§ 16. Наземные и водные экосистемы

Определения и обозначения

Экосистема — взаимосвязанные живые организмы и среда их обитания, объединённые обменом веществ и энергии. Проще говоря, это не набор отдельных видов, а целое, в котором организмы влияют друг на друга и на условия вокруг. Понятие помогает учитывать при изучении природы и живые, и неживые компоненты.

Наземная экосистема — экосистема, в которой основная среда обитания организмов — суша и воздух у её поверхности. Например, в лесу растения укоренены в почве, а многие животные перемещаются по земле или в воздухе. Это понятие позволяет описывать сообщества, для которых особенно важны влажность, температура и свойства почвы.

Водная экосистема — экосистема, в которой средой обитания организмов служит водоём или его часть. К ней относятся, например, озёра, реки и отдельные участки этих водоёмов. Понятие нужно, чтобы учитывать, как свойства воды и глубина влияют на жизнь организмов.

Биотоп — относительно однородный участок среды с характерными для него условиями существования организмов. Это может быть, например, освещённая опушка или мелководная часть озера. Выделение биотопов помогает понять, почему виды распределяются по разным участкам одной экосистемы.

Как это устроено

Наземные и водные экосистемы состоят из живой части и неживой среды. К живой части относятся растения, животные, грибы и микроорганизмы, а к неживой — вода, воздух, почва, свет и температура. Компоненты связаны: организмы используют ресурсы среды, изменяют её и зависят от других видов. Благодаря этим связям вещества возвращаются в окружающую среду, а энергия проходит через систему.

На суше распределение организмов во многом определяется освещённостью, температурой и влажностью. Свет нужен растениям для фотосинтеза, а температура влияет на скорость жизненных процессов и активность животных. При нехватке влаги растения хуже растут, поэтому меняется и кормовая база животных. Свойства почвы определяют, сколько в ней воды и минеральных веществ доступно корням.

В водоёме условия меняются с глубиной, потому что вода поглощает и рассеивает свет. В верхних слоях его обычно больше, а ниже фотосинтезирующим растениям света может не хватать. Температура и растворённый кислород распределяются неодинаково: это зависит от глубины, перемешивания воды и других условий. Поэтому даже в пределах одного водоёма организмы могут занимать разные слои.

Различия среды определяют состав сообществ и особенности организмов. Наземным растениям нужны приспособления для получения воды и опоры в воздухе, а водные организмы приспособлены к плаванию, плавучести или жизни на дне. В обоих случаях виды встречаются там, где могут переносить условия и находить необходимые ресурсы. Поэтому набор организмов на лесном участке и в озере не одинаков.

В обеих средах вещества переходят между организмами и окружающей средой: например, растения используют воду и минеральные вещества, а после отмирания их остатки разлагаются. Энергия поступает в экосистему главным образом с солнечным светом, который улавливают производители — организмы, создающие органические вещества. Затем энергия передаётся потребителям по цепям питания и частично рассеивается в виде тепла. Значит, вещества могут участвовать в круговороте, а энергия проходит через экосистему направленно.

Сравнение наземных и водных экосистем

Сравнивайте экосистемы по одной строке за раз: так легче увидеть, какие условия у них общие, а какие различаются. Затем связывайте фактор среды с тем, где могут жить организмы. Таблица показывает общие закономерности, но условия внутри каждой конкретной экосистемы могут меняться от участка к участку.

Разбор задач

Задача 1. Сравнить лесную и озёрную экосистемы по среде обитания, основным факторам среды и распределению организмов. Для сравнения важно не просто перечислить растения и животных, а установить, какие условия определяют их размещение. Рассуждаем по одинаковым критериям для обеих экосистем.

1. Определяем среду обитания. В лесу организмы связаны с сушей, почвой и приземным воздухом, а в озере — с водой и дном. Это сразу задаёт разные условия обмена водой, газами и питательными веществами.
2. Выделяем факторы среды. В лесу учитываем свет, температуру, влажность и почву; в озере — свет, температуру, кислород в воде и глубину. Факторы важны потому, что ограничивают рост, активность и распространение организмов.
3. Объясняем распределение. В лесу растения занимают участки с подходящими освещённостью и влажностью, а животные находят там укрытия и пищу. В озере организмы размещаются по глубине и участкам водоёма в зависимости от доступности света, кислорода и ресурсов.

Ответ: лес и озеро различаются средой обитания и набором важных факторов. В лесу распределение сильнее связано с условиями суши, в озере — также с глубиной и свойствами воды. В обеих системах организмы размещаются там, где условия отвечают их потребностям.

Задача 2. В водоёме с глубиной уменьшается освещённость. Как это повлияет на размещение водных растений и связанных с ними животных? Нужно проследить не только прямое действие света, но и его возможное влияние на пищевые связи. Предполагаем, что другие условия водоёма не изменились резко.

1. Устанавливаем связь света и фотосинтеза. Водные растения используют свет для создания органических веществ, поэтому при его нехватке фотосинтез затрудняется. Глубокие слои подходят для роста только тем растениям, которым хватает доступного там света.
2. Предсказываем размещение растений. Большинство фотосинтезирующих растений будет тяготеть к более освещённым слоям или участкам. На глубине их может стать меньше, хотя конкретное распределение зависит и от прозрачности воды и других условий.
3. Прослеживаем последствия для животных. Животные, которые питаются растениями или используют их как укрытие, могут чаще встречаться рядом с подходящими участками. Изменение количества растений способно повлиять на доступность пищи и укрытий.

Ответ: по мере уменьшения света условия для фотосинтеза ухудшаются, поэтому водные растения обычно располагаются в достаточно освещённых слоях. Связанные с ними животные могут концентрироваться там же, если зависят от растений как от пищи или укрытия. Это вероятное направление изменений, а не точное описание каждого водоёма.

Задача 3. После длительной засухи изменились условия на лугу. Какие компоненты экосистемы могут отреагировать первыми и как это отразится на пищевых связях? Рассматриваем засуху как изменение доступности воды, а не как изолированное событие. Затем выстраиваем возможную последовательность последствий.

1. Находим фактор, который изменился. Длительная засуха уменьшает доступность влаги для растений. Поэтому первыми могут отреагировать растения: замедлится их рост, а часть из них может засохнуть.
2. Прослеживаем влияние на потребителей. Если растительной пищи становится меньше, это затрагивает растительноядных животных. Они могут снизить численность, сменить участок обитания или перейти на другой доступный корм.
3. Учитываем дальнейшие связи. Изменение численности растительноядных животных может отразиться на хищниках, для которых они служат добычей. Одновременно меняются условия и ресурсы для других видов луга.

Ответ: первыми обычно реагируют растения, испытывающие нехватку воды, а затем изменения могут затронуть растительноядных животных и их хищников. Конкретный результат зависит от силы и длительности засухи, а также от особенностей видов. Пример показывает, как изменение одного фактора может пройти по пищевым связям.

Типичные ошибки

Ошибка: считать экосистемой только сообщество организмов. Так происходит, когда внимание сосредоточено на видах, а неживая среда кажется лишь фоном. Но без среды и связей обмена веществ и энергии определение экосистемы неполно. Проверьте себя: назвали ли вы и организмы, и условия их обитания, и связи между ними?

Ошибка: объяснять различия наземных и водных систем только наличием воды. Такое упрощение возникает из-за очевидного различия между сушей и водоёмом. Однако на состав организмов также влияют свет, температура, кислород и свойства почвы или дна. Для проверки перечислите несколько факторов среды, а не только воду.

Ошибка: считать условия водоёма одинаковыми на всех глубинах. Поверхность и глубина могут казаться частями одной общей среды, но свет ослабевает, а температура и содержание кислорода распределяются неодинаково. Поэтому состав организмов меняется по слоям. Проверьте себя вопросом: одинаково ли доступны на разной глубине свет, кислород и пищевые ресурсы?

Ошибка: ожидать, что изменение фактора затронет только один вид. Причина — попытка рассматривать организм отдельно от пищевых и других связей. Изменение условий может повлиять на растения, их потребителей и хищников. Чтобы проверить прогноз, проследите последствия хотя бы для нескольких звеньев пищевой цепи.

Связь с другими темами

Перед изучением темы полезно знать понятия «среда обитания», «популяция», «сообщество» и «цепь питания», а также различать живые и неживые компоненты природы. Эти знания помогают увидеть, из чего складывается экосистема и как в ней связаны организмы. Позже сравнение наземных и водных систем пригодится при изучении биомов, круговорота веществ и потока энергии. Оно также помогает объяснять, как деятельность человека и изменения условий среды отражаются на экосистемах.

Что запомнить

• Экосистема включает организмы, среду их обитания и связи между ними.
• Наземные и водные экосистемы различаются условиями среды и составом организмов.
• На суше важны температура, влажность, освещённость и свойства почвы.
• В водоёме условия жизни меняются в том числе с глубиной.
• Распределение организмов зависит от их требований к условиям среды.
• Обмен веществ и передача энергии происходят и в наземных, и в водных экосистемах.