Экосистема: состав, структура и разнообразие

Реферат по экологии

На тему:

Экосистема: состав, структура и разнообразие 
 
 
 
 

Выполнила:

Проверил: 
 
 
 
 
 
 

Москва, 2011 г 
 
 
 

Оглавление

1. Введение
2. Состав экосистемы

            2.1 Биотические компоненты

            2.2 Абиотические компоненты

3. Структура экосистемы

     3.1 Принципы функционирования экосистем

4. Разнообразие экосистем
5. Заключение
6. Список используемой литературы

1. Введение

     Экосистема (от греческого oikos — жилище, местопребывание и systema — сочетание, объединение), экологическая система, совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов. Термин «Экосистема» предложен А. Тенсли (1935), который считал, что экосистемы, «с точки зрения эколога, представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, — факторы местообитания в самом широком смысле». Он подчёркивал, что для экосистемы характерен «разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между органическим и неорганическим».

     Понятие «Экосистема» подходит к объектам разной сложности и размеров. Можно выделить экосистему пруда или озера в целом и в то же время различать экосистемы прибрежных зарослей водных растений или донной области. Массив леса — экосистема, в пределах которой находятся экосистемы почв разного типа, экосистема гниющего пня и т. д. Чаще под экосистемой понимают совокупность организмов и неживых компонентов среды их обитания, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот (с участием продуцентов, консументов и редуцентов). Термин «Экосистема» подходит и к искусственным экосистемам (сельскохозяйственные угодья, сады, парки, сооружения биологической очистки сточных вод и пр.). Экосистемы могут быть высокоустойчивыми, сохраняющими свои характерные особенности на протяжении длительного времени, или кратковременными (например, экосистемы эфемерных водоёмов). Независимо от степени сложности экосистема характеризуется видовым составом, численностью входящих в неё организмов, биомассой, соотношением отдельных трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и деструкции органического вещества. Пространственная разграниченность экосистемы может быть выражена более или менее отчётливо, а в отношении протекающих в них процессов круговорота они могут быть в большей или меньшей степени автономными. Существование экосистемы возможно лишь при притоке из окружающей среды не только энергии, но и большего или меньшего количества вещества. Все реальные экосистемы (в совокупности слагающие биосферу Земли) принадлежат к открытым системам.

     С середины 20 века (в значительной степени  в связи с остротой вставших перед человечеством экологических проблем) широко развернулись исследования по количественной оценке функциональных особенностей экосистем. Для понимания структуры, продуктивности и устойчивости экосистемы важно изучение трофических связей, через которые в экосистеме осуществляются процессы биологической трансформации вещества и энергии. Количественное определение интенсивности и эффективности этих процессов современными методами, в частности с помощью математического моделирования экосистемы, — необходимая основа решения актуальных вопросов рационального использования биологических ресурсов природы и сохранения среды обитания человека. Термин биогеоценоз часто употребляется в том смысле, который придаётся термину «Экосистема». Экосистема — широкое понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом, тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой. 
 
 

2. Состав  экосистемы

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. 

Давайте рассмотрим более подробно каждый из них.

2.1  Биотический  компонент экосистем

     Организмы в экосистеме связаны общностью  энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить  единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами.

     Движущей  силой этих круговоротов служит, в  конечном счете, энергия Солнца. Фотосинтезирующие  организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического, компонента, такие, как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.

Энергия может существовать в виде различных  взаимопревращаемых форм, таких, как  механическая, химическая, тепловая и  электрическая энергия. Переход одной формы в другую называется преобразованием энергии.

Таким образом, все живые организмы  – это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистемы.

Фактически  живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы – они используют свет и  химическую энергию.

Изучение  потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистем.

     Пищевые цепи и трофические уровни

     Внутри  экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.

2.2  Абиотический  компонент экосистемы

     Абиотический, т.е. неживой, компонент экосистемы подразделяется на эдафические (почвенные), климатические, топографические и  другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений и огня.

     Важнейшими  составляющими абиотического компонента экосистемы помимо почв являются климатические  и топографические факторы. Кроме  того, в абиотический компонент может  входить наличие волн, гейзеров, вулканов и прочие экзотические факторы.

     К климатическим факторам относят  свет, температуру, влажность и т. п. На интенсивность света влияет широта местности, время дня и года, а также наклон поверхности по отношению к горизонтали. Под действием света в растениях происходят фотосинтез и транспирация, благодаря свету животные видят. Организмы, живущие в областях с выраженной сменой времён года, выработали различные реакции на периодические изменения освещённости (у растений – цветение, опадание листьев, у животных – миграция, зимняя спячка).

     К абиотическим факторам среды обитания живых организмов относятся также факторы рельефа (топография). Влияние топографии тесно связано с другими абиотическими факторами, так как она может сильно сказываться на местном климате и развитии почвы.

     Главным топографическим фактором является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средние температуры, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количество осадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных, обуславливая вертикальную зональность. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Структура экосистемы

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1. климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;
2. неорганические вещества, включающиеся в круговорот;
3. органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;
4. продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;
5. макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;
6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

     Сообщества  организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическим связями. Растения могут существовать только за счёт постоянного поступления  в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей, Гетеротрофы  живут за счёт автотрофов, но нуждаются  в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода. В любом конкретном местообитании запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов, так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.

     Для поддержания круговорота веществ  в системе необходимо наличие  запаса неорганических молекул в  усвояемой форме и трех функционально  различных экологических групп  организмов: продуцентов, консументов  и редуцентов.

     Продуцентами  выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счёт неорганических соединений.

     Консументы - это гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов н, трансформирующие его в новые формы.

     Редуценты живут за счет мертвого органического  вещества, переводя его вновь в  неорганические соединения. Классификация  эта относительна, так как и  консументы, и сами продуценты выступают  частично в роли редуцентов, в течение жизни выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.

     В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена - консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например в тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, и их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.

     Для естественной экосистемы характерны три  признака: 

- экосистема  обязательно представляет собой  совокупность живых и неживых компонентов;

- в рамках  экосистемы осуществляется полный  цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

- экосистема  сохраняет устойчивость в течение  некоторого времени, что обеспечивается  определенной структурой биотических  и абиотических компонентов.

     Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера. Масштабы экосистем различны: микросистемы (например, болотная кочка, дерево, покрытый мхом камень или пень, горшок с цветком и т.п.), мезоэкосистемы (озеро, болото, песчаная дюна, лес, луг и т.п.), макроэкосистемы (континент, океан и т.п.).

  Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических. Важным следствием иерархической организации экосистем является то, что по мере объединения компонентов в более крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такое наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями, называют эмерджентностью. Эмерджентные свойства экологической системы представляют собой не простой переход количества в качество, а являются особой формой интеграции, подчиняющейся иным законам формообразования, функционирования и эволюции. Такие качественно новые, эмерджентные свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом уровне: он должен быть изучен непосредственно. Например, молекула обладает иными свойствами, чем составляющие ее атомы, в то время как скопление атомов, не объединенных в молекулы, не даст представления о качестве молекулы, а механическое сосредоточение всех необходимых для построения организма молекул, даже отдельных органов, не дает качества организма. Принцип эмерджентности имеет важное значение для экологического мышления: одно дерево не может составить леса, разрозненные деревья - тоже; лес возникает лишь при определенных условиях - достаточной густоте древостоя, соответствующей флоре и фауне, сформированных сообществах взаимосвязанных организмов, живущих на данной территории, и при других условиях, то есть эмерджентные свойства возникают в результате изменения природы этих компонентов, а не в результате изменения их количества. Части не склеиваются, а интегрируются, обуславливая появление новых, до этого отсутствовавших свойств.

Принципы  функционирования экосистем.

     Первый  принцип функционирования экосистем:

1. Получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Этот  принцип гармонирует с законом  сохранения массы. Поскольку атомы  не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых различных соединениях и запас их практически неограничен. Именно это и происходит в природных экосистемах.

2. Существование экосистем любого ранга и вообще жизни на Земле обусловлено постоянным круговоротом веществ, который, в свою очередь, поддерживается постоянным притоком солнечной энергии. В этом состоит второй основной принцип функционирования экосистем:

     Экосистемы  существуют за счет не загрязняющей среду  и практически вечной солнечной  энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

     Таким образом, устойчивость природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Грозящая всему человечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которым должна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человека выведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразия взаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивое состояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед за ней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шанс приспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и, скорее всего, исчезнет первым.

4. Разнообразие экосистем

   Благодаря невероятному разнообразию жизни на Земле, в природе практически нет абсолютно сходных особей, популяций, видов и экосистем. В то же время природные соо6щества могут включать сотни и тысячи видов; от микроскопических бактерий до огромных тысячелетних деревьев и многотонных животных. На первый взгляд, усложнение экосистемы, в частности, ее видового состава, должно было бы негативно отражаться на устойчивости сообщества, Однако практические наблюдения полностью опровергают это предположение.

   Вначале приведем ряд правил и принципов, которые 6удут спосо6ствовать более глубокому пониманию причин устойчивости природных систем различной сложности.

     Правило внутренней непротиворечивости: в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания.

Согласно  этому правилу виды в естественной природе не могут разрушать среду  своего обитания, так как это вело бы их к самоуничтожению. Напротив, деятельность растений и животных направлена на создание (поддержание) среды, пригодной не только для их жизни, но и потомства.

     Принцип системной дополнительности: подсистемы одной природной системы в  своем развитии обеспечивают предпосылку  для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему.

     Закон экологической корреляции: в экосистеме, как и в любом другом целостном  природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все входящие в него виды живого и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу.

     Выпадение одной части системы (например, уничтожение  какого-либо вида) неминуемо ведет  к исключению всех тесно связанных  с этой частью системы других ее частей. Понимание закона экологической  корреляции особенно важно в аспекте сохранения видов живого: они никогда не исчезают изолированно, т.е. в одиночку, но всегда взаимосвязанной группой.

Чрезвычайно высокое видовое разнообразие живых  существ в природе обеспечивает, в свою очередь, следующие свойства сложных систем, которыми являются биоценозы.

     Одним из основных условий существования сложных систем служит их спосо6ность к саморегуляции, которая возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной о6ратной связи состоит в том, что отклонение системы от нормального состояния приводит в действие такие присущие ей механизмы, которые пытаются возвратить ее в норму. Так, возрастание численности жертв приводит к увеличению численности хищников и паразитов. Рост плотности популяции выше определённого уровня, в свою очередь, так изменяет связи внутри вида, что падает его воспроизводительная способность или усиливается рассредоточение осо6ей в пространстве.

Подчеркнем, что саморегуляция осуществляется тем успешнее, чем выше разноо6разис  видов в биоценозах и чем сложнее  структура популяций.

Главные функции биоценоза в экосистеме, такие как создание органического  вещества, его разрушение и регуляция  численности видов, обеспечиваются множеством видов организмов, которые  в своей деятельности подстраховывают друг друга. Так, разложение целлюлозы - компонента растительных тканей - спосо6ны осуществлять самые различные организмы: специализированные бактерии, различные виды грибов, личинки насекомых, дождевые черви и т.д. Отсюда становится понятным, что численность насекомых могут сдерживать многорядные хищники, при более высокой численности - специализированные паразиты, при еще более высокой - воз6удители инфекционных за6олеваний или же ужесточение конкурентной 6орь6ы и внутрипопуляционные взаимоотношения.

     Все вышеизложенное позволяет сделать  очень важный вывод: главное условие  устойчивости всей жизни на Земле  состоит в наличии биологического разнообразия.

     5. Заключение

     В данном реферате мы рассмотрели состав, структуру и разнообразие экосистем. Вспомним основные моменты.

     Понятие «Экосистема» подходит к объектам разной сложности и размеров.

     В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. 

     Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото-ихемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты[4], формирующиетрофическую структуру экосистемы.

     Абиотический, т.е. неживой, компонент экосистемы подразделяется на эдафические (почвенные), климатические, топографические и  другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений и огня.

     Рассмотрели принципы функционирования экосистем, разнообразие экосистем и их утройчивость. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Список используемой литературы

1. Биологический энциклопедический словарь 
   / Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 
   2-е изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986. — 864 с., ил., 30 л. ил.
2. Биология в таблицах и схемах. Для школьников и абитуриантов.

Онищенко  А.В.  издание 2-е, СПБ, ООО «Виктория  плюс», 2010. 128 стр.

Другие  источники информации

1. http://burenina.narod.ru
2. http://www.biocenose.ru
3. http://old.college.ru/biology
4. http://ru.wikipedia.org