Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах

Известный российский эколог Н.Ф. Реймерс отмечает что, жизнь может существовать только в процессе движения через организм потока веществ, энергии и информации.

Следует отметить, что, несмотря на единое генеральное направление этого процесса, его специфичность определяется особенностями экосистем.

В качестве примера можно привести скорость обновления такого важного элемента любой экосистемы как вода. Например, время обновления воды в биологическом организме измеряется часами, в атмосфере – днями, в озерах – годами, в подземных водах – сотнями лет, а в океанах – тысячелетиями.

Экосистема может обеспечить круговорот веществ, если включает:

1 – запас биогенных элементов;

2 – продуценты;

3 – консументы;

4 – редуценты.

Круговорот обеспечивается постоянным притоком солнечной энергии.

Поток веществосуществляется в следующем направлении: продуценты – консументы – редуценты. Хотя в ряде случае роль консументов бывает столь незначительна, что поток веществ протекает, минуя их: продуценты - редуценты. В качестве примера можно привести субтропические и тропические леса. В этих экосистемах первичная биологическая продукция (растительная масса) лишь частично используется консументами (животными и насекомыми) и в большей степени подвергается деструкции редуцентами (микроорганизмами, грибами, простейшими).

Поток энергиипроходит по трофическим уровням. В отличие от потока веществ, которые постоянно циркулируют по блокам экологических систем и могут входить вновь в круговорот, энергияможет быть использована один раз.

Причем, на каждом этапе передачи энергии посредством преобразования органического вещества, только 10% переходит на очередной уровень. (Эта закономерность в литературе называется закон или принцип Линдемана или правило 10%).

При этом, чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу накопленной в органическом веществе энергии. Это объясняет ограниченное количество (5-6) звеньев в пищевой цепи независимо от сложности и многообразия видового состава экосистем.

Прирост биомассы, созданный за единицу времени характеризует биологическую продуктивность экосистемы. Биомасса, образуемая продуцентами, определяется как первичная биомасса данной экосистемы.

В распределении живых организмов населяющих Землю по видовому составу наблюдается следующая закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов – беспозвоночные и только 4% - позвоночные. Из позвоночных животных млекопитающие составляют всего 10%.

В любых экосистемах, независимо от их размеров и сложности видового состава происходят изменения. Циклические изменения способствуют возвращению биоценозов экосистем в исходное состояние. Примерами таких изменений могут быть суточные, сезонные изменения, видовая многолетняя цикличность. Поступательные изменения (сукцессии) предполагают смену одного сообщества другим. Примером таких изменений может быть изменения состояния природного водоема по типу: озеро – болото-луг.

Экосистемы, находящиеся в данный момент в равновесном состоянии с окружающей средой называются климаксовыми.

Способность экосистемы поддерживать динамическое равновесие, сохраняя постоянство внутреннего состояния одновременно преодолевая сопротивление внешней среды называется гомеостазом.