтому обе части постоянно взаимодействуют.

Продуценты преобразуют энергию Солнца в энергию органического вещества в процессе фотосинтеза. Это позволяет им создавать пищу из углекислого газа и воды и служить начальным звеном большинства цепей питания. Консументы получают готовое органическое вещество, поедая растения или других животных, а редуценты разрушают остатки и возвращают минеральные соединения в среду, благодаря чему продуценты снова могут их использовать.

Цепи питания объединяются в пищевые сети, потому что один организм обычно питается несколькими видами и сам служит пищей для разных потребителей. Поэтому изменение численности одного вида распространяется сразу по нескольким направлениям. Исчезновение хищника может увеличить количество его жертв, усилить поедание растений и косвенно изменить условия для множества других организмов.

Пространственная структура возникает из-за неравномерного распределения организмов по ярусам, участкам и зонам среды. Видовая структура показывает, какие виды входят в сообщество и какова их численность; обычно особенно важны виды, создающие среду или составляющие основную биомассу. Трофическая структура складывается из уровней питания и отражает направление передачи вещества и энергии.

При переходе с одного трофического уровня на другой энергия передаётся с потерями, потому что организм расходует её на движение, рост, дыхание и поддержание жизнедеятельности. Значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, поэтому её поток направлен от источника через пищевые уровни наружу и не замыкается. Вещества устроены иначе: углерод, вода и минеральные элементы переходят из среды в организмы, а затем возвращаются в среду и снова включаются в круговорот.

Основные компоненты и структуры экосистемы

Сначала определите, относится ли рассматриваемый объект к неживой среде, организму или типу связей. Затем установите его роль: создание органического вещества, потребление пищи, разложение остатков или описание состава сообщества. Примеры в последнем столбце помогают перенести общую схему на конкретную экосистему.

Разбор задач

Задача 1

Условие: для пруда нужно назвать абиотические факторы, продуцентов, консументов и редуцентов, а затем составить одну цепь питания. Рассматриваем пруд как единую экосистему, поэтому учитываем и воду, и живые организмы. Цепь должна начинаться с продуцента.

1. К абиотическим факторам отнесём освещённость, температуру воды, содержание кислорода, глубину, течение и минеральный состав.
2. Продуцентами будут водоросли и водные растения; консументами — дафнии, личинки насекомых, мелкая рыба и окунь.
3. Редуцентами назовём бактерии и грибы, разлагающие отмершие остатки и отходы организмов.
4. Выстроим питание: водоросли → дафнии → мелкая рыба → окунь.

Ответ: пруд включает абиотическую среду, продуцентов, консументов и редуцентов. Одна из возможных цепей: водоросли → дафнии → мелкая рыба → окунь.

Задача 2

Условие: определите трофический уровень окуня в цепи «водоросли → дафнии → мелкая рыба → окунь». Уровни считают с начала цепи, причём продуценты занимают первый уровень. Каждое последующее звено получает номер на единицу больше.

1. Водоросли — продуценты, поэтому это первый трофический уровень.
2. Дафнии питаются водорослями и занимают второй уровень.
3. Мелкая рыба поедает дафний и находится на третьем уровне.
4. Окунь поедает мелкую рыбу, следовательно, его уровень на один выше — четвёртый.

Ответ: окунь занимает четвёртый трофический уровень в указанной цепи.

Задача 3

Условие: объясните последствия исчезновения хищной рыбы в пруду. Нужно проследить не одну связь, а последовательность изменений в пищевой сети. Предположим, что хищная рыба питалась мелкой рыбой и других существенных изменений не произошло.

1. После исчезновения хищника давление на мелкую рыбу ослабнет, поэтому её численность, вероятно, возрастёт.
2. Увеличившаяся популяция мелкой рыбы будет поедать больше дафний, и численность дафний снизится.
3. При уменьшении количества дафний ослабнет выедание водорослей, поэтому их биомасса может увеличиться.
4. Избыток водорослей способен изменить содержание кислорода и ухудшить условия для других обитателей пруда.

Ответ: исчезновение хищной рыбы может вызвать каскад: больше мелкой рыбы, меньше дафний и больше водорослей. В реальной пищевой сети результат зависит от других видов и условий среды.

Типичные ошибки

Экосистема — только совокупность организмов. Так считают, потому что живые компоненты заметнее, чем свет, вода или почва. Проверьте себя: если в описании нет среды и связей между частями, определение неполно.

Редуценты — это обычные консументы. Ошибка возникает из-за того, что и те и другие используют органическое вещество. Различайте их по результату: редуценты разлагают остатки до минеральных веществ.

Пищевую цепь называют пищевой сетью. Цепь показывает одну последовательность питания, а сеть возникает при объединении нескольких пересекающихся цепей. Для проверки найдите, есть ли у организмов несколько пищевых связей.

Энергия возвращается в экосистему, как вещества. Такое смешение появляется при одинаковом употреблении слов «передача» и «круговорот». Запомните проверку: вещества циркулируют, а энергия проходит через систему и рассеивается как тепло.

Связь с другими темами

До изучения экосистем нужны знания об уровнях организации живой природы, типах питания, цепях питания и круговороте веществ. Эти понятия позволяют понять роли продуцентов, консументов и редуцентов. Без них трудно проследить связи между организмами и средой.

Дальше тема используется при изучении биосферы, экологических пирамид, устойчивости экосистем и последствий деятельности человека. Структура экосистем помогает объяснить, почему загрязнение или исчезновение вида влияет не на один организм, а на целую сеть связей.

Есть связь и с эволюцией: условия среды и взаимодействия организмов создают факторы естественного отбора. В результате закрепляются адаптации, повышающие выживание и размножение в конкретной экосистеме.

Что запомнить

• Экосистема включает живые организмы, неживую среду и связи между ними.
• Биоценоз — живая часть экосистемы, а биотоп — её неживая среда.
• Продуценты создают органическое вещество, консументы его потребляют, редуценты разлагают.
• Трофическая структура показывает распределение организмов по уровням питания.
• Пищевые цепи объединяются в пищевые сети.
• Вещества в экосистеме циркулируют, а энергия проходит через неё и рассеивается.
• Структура экосистемы включает видовой, пространственный и трофический компоненты.