Будь-яка сукупність організмів, що існують в певному обсязі простору, і їх зв'язків між собою і навколишнім середовищем визначається як екологічна система. іліекосістема. Термін «екосистема» вперше запропонував англійський еколог А.Тенслі в 1935 році. Легко бачити, що поняття екосистеми є дуже широким і не має рангу розмірності. Екосистемою можна назвати будь-який обсяг простору, в якому існують живі організми (хоча б один). Їй може бути і крапля води з одного амебою, ставок, лісовий масив, пілотований космічний корабель і вся Біосфера Землі.
У 1944 році російський вчений В.Н.Сукачев запропонував більш конкретний термін біогеоценоз - це ділянка земної поверхні (в тому числі і водної) з певною сукупністю живих організмів і цілком однорідними умовами середовища, досить відокремлений від інших ділянок, в межах якого здійснюється більш- менш замкнутий процес кругообігу речовин. Прикладами біогеоценозів є ставок, луг, лісовий масив, болото і т.д.
Терміни «екосистема» і «біогеоценоз» досить близькі, але не повністю тотожні, оскільки термін «біогеоценоз» є значно більш конкретним, ніж «екосистема». Наприклад, крапля води і Біосфера є екосистемами, але не биогеоценозами.
Сукупність живих організмів, що населяють біогеоценоз, являє собою біоценоз. Природне середовище, в якій існує біоценоз, називається біотоп. Тому біогеоценоз = біоценоз + біотоп.
Основні функціональні групи організмів в екологічних системах. Всі організми на підставі своєї функціональної ролі в екосистемах поділяються на три найважливіші групи - продуценти. консументи і редуценти.
Продуценти, або автотрофні організми є основою існування всіх екологічних систем і біосфери Землі в цілому, оскільки вони здатні створювати органічні речовини з неорганічних у процесах фотосинтезу і хемосинтезу. За цією ознакою продуценти підрозділяються на фото - і хемоавтотрофов.
Гетеротрофи і редуценти не здатні створювати органічні речовини з неорганічних, тому вони використовують органічні речовини, створені автотрофними організмами. До них відносяться всі тварини, гриби, а також ті Найпростіші і прокаріоти, які не здатні до фотосинтезу або хемосинтезу. До консументам зазвичай відносять досить великих багатоклітинних організмів, які не здатні повністю розкладати складні органічні речовини до простих неорганічних сполук - Н2 О. СО2 та ін. До редуцентам відносять одноклітинних організмів, які завдяки своїм дрібним розмірам володіють високою інтенсивністю метаболізму і тому здатні засвоювати навіть найдрібніші органічні залишки і розкладати їх до простих неорганічних сполук - вуглекислого газу, води, аміаку та ін. Ці сполуки можуть знову надходити в екосистеми і залучатися до нові кругообіг речовини.
Трофічна структура екосистем. Процеси трансформації речовини та енергії в екосистемі відбуваються переважно за допомогою трофічних зв'язків (від грецького трофос - їжа), або в результаті поїдання одних організмів іншими. Сукупність трофічних зв'язків в екосистемі утворює трофічні, іліпіщевие ланцюга. Сукупність організмів, що займають однакове становище в трофічних ланцюгах щодо їх початку, називається трофічних рівнем. Зазвичай кожен організм має кілька джерел живлення, що знаходяться на різних трофічних рівнях, і сам може використовуватися як об'єкт харчування організмами з різних рівнів. Тому ланцюга харчування в більшості екосистем багаторазово розгалужуються і утворюють трофічні мережі. Розрізняють пасовищні, детрітние і паразитичні харчові ланцюги.
У пасовищних харчових цепяхпервий трофічний рівень утворюють продуценти - автотрофні організми - фотосинтетики або хемосинтетики. Наступні трофічні рівні утворюють гетеротрофні організми. Другий трофічний рівень складають рослиноїдні організми (консументи першого порядку) - тварини, гетеротрофні Найпростіші і бактерії. Третій і наступні трофічні рівні (консументи другого, третього і т.д. порядку) утворюють хижі організми - майже виключно тварини.
У детритной харчових ланцюгах. або ланцюгах розкладання, продуценти (т. е. автотрофні організми) відсутні. Їх початком є детрит. або отмершее органічна речовина, що представляє собою залишки відмерлих живих організмів. Детрит утворює перший трофічний рівень детритной харчового ланцюга.
Пасовищні харчові ланцюги поширені переважно в сухопутних і морських екосистемах. Детрітние ланцюга переважають в континентальних водоймах. Значна частина харчових ресурсів в них створюється не в результаті фотосинтезу (автохтонне органічна речовина), а надходить туди з наземних екосистем (алохтонне органічна речовина), наприклад, у вигляді листового опаду.
Детрітние харчові ланцюги мають величезне значення в природі. Якби їх не було, то вся поверхня Землі швидко б покрилася багатокілометрових шаром відмерлих організмів. Велике значення в розкладанні відмерлих залишків рослинного походження, особливо деревини, мають гриби.
Найдрібніші частинки відмерлої органічної речовини, які не в змозі засвоїти розкладають бактерії і Найпростіші, що володіють завдяки своїм дрібним розмірам, дуже високою інтенсивністю метаболізму. З цієї причини вони розкладають органічні залишки до простих неорганічних сполук (вуглекислий газ, вода, аміак, азот і ін.). Ці речовини можуть повертатися в екосистему і знову брати участь в процесах кругообігу речовин. Як і в пасовищних ланцюгах, останній трофічних рівень детритной харчових ланцюгів утворюють редуценти-мікроконсументи.
Практично будь-який вид живих організмів має своїх паразитів. Початковим ланкою паразитичних харчових ланцюгів є свободноживущий організм-господар. На ньому паразитують паразити першого порядку, а на них в, свою чергу, паразити другого порядку і т.д. Аскариди, що паразитують на пойкілотермних організмах, є паразитами першого порядку, що паразитують в клітинах аскарид одноклітинні еукаріоти - паразитами другого порядку, що мешкають в них бактерії - паразитами третього порядку, що паразитують в бактеріях віруси (бактеріофаги) - четвертого порядку і т.д.
закономірності трансформації речовини та енергії в екологічних системах
Властивість екосистем створювати в процесі свого функціонування органічна речовина називається біологічною продуктивністю.
Органічна речовина, що створюється в екосистемі, в результаті приросту маси населяють її організмів, називається продукцією. Розрізняють продукцію окремих видів, цілих трофічних рівнів і всієї екосистеми.
Органічна речовина, яка створюється автотрофними організмами в процесах фотосинтезу або хемосинтезу, називається первинною продукцією.
Органічна речовина, що створюється гетеротрофних організмами, що знаходяться на другому і наступних трофічних рівнях, називається вторинною продукцією. Часто вторинну продукцію називають просто продукцією. Вторинна продукція є сумою приростів маси тіла гетеротрофних організмів за певний період часу.
Кількість органічної речовини, що залишає той чи інший спосіб екосистему (збір врожаю, вилов риби, виліт наземних комах з їх водних личинок і т.д.), називається кінцевою продукцією.
Первинна продукція. Все органічна речовина, що створюється автотрофними організмами в процесах фотосинтезу або хемосинтезу, називається валовий первинної продукцією (ВПП). Однак значна частина органічної речовини (в середньому близько 50%) відразу ж витрачається ними в процесах дихання, фотодихання або бродіння (гл. 9.4.1).
Різниця між енергією ВПП і витратою її в процесі дихання (Т) є чистої первинної продукцією (ПВП). Таким чином,
Чистий первинна продукція є тим самим органічною речовиною, яке накопичується в рослинах. З нього в результаті складних процесів, що відбуваються в рослинах, утворюються всі їх органи - стебла, листя, коріння, квітки плоди та інші, які можуть використовуватися в їжу гетеротрофних організмами.