§ 44. Экосистемная организация природы. Компоненты экосистемы

Определения и обозначения

Экосистема — совокупность живых организмов и неживых компонентов среды, связанных обменом веществ и энергии. К живым компонентам относятся растения, животные, грибы и микроорганизмы, а к неживым — вода, воздух, почва, свет и температура. Понятие нужно, чтобы рассматривать природу как единую работающую систему, а не как набор отдельных объектов.

Биотоп — относительно однородный участок среды с определёнными абиотическими условиями. Это пространство вместе с его неживыми характеристиками: освещённостью, влажностью, температурой, составом почвы или воды. Термин помогает описать, где живёт сообщество и какие условия влияют на его существование.

Биоценоз — сообщество взаимосвязанных организмов, обитающих в одном биотопе. В него входят разные виды растений, животных, грибов и микроорганизмов, связанные питанием и другими отношениями. Это понятие используют, когда нужно выделить именно живую часть экосистемы.

Редуцент — организм, разлагающий органические остатки до более простых веществ. К редуцентам относят прежде всего бактерии и грибы, питающиеся отмершими остатками. Благодаря им вещества не накапливаются в мёртвом органическом материале, а возвращаются в почву, воду и воздух.

Как это устроено

Экосистема включает живые организмы и неживую среду, потому что жизнь невозможна без воды, минеральных веществ, света и подходящей температуры. В то же время сами организмы влияют на среду: растения обогащают воздух кислородом, корни изменяют почву, а животные переносят семена. Если убрать один из компонентов, нарушатся обмен веществ и связи между остальными частями системы.

Биотоп и биоценоз образуют единую систему, поскольку условия среды определяют, какие организмы смогут жить на данной территории. Например, влажность и освещение влияют на состав растений, а растения создают укрытия и пищу для животных. Организмы, в свою очередь, изменяют биотоп: перегной повышает плодородие почвы, а деятельность дождевых червей улучшает её структуру.

Продуценты, консументы и редуценты разделяют основные функции в экосистеме. Продуценты создают органические вещества из неорганических, консументы получают их с пищей, а редуценты разлагают остатки и возвращают минеральные вещества в среду. Такое разделение поддерживает круговорот: вещества переходят от среды к организмам, а затем снова возвращаются в среду.

Главным источником энергии для большинства экосистем служит Солнце, потому что зелёные растения используют свет при фотосинтезе. Затем энергия передаётся от продуцентов к растительноядным и хищным животным по цепям питания. На каждом переходе часть энергии расходуется на жизнедеятельность и рассеивается в виде тепла, поэтому её запас постепенно уменьшается.

Отдельная пищевая цепь показывает только один путь передачи пищи и энергии, но в природе организмы обычно имеют несколько источников пищи и врагов. Поэтому цепи объединяются в пищевые сети. Разнообразие связей повышает устойчивость: исчезновение одного вида может быть частично компенсировано другими путями питания.

Компоненты экосистемы и их роль

При чтении таблицы сначала определите, является ли компонент живым или неживым. Затем свяжите его роль с движением вещества и энергии: продуценты создают пищу, консументы её используют, а редуценты перерабатывают остатки. Один и тот же организм можно уточнять по его роли в конкретной пищевой цепи.

Разбор задач

Лесная экосистема

Условие. Для лесной экосистемы нужно назвать биотоп, биоценоз и основные группы организмов. Описание следует разделить на неживую среду, сообщество живых существ и их функциональные роли. Так не смешиваются территория обитания и организмы, которые на ней живут.

1. Определяем биотоп: это лесная почва, воздух, вода, освещённость, температура и другие условия леса.
2. Определяем биоценоз: это деревья, кустарники, травы, насекомые, птицы, звери, грибы и микроорганизмы.
3. Распределяем организмы по функциям: зелёные растения — продуценты, животные — консументы, бактерии и грибы, разлагающие остатки, — редуценты.

Ответ. Биотопом будет лесная неживая среда, а биоценозом — сообщество организмов леса. Основные группы представлены продуцентами, консументами и редуцентами.

Пищевая цепь пруда

Условие. Нужно составить пищевую цепь для пруда и указать роль каждого звена. Начинать следует с организма, который сам создаёт органические вещества. Стрелки направляют от пищи к тому, кто её получает.

1. Выбираем продуцента — водоросли, использующие свет для фотосинтеза.
2. Добавляем консумента первого порядка — дафнию, которая питается водорослями.
3. Добавляем следующего консумента — мелкую рыбу, поедающую дафнию.
4. Завершаем разложение остатков: бактерии и грибы выступают редуцентами, хотя обычно не являются следующим звеном линейной цепи.

Ответ. Цепь можно записать так: водоросли → дафния → мелкая рыба. Водоросли — продуцент, дафния и рыба — консументы, а бактерии и грибы разлагают остатки как редуценты.

Сокращение хищников на лугу

Условие. Нужно предсказать последствия резкого сокращения численности хищников. Для этого прослеживаем не одну цепь, а несколько связанных звеньев пищевой сети. Причина изменений состоит в том, что добыча хищников перестаёт получать прежний контроль численности.

1. Сначала возрастает количество растительноядных животных, например зайцев или мышей.
2. Затем усиливается поедание трав, поэтому запас растений и семян может уменьшиться.
3. Из-за нехватки пищи растительноядные животные начнут конкурировать, их численность позднее может снизиться.
4. Нарушатся связи с другими видами, а устойчивость луга уменьшится, особенно если исчезновение хищников будет длительным.

Ответ. Вначале численность травоядных, вероятно, увеличится, а растительность сократится. Затем возникнут нехватка пищи и новые изменения численности, поэтому вся пищевая сеть может прийти в менее устойчивое состояние.

Типичные ошибки

Экосистема без неживой среды. Ошибка состоит в том, что экосистемой считают только животных и растения. Так происходит, если внимание сосредоточено на живых объектах, но проверка проста: назовите воду, воздух, почву и другие условия, связанные с организмами.

Смешение биотопа и биоценоза. Биотоп — это территория и её абиотические условия, а биоценоз — живое сообщество. Чтобы не ошибиться, спросите себя: описываются условия места или организмы, живущие в нём.

Редуцентами называют всех консументов. Консументы питаются готовой пищей, а редуценты разлагают мёртвые остатки до простых веществ. Проверить роль можно по объекту питания: живое растение или животное указывает на консумента, отмерший материал — на редуцента.

Пищевую цепь направляют от хищника к растению. Такая запись путает направление питания и передачи энергии. Стрелка должна идти от пищи к потребителю: например, трава → заяц → волк.

Связь с другими темами

Для понимания экосистем нужны знания о фотосинтезе, способах питания организмов, среде обитания и сообществах. Эти понятия объясняют, откуда берутся органические вещества и почему виды связаны между собой.

Тема подготавливает к изучению пищевых цепей, круговорота веществ и биосферы. Она также помогает понять, как устроены природные сообщества и почему их нельзя рассматривать изолированно.

Понятия экосистемы и устойчивости применяются при оценке последствий хозяйственной деятельности человека. Вырубка леса, загрязнение воды или исчезновение вида могут изменить сразу несколько взаимосвязанных процессов.

Что запомнить

• Экосистема состоит из живых организмов и абиотической среды.
• Биотоп — неживая среда, а биоценоз — сообщество организмов.
• Продуценты создают органические вещества из неорганических.
• Консументы получают органические вещества с пищей.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают вещества в среду.
• Энергия проходит через экосистему, а вещества участвуют в круговороте.
• Связи между организмами образуют пищевые цепи и пищевые сети.