Кругообіг речовин і потік енергії в екосистемах
Кругообіг речовин - це переміщення речовини в формі хімічних елементів і їх з'єднань від продуцентів до редуцентам, через консументи або без них і знову до продуцентів.
Органічна речовина, утворене рослинами, переходить в тіло тварин, а потім за участю бактерій знову перетворюється в неорганічні речовини, засвоювані рослинами. Таким чином в екосистемі здійснюється круговорот речовин.
Потік енергії - перехід енергії у вигляді хімічних зв'язків органічних сполук (їжі) по ланцюгах харчування від одного трофічного рівня до іншого (вищого). Сонце є єдиним джерелом енергії на Землі. Воно забезпечує постійний, безперервний, незамкнений приплив енергії на Землю. На відміну від речовин, які циркулюють по ланках екосистеми і входять в круговорот, используясь багаторазово, енергія може бути використана тільки один раз.
Харчова ланцюг - основний канал перенесення енергії в екосистемі. Рослини є первинними постачальниками енергії для всіх інших організмів в ланцюгах харчування. Існують певні закономірності переходу енергії з одного трофічного рівня на інший разом з споживаної їжею.
У кожній ланці харчового ланцюга велика частина енергії витрачається у вигляді тепла, втрачається, що обмежує число ланок. В середньому, максимальні витрати на дихання в сумі з незасвоєної їжею становлять близько 90% від спожитої.
Тому перехід енергії з одного трофічного рівня на інший становить всього близько 10% енергії, спожитої в їжу. Ця закономірність називається «правилом десяти відсотків».
Біологічна продуктивність екосистеми
Біологічна продуктивність - це здатність екосистеми до відтворення біомаси рослин, мікроорганізмів і тварин, що входять до її складу.
Біологічну продуктивність можна висловити продукцією - вона є мірою біологічної продуктивності і являє собою кількість відтвореної біомаси на 1 кв. м площі або в 1 куб. м об'єму в одиницю часу і виражається в грамах вуглецю або сухого органічного речовини.
Біомаса та продукція - основні показники екосистеми. Біомаса, чи врожай на корені, - маса органічної речовини, укладеного в тілах живих організмів на одиницю площі. Біомаса може бути як живий, так і мертвою (наприклад, деревина).
Продукція - приріст біомаси за одиницю часу. Розрізняють первинну і вторинну продукцію. Первинна продукція - органічна речовина, яка утворюють продуценти в процесі фотосинтезу (або хемосинтезу). Вторинна продукція - біомаса, утворена за одиницю часу всіма репродуцентамі і консументами.
Співвідношення численностей, біомас, і продукцій (потоків енергії) популяцій, що відносяться до послідовних трофічних рівнів, називають екологічними пірамідами. Їх зображають у вигляді діаграм, де ширина стовпчиків відображає відповідний показник кожного з рівнів.
Ефект піраміди у вигляді моделей придумав американський еколог Ч. Елтон. Екологічні піраміди бувають трьох типів:
1. Піраміда чисельності відображає число організмів по трофічних рівнів, причому чисельність особин при русі від продуцентів до консументів різного порядку значно зменшується.
2. Піраміда біомас показує співвідношення біомаси всіх організмів в даній екосистемі по трофічних рівнів. У наземних екосистемах маса продуцентів більше, ніж маса консументів I порядку, консументів I порядку більше, ніж консументів II порядку і т.д. тому графік має вигляд нормальної пірамід. У водних екосистемах екологічна піраміда перевернута, так як з підвищенням трофічного рівня запас біомаси збільшується.
3. Піраміда енергії - різновид піраміди біомас, в якій представлено кількість енергії, укладеної в кожному з трофічних рівнів екосистеми або проходить через ці рівні.
Піраміди потоків енергії ніколи не бувають «перевернутими», тому що Наступного трофічний рівень може «пропустити через себе» лише частину енергії, засвоєної попереднім рівнем.
екологічна сукцесія
Спільноти формуються і змінюються протягом певного часу. При цьому змінюється їх видовий склад, велика кількість різних груп організмів, трофічна структура, продуктивність і всі інші показники. Екосистема відчуває ті ж динамічні процеси, що і в її популяціях і співтовариствах: циклічність, зміну популяцій і біоценозів і ін.
Послідовна зміна одного біоценозу іншим називається екологічної сукцесії (від лат. Succession - послідовність, зміна). В цілому ланцюг змінюють один одного біоценозів називається сукцессионной поруч або серією (серіальні стадії). У сукцессионной ряду кожен серіальний біоценоз являє собою певну стадію формування кінцевого спільноти, званого клімаксним (від грец. Climax - сходи) або клімаксом. Прикладом сукцесії, що приводить до зміни одного співтовариства іншим, може служити заростання невеликого озера з подальшою появою на його місці болота, а потім - ліси.
За загальним характером сукцессии поділяються на первинні та вторинні.
Первинна сукцесія починається на місці, абсолютно позбавленому життя: вулканічних туфів і лавових полях, сипучих пісках, скелях, кам'янистих розсипах. Тут велика роль перших поселенців: бактерій, лишайників, водоростей.
Вторинні сукцесії розвиваються на місці, де раніше вже існував добре розвинений біоценоз. Наприклад, на місці згорілого лісу, покинутого поля, осушенного болота чи іншого порушеного спільноти.
Сукцесія - закономірний і спрямований процес, що охоплює загальні зміни, що відбуваються на певній стадії, властиві будь-якій спільноті. В якості основних типів сукцессіонних змін виділяють наступні:
- види рослин і тварин в процесі сукцесії безперервно змінюються;
- сукцессіонние зміни завжди супроводжуються підвищенням видової різноманітності організмів;
- відбувається збільшення біомаси органічної речовини;
- зміни полягають у зниженні чистої продукції співтовариства і підвищенні його дихання, що є найбільш важливим явищем сукцесії.