§51. Структура экосистем

Определения и обозначения

Экосистема — совокупность живых организмов и факторов неживой природы, связанных обменом веществ и энергии. К ней относятся, например, растения, животные, микроорганизмы, вода, воздух и почва. Понятие нужно, чтобы рассматривать природу как единую систему, а не как набор отдельных объектов.

Биоценоз — сообщество совместно обитающих организмов разных видов. В него входят популяции растений, животных, грибов и микроорганизмов, взаимодействующие друг с другом. Это понятие помогает выделить живую часть экосистемы.

Биотоп — участок среды с определёнными абиотическими условиями, занимаемый биоценозом. К таким условиям относятся освещённость, температура, влажность, состав воды или почвы. Биотоп показывает, где именно живёт сообщество и какие условия ограничивают его состав.

Трофический уровень — группа организмов, получающих энергию через одинаковое число звеньев пищевой цепи. Первым уровнем считают продуцентов, следующим — организмов, которые питаются ими. Понятие позволяет сравнивать положение видов в передаче вещества и энергии.

Как это устроено

Экосистема состоит из биотопа и биоценоза, потому что жизнь невозможна без среды, а среда экосистемы проявляется через взаимодействие с организмами. Вода, свет и минеральные вещества сами по себе не образуют сообщество, а растения и животные не могут существовать без подходящих условий. Поэтому границы и свойства экосистемы определяются совместно неживыми факторами и живыми связями.

Абиотические факторы влияют на состав и распределение организмов, потому что виды имеют разные пределы выносливости. Например, количество света ограничивает рост растений, температура влияет на скорость обмена веществ, а влажность определяет возможность обитания наземных животных и растений. В результате в разных участках одной территории формируются разные сочетания видов.

Трофическая структура возникает благодаря передаче вещества и энергии по цепям питания. Продуценты создают органическое вещество из неорганического, консументы получают его, поедая растения или других животных, а редуценты разлагают остатки. Такое разделение поддерживает поток энергии и возвращает минеральные вещества в среду.

Пищевые цепи объединяются в пищевые сети, потому что большинство организмов имеет не один источник пищи и не одного потребителя. Например, лягушка может питаться разными насекомыми, а сама становиться добычей змеи и хищной птицы. Поэтому изменение численности одного вида отражается сразу на нескольких связанных цепях.

Пространственное размещение и ярусность уменьшают конкуренцию за свет, пищу и место. В лесу растения верхнего яруса получают больше света, кустарники используют пространство ниже, а травы и мхи занимают нижние участки. Такое разделение позволяет большему числу видов совместно жить на одной территории.

Основные элементы структуры экосистемы

Таблица помогает быстро определить, к какой стороне организации экосистемы относится признак. Если речь идёт о воде, температуре или почве, это абиотическая часть, а если о питании — трофическая. Один и тот же объект можно описать сразу с нескольких сторон: например, растение является частью биоценоза и одновременно продуцентом.

Разбор задач

Задача 1. Назовите биотоп и биоценоз в экосистеме пруда, приведите по два примера компонентов каждой части. Сначала нужно отделить неживые условия от живого сообщества. Затем примеры следует распределить по этим двум группам.

1. Биотоп пруда включает воду и освещённость; также к нему можно отнести температуру, грунт и содержание минеральных веществ.
2. Биоценоз пруда включает водоросли и рыб; кроме них, в нём обитают дафнии, бактерии, моллюски и другие организмы.

Ответ: биотоп — вода и освещённость, биоценоз — водоросли и рыбы. Первые примеры относятся к условиям среды, вторые — к живым компонентам.

Задача 2. Определите трофические уровни в цепи «водоросли — дафния — карась — щука». Отсчёт начинают не с самого крупного животного, а с организма, создающего органическое вещество. После этого каждое следующее звено получает следующий номер.

1. Водоросли — продуценты, первый трофический уровень.
2. Дафния питается водорослями, поэтому относится ко второму уровню и является консументом первого порядка.
3. Карась занимает третий уровень, а щука — четвёртый.

Ответ: водоросли — I уровень, дафния — II, карась — III, щука — IV. На каждом переходе энергия передаётся следующему потребителю и частично рассеивается.

Задача 3. Составьте пищевую сеть луга из растений, кузнечика, мыши, лягушки, змеи, ястреба и грибов. Нужно показать несколько направлений питания, а грибы связать с остатками всех организмов. Сначала составим цепи, затем объединим совпадающие звенья.

1. Растения → кузнечик → лягушка → змея → ястреб.
2. Растения → мышь → змея → ястреб; возможна также цепь растения → мышь → ястреб.
3. Грибы разлагают остатки растений, кузнечика, мыши, лягушки, змеи и ястреба, возвращая минеральные вещества в почву.

Ответ: растения — продуценты, кузнечик и мышь — консументы первого порядка, лягушка — консумент второго порядка, змея и ястреб могут занимать разные уровни в разных цепях, грибы — редуценты. Объединённые цепи образуют пищевую сеть.

Типичные ошибки

Ошибка — считать экосистемой только совокупность организмов. Её допускают, когда забывают о воде, свете, почве и других условиях среды. Проверка проста: спросите себя, указаны ли в описании абиотические факторы и обмен веществами с живой частью.

Ошибка — путать биоценоз с популяцией. Популяция состоит из особей одного вида, а биоценоз объединяет популяции многих видов. Чтобы проверить ответ, посчитайте, один вид назван или несколько групп организмов разных видов.

Ошибка — считать пищевую цепь замкнутым круговоротом энергии. Энергия проходит через трофические уровни и рассеивается, тогда как в круговороте находятся вещества. Проверяйте себя: не заменяйте понятия «поток энергии» и «круговорот веществ».

Ошибка — называть редуцентами только грибы. Многие бактерии тоже разлагают органические остатки и относятся к редуцентам. Если в ответе названы только грибы, вспомните о бактериях и их роли в возвращении минеральных веществ.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живой природы, взаимодействиях организмов и ролях продуцентов, консументов и редуцентов. Эти понятия объясняют, из каких частей складывается экосистема и как они связаны.

Дальше знания пригодятся при изучении пищевых цепей, круговорота веществ, потока энергии и устойчивости экосистем. Структура помогает предсказать последствия изменения численности видов или условий среды.

Тема связана с охраной природы: изменение одного компонента может нарушить пищевые связи и равновесие сообщества. Поэтому защита отдельного вида часто требует сохранения всего его местообитания.

Что запомнить

• Экосистема включает живые организмы и неживую среду.
• Биоценоз — живое сообщество, биотоп — место и условия его обитания.
• Продуценты создают органическое вещество из неорганического.
• Консументы получают готовое органическое вещество с пищей.
• Редуценты разлагают органические остатки до минеральных веществ.
• Пищевые цепи объединяются в пищевые сети.
• Структура экосистемы бывает биотической, абиотической, трофической и пространственной.