Курс лекцій для студентів неекологічних спеціальностей

Структурні особливості екосистем є результатом їхнього розвитку. Окремим випадком еволюції екосистем є сукцесія.

Сукцесія – послідовна зміна біогеоценозів (екосистем) на одній і тій же території під впливом природних факторів або діяльності людини. Початковою точкою такого розвитку при розгляді сукцесій зручно вважати ділянки, які повністю не заняті будь-якими живими організмами (поля лави, оголення грунту після зсуву, свіжі річкові наноси і т. п.).

Є первинна сукцесія – процес розвитку і зміни на раніше незаселених ділянках, що починається з їх колонізації (поява лишайника на скелях, подальше руйнування гірської породи).

Вторинна сукцесія – відновлення існуючої на певній території екосистеми (після вогню, вирубування лісів).

Основними природними екосистемами землі є:

Суходоли:

• Тундра;
• Хвойні ліси помірної зони;
• Листяні ліси помірної зони;
• Степи;
• Тропічна та субтропічна злакова рослинність;
• Савана;
• Пустелі;
• Вічнозелений тропічний вологий ліс;
• Болота;
• Луки.

Екосистеми водойм:

• Стоячі водойми: озера і ставки;
• Екосистеми текучої води: річки і струмки;
• Екосистеми континентального шельфу (прибережні території океану до глибини приблизно 200 м, багаті на рослинний і тваринний світ).
• Естуарії – затоплена дельта ріки, що має безпосередній вихід у відкрите море чи океан (прісна вода розтікається по поверхні естуарію, а солона вода опускається вниз).

Для характеристики екосистем застосовують поняття «біологічна продуктивність» – це кількість органічної речовини (рослинної і тваринної біомаси, створеної екосистемою за одиницю часу на одиницю площі (грам на метр квадратний за добу, або кілограм на метр квадратний за рік).

Розрізняють первинну біологічну продукцію, яку створюють рослини, і вторинну, яку створюють гетеротрофи (консументи в результаті переробки рослинної і тваринної біомаси.

За продуктивністю екосистеми поділяють на:

• екосистеми найвищої продуктивності (тропічні вологі ліси) – 2000-3000 г/м2 зарік;
• екосистеми високої продуктивності (листяні ліси помірної зони та луки) – 1000-2000 г/м2 за рік;
• екосистеми помірної продуктивності (степи та чагарники) – 250-1000 г/м2 за рік;
• екосистеми низької продуктивності (пустелі, напівпустелі, тундра) – менше 250 г/м2 за рік.

Середня біологічна продуктивність біосфери не перевищує 300 г/м2 за рік, тобто за площею переважають низькопродуктивні екосистеми пустель і океанів.

Тема: Біологічна продуктивність

Мета: Досягнути розуміння студентами головної функції живої речовини, значимості харчових зв’язків і форм взаємодії живих організмів для забезпечення стабільності і стійкості біосистем.

Контрольні питання теми

1. Автотрофне та гетеротрофне живлення, Біохімічні процеси автотрофного живлення.
2. Біологічна продуктивність, міра її, первинна та вторинна біологічна продукція, біомаса.
3. Трофічні ланцюги (продуценти, консументи, редуценти), значення їх в потоці енергії в Біосфері.
4. Трофічні рівні. Екологічні піраміди, види їх.
5. Екологічний контроль продуктивності, вплив абіотичних факторів на біологічну продуктивність
6. Ценотичний контроль продуктивності, форми взаємодії між живими організмами.
7. Стабільність та стійкість екосистем, основні категорії біологічного різноманіття, екологічний резерв екосистеми.
8. Стратегії виживання живих організмів: уникнення (ухилення) та адаптація, значення їх.

Все живе створюється в результаті біопродуційного процесу та є наслідком життєдіяльності організмів: живлення та розмноження рослин, тварин та мікроорганізмів.

Автотрофне та гетеротрофне живлення

Живі організми при багатьох рисах подібності не схожі стосовно способів створення органічної речовини та джерел отримання сировини та енергії, що необхідні для цього процесу.

При всьому розманітті живих істот реалізується два докорінно різних типа живлення: автотрофне та гетеротрофне. Організми з автотрофним типом живлення використовують для побудови свого тіла неорганічні сполуки, перетворюючи їх в органічні сполуки за рахунок зовнішніх видів енергії. Організми з гетеротрофним живленням не здатні самостійно синтезувати органічну речовину, вони отримують її в готовому вигляді, перетворюючи у специфічні органічні речовини свого тіла.

У суто хімічному плані автотрофне живлення полягає в утворенні молекул органічних сполук з окремих атомів хімічних елементів, або простих молекул неорганічних сполук. Зелені рослини а ході процесу живлення з вуглекислого газу та іонів мінеральних речовин утворюють макромолекули органічних речовин. Це вимагає обов’язкового притоку енергії, без якої автотрофне живлення неможливе.

В процесі еволюції у живих організмів з автотрофним типом живлення виробилися два біохімічних механізми, які забезпечують їх енергією. Це фотосинтез та хемосинтез.

Фотосинтез – процес утворення органічних речовин за рахунок використання енергії сонячної радіації. У фотосинтезуючих організмів для поглинання сонячної радіації сформувався комплекс пігментів, головним серед яких є хлорофіл. Він має здатність поглинати кванти сонячної енергії та направляти їх на синтез органічної речовини. Хлорофіл має зелений колір і тому вся група живих організмів, які мають хлорофіл, складають світ зелених рослин.. Усі зелені рослини є автотрофами, і всі вони використовують енергію сонця для забезпечення свого живлення. Процес фотосинтезу веде і до накопичення енергії (470 кДж/моль) в органічній речовині у вигляді енергії хімічних зв’язків, у яку перейшла вільна промениста сонячна енергія в процесі фотосинтезу.

Важливо, що в процесі фотосинтезу виділяється і кисень. Вважається, що первинна атмосфера нашої планети носила відновлювальний характер. До її складу входили азот, окис вуглецю, водень та інші гази. Надходження кисню до атмосфери Землі почалося тільки з появою зелених автотрофних рослин (3 млрд. років тому).

Хемосинтез – також процес утворення органічної речовини, але з використанням енергії хімічних реакції. Хемосинтез ведуть тільки мікроорганізми. Цей процес був відкритий С. М. Виноградським. Як джерело енергії