Biologija na liceju. Zakoni organizacije ekosistema Ali lahko rastline delujejo kot potrošniki

Vsak niz organizmov in anorganskih komponent, v katerih se lahko vzdržuje kroženje snovi, imenujemo ekološki sistem ali ekosistem.
Naravni ekosistemi so lahko različnih prostornin in dolžin: majhna mlaka s svojimi prebivalci, ribnik, ocean, travnik, gozdiček, tajga, stepa - vse to so primeri ekosistemov različnih velikosti. Vsak ekosistem vključuje živi del - biocenozo in njeno fizično okolje. Manjši ekosistemi so del vedno večjih, vse do splošnega ekosistema Zemlje. Splošni biološki cikel snovi na našem planetu je sestavljen tudi iz medsebojnega delovanja številnih več posebnih ciklov.
Ekosistem lahko zagotovi kroženje snovi le, če vključuje štiri za to potrebne sestavine: zaloge biogenih elementov, proizvajalce, porabnike in razkrojevalce.
Proizvajalci so zelene rastline, ki iz biogenih elementov, torej bioloških produktov, ustvarjajo organsko snov s pomočjo tokov sončne energije.
Potrošniki – potrošniki tega organska snov spreminjajo v nove oblike. Živali običajno delujejo kot potrošniki. Razlikujemo potrošnike prvega reda - rastlinojede vrste in drugega reda - mesojede živali.
Razkrojevalci - organizmi, ki končno uničijo organske spojine v mineralne. Vlogo razkrojevalcev v biocenozah opravljajo predvsem glive in bakterije, pa tudi drugi majhni organizmi, ki predelujejo odmrle ostanke rastlin in živali.
Življenje na Zemlji poteka že približno 4 milijarde let, neprekinjeno prav zato, ker se odvija v sistemu bioloških kroženj snovi. Osnova tega je fotosinteza rastlin in prehranjevalni odnosi organizmov v biocenozah.
Biološki cikel snovi pa zahteva stalno porabo energije.

Za razliko od kemični elementi, večkrat vpletena v živa telesa, energije sončnih žarkov, ki jo zadržujejo zelene rastline, organizmi ne morejo uporabljati v nedogled.
Po prvem zakonu termodinamike energija ne izgine brez sledu, ampak se shranjuje v svetu okoli nas, vendar prehaja iz ene oblike v drugo. Po drugem zakonu termodinamike vsako transformacijo energije spremlja prehod njenega dela v stanje, ko je ni več mogoče uporabiti za delo. V celicah živih bitij energija, ki zagotavlja kemične reakcije, pri vsaki reakciji se delno spremeni v toploto, toploto pa telo odvaja v okoliški prostor. Kompleksno delo celic in organov tako spremljajo izgube energije iz telesa. Vsak cikel kroženja snovi, odvisno od aktivnosti članov biocenoze, zahteva vedno več energije.
Tako se življenje na našem planetu odvija kot nenehno kroženje snovi, ki ga podpira pretok sončne energije. Življenje ni organizirano le v biocenozah, ampak tudi v ekosistemih, v katerih tesna povezava med živimi in neživimi sestavinami narave.
Raznolikost ekosistemov na Zemlji je povezana tako z raznovrstnostjo živih organizmov kot s pogoji fizičnega, geografskega okolja. Tundra, gozd, stepa, puščava ali tropske skupnosti imajo svoje značilnosti bioloških ciklov in povezav z okolju. Izjemno raznoliki so tudi vodni ekosistemi. Ekosistemi se razlikujejo po hitrosti bioloških ciklov in po skupni količini snovi, vključene v te cikle.
Osnovno načelo stabilnosti ekosistema - kroženje snovi, podprto s pretokom energije - v bistvu zagotavlja neskončen obstoj življenja na Zemlji.
Po tem principu trajnostno umetni ekosistemi in proizvodne tehnologije, ki varčujejo z vodo ali drugimi viri. Kršitev usklajenega delovanja organizmov v biocenozah običajno povzroči resne spremembe v ciklih snovi v ekosistemih. To je glavni razlog za tako okoljske katastrofe, kot padec rodovitnosti tal, zmanjšanje pridelka rastlin, rast in produktivnost živali, postopno uničenje naravnega okolja.

Konec. Glej št. 16, 17/2002

"Močvirje kot ekosistem"

močvirska mirta(Chamaedaphna calycalata) ima običajno višino približno 25 cm, včasih do 1 m, tako kot divji rožmarin se tudi nove poganjke mirte vsako leto pojavijo le iz obnovitvenih popkov na vrhovih lanskoletnih vej. Cveti maja z majhnimi belimi cvetovi, zbranimi v apikalnih enostranskih ščetkah. Mirta ima drugo ime - kasandra. Kasandra v mitologiji Antična grčija Hči trojanskega kralja Priama. Od Apolona, ​​ki je bil vanjo zaljubljen, je prejela dar vedeževanja, a ker je zavrnila njegovo ljubezen, je bila kaznovana z dejstvom, da nihče ni verjel njenim napovedim, čeprav so se vedno uresničile.

Podbel-belolist (Andromeda polifolia) - majhen (do 30 cm) zimzeleni grm z ozkimi dolgimi listi, raste na bolj zalivanih območjih močvirja. Ko mahovi sfagnumi rastejo, razvijejo obilno razvejane naključne korenine, skoncentrirane v najvišji plasti mahu. Latinsko ime Podbele - Andromeda - je povezano z grško mitologijo. V času vladavine Kefeja, etiopskega kralja, se je pojavila morska pošast, ki je opustošila državo in jedla ljudi. Kefey, da bi se znebil kazni bogov, se je odločil žrtvovati svojo lepo hčerko Andromedo. Toda vanjo zaljubljeni Perzej je premagal pošast, rešil dekle in se z njo poročil. Od takrat je Andromeda zacvetela od sreče. Podbel cveti z nežnimi rožnatimi zvončki od aprila do junija in obarva še zbledelo močvirje v rožnato barvo.

Heather(Calluna vulgaris) - močno razvejan zimzeleni grm visok od 30 cm do 1 m, gosti čopiči številnih majhnih vijoličnih cvetov, ki se nahajajo na vrhovih poganjkov, se običajno pojavijo pozno, julija-avgusta, vendar ostanejo na grmovju dolgo časa. Goščave tega okrasnega grma nestrpno obiskujejo čebele in druge žuželke. Heather med je trpek in grenak.

V močvirjih najdemo več vrst. bombažna trava(Eriophorum), ki pripada družini šašev ( Cyperaceae). To so zelišča visoka 30-50 cm, ime izhaja iz belih pufov, ki se po cvetenju pojavijo na koncih stebel. Bombažna trava cveti aprila-maja z neopaznimi cvetovi. Namesto cvetnih listov so ravne, gladke, neopazne ščetine, ki se proti koncu cvetenja močno podaljšajo. Oblikujejo belo puhasto krtačo, na dnu katere ležijo črni trikotni plodovi. Skupaj s puhovi semena prenaša veter na velike razdalje.

Problem pomanjkanja mineralne prehrane so nekatere cvetnice rešile s prehodom na žužkojede, tj. uporaba skupaj z avtotrofnimi in heterotrofnimi vrstami prehrane. Takšne rastline vključujejo rosike, pemfigus in metulje. V močvirju sta pogosti dve vrsti rosike– angleščina(Drosera anglica) In okroglolistni(D. rotundifolia) - razlikujejo se po obliki listov, ki jim služijo kot lovilne naprave. Pri angleški rosiki so dolgopecljati, suličasti, pri okroglolistni so zaobljeni. Obstajajo različne vrste rosike in habitatni pogoji. Okrogla rosika ima raje suha mesta in soseščino bora. Angleška rosika je bolj vlagoljubna in raste na poplavljenih kotanjah z vodostajem vsaj 2 cm od površine.

Rosika je trajnica. Zgodaj spomladi se na površini pojavi popek, ki prezimi v debelini mahu in povzroči nastanek listov, pa tudi dolg pecelj s socvetjem majhnih belih cvetov. Za odstranitev ledvic se rosika vsako pomlad razraste do debeline povečanega mahovnega pokrova. Iz ohranjenih rozet rosike lahko natančno izmerimo večletno rast sfagnuma.

Listi rosike obeh vrst so prekriti s številnimi (do 200 na vsakem listu) rdečimi žlezastimi dlakami s kapljicami svetle tekočine, podobne rosi. Od tod tudi ime rastline (iz grščine drosos- rosa). Žleze na dlakah začnejo v stiku z žrtvijo izločati prebavno tekočino, ki vsebuje snovi, ki so po sestavi podobne pepsinu v človeškem želodcu. Rosika asimilira samo beljakovine, ne potrebuje maščob in ogljikovih hidratov. Proces prebave je zelo počasen, več dni. Poskusi z rosico so pokazali, da je občutljivost žlez rosike veliko večja od občutljivosti živčnih končičev na konici človeškega jezika.

Ko se približamo obrobju visokih barij, kjer tečejo z minerali obogatene vode, lahko opazimo rastline, prilagojene mezotrofni prehrani: močvirska kala, trilistna ura, močvirski petoprstnik in druge.

Naloga 8. Ugotovite pripadnost odkritih rastlinskih vrst družinam. Izpolni tabelo.

Najpogostejši predstavnik drevesnega sloja na visokem barju je navadni bor(Pinus sylvestris). Vendar njeno rast zavirajo obilica vode, majhna količina mineralnih hranil in pomanjkanje kisika v šoti. Borovi, ki rastejo v močvirjih, se od višinskih razlikujejo po zgradbi, o čemer so govorili v začetku 20. stoletja. je napisal V.N. Sukačev. Imajo krajše iglice, v katerih je več smolnih prehodov, manjše storže in semena, drugačno obliko debla. Njihov les je gost, zato se dolgo ne zruši, letni obroči so tanki, rast stebla v višino pa je zelo počasna.

Naloga 9. Vizualno določite višino bora in izračunajte starost po vrtinah na steblih. Primerjajte starost in višino rastlin na bolj suhih in vlažnih delih gredice.

Od drugih rastlin v močvirjih je mogoče najti puhasta breza(Betula pubescens), ki skupaj z borom tvori redke gozdne sestoje. Višina breze in premer njenega debla sta odvisna od mesta rasti.

Naloga 10. Določite plastenje rastlin visokega barja. V ustrezne stolpce tabele zapiši imena rastlinskih vrst.

Odgovorite na vprašanje: kako bi razložili omejeno vrstno sestavo vegetacije močvirskega ekosistema?

5. Potrošniki

Četrta etapa ekskurzije je posvečena vrstni pestrosti konzumentov in njihovi prilagoditvi na okolje. Favna nevretenčarjev je raznolika in odvisna od habitata: jezera (vodne površine, vodnega stolpca, dna in pridnenih usedlin), lesne vegetacije in odprtega prostora.

Pred začetkom zgodbe o entomofavni močvirij učitelj učencem razdeli tabele. 1 in 2 ter jih prosi, da med ekskurzijo izpolnijo prazne stolpce - vpišejo imena obravnavanih in rodovno opredeljenih živali ali z znakom »+« označijo prisotnost določene skupine živali (nalogi 11 in 12) .

Favno nevretenčarjev je priporočljivo začeti opazovati iz jezera.

Na gladini vode lahko učenci opazijo plenilske žuželke, ki se hranijo z majhnimi živalmi, ki po nesreči pristanejo na vodni gladini. Te žuželke vključujejo velik vodni strider(Gerris rufoscutellatus) In oklepni vodni strider(G. thoracicus), in vrtavke(Gurinus). Te žuželke imajo vodne ličinke, katerih razvoj ni nujno povezan s tem posebnim rezervoarjem. To potrjuje dejstvo, da v močvirskih jezerih ni ustreznih pogojev za razvoj omenjenih žuželk. Torej, na primer, ličinka vrtinca ima trahealne škrge in živi v spodnjem substratu, ki je v močvirnih razmerah zelo osiromašen s kisikom; Jajčeca navadno odlagajo na liste vodnih rastlin, listov višjih vodnih rastlin, primernih za oprijemanje, pa v jezerih ni.

Posebna skupina razmeroma velikih in zelo aktivnih plenilcev je smutiji(Notonecta glauca) in različne vrste veslači(Corixa). Gladysh živi v skoraj površinskih plasteh, ker. dovod zraka, ki ga nosi s seboj, močno poveča plovnost. Veslači so manj mobilni. Pod elitrami nosijo zalogo zraka in lahko dlje ostanejo pod vodo. Te vrste potrebujejo potopljeno ali plavajočo vodno vegetacijo, na katero se lahko pritrdijo. Te žuželke so lahko tudi selivke, saj zvečer aktivno leti.

V vodnem stolpcu vodne pršice različni tipi sestavljajo veliko skupino vodnih plenilcev, ki plenijo predvsem majhne nižje rake (daphnia, cyclops itd.), Pa tudi ličinke majhnih žuželk. Te potrošniške vrste zaradi svoje absolutne neužitnosti zapirajo kratke prehranjevalne verige.

Študija globokih (več kot 1 m) prizemnih plasti vode in pridnenih usedlin kaže na revščino favne. To je posledica nizke temperature vode in visoke kislosti, ki ne prispeva k bakterijski razgradnji sedimentov spodnjih rastlin in nasičenosti okolja s kisikom. Mikroskopske študije takšnih usedlin razkrivajo amebe s silikatnimi lupinami ( Arcella). V barjanskem ekosistemu so te vrste detritivori. Malo verjetno je, da boste lahko srečali vodne mehkužce, saj se njihove apnenčaste lupine hitro razgradijo kislo okolje. Posledično bo težko odkriti tudi predstavnike kolobarjev – pijavke, glavne porabnike vodnih mehkužcev.

Učenci nato nadaljujejo po grebenu, učitelj pa govori o nevretenčarjih, ki živijo zunaj vode.

Mikroskopske pršice, predstavniki razreda pajkovcev, živijo v površinski plasti sphagnuma. V spodnjih slojih mahu živijo kolobarji, mali raki in tardigradke, ki nimajo pomembne vloge pri nastajanju tal. Ker barjansko vegetacijo visokega barja predstavljajo pretežno brjofiti in vetroprašne cvetnice, se bodo žuželke opraševalke pojavljale občasno. Vklopljeno močvirski petoprstnik(Comarum palustre) najdete nekatere vrste čmrljev, pa tudi čebele in čmrljeve muhe. Na meji med močvirjem in gozdom bo nastopil mejni učinek, pričakovati je mogoče večjo pestrost žuželk opraševalcev, povezanih z nekaterimi krmnimi rastlinami.

Visoka barja so gojišče različnih vrst »nemalaričnih« komarjev. Za dijake bo zanimivo izvedeti, da je z metodo opazovanja označenih osebkov ugotovljena naselitev komarjev iz rezervoarja na razdalje do 18 km. Močvirne razmere neprimerne za vrste Anopheles medtem ko ličinke komarjev Culex predstavljajo glavni člen v prehranski verigi. Učitelj zna poimenovati značilnosti rodov komarjev Culex in Anopheles. Pomembno je opozoriti učence, da pri odraslih komarjih obstaja diferenciacija hrane po spolu, zaradi česar samci in samice pripadajo različnim trofčnim nivojem. Samci so porabniki 1. reda, hranijo se z rastlinskimi sokovi; samice so kot krvosesne žuželke porabniki naslednjih redov v drugih prehranjevalnih verigah.

Odprt prostor nad močvirjem je odlično lovišče za kačje pastirje, ki so aktivni plenilci, ki hrano iščejo med letom. Pogosteje kot drugi v močvirju lahko srečate jasno vidno veliko kačji pastir ravno(Libellula depressa), pa tudi podobno kačji pastir štiripikčasti(L.quadrimaculatum), ki ima bolj podolgovat trebuh in nepočrnele osnove prvega para kril.

Znano je, da gredo vsi kačji pastirji skozi fazo ličinke nepopolne preobrazbe v vodi. Ličinke dihajo z v vodi raztopljenim kisikom s pomočjo notranjih (rektalnih) škrg (kačji pastirji) ali s pomočjo treh zunanjih trahealnih trebušnih škrg (kačji pastirji). Ličinke vseh vrst kačjih pastirjev so aktivni plenilci, včasih pa njihov plen postanejo precej velike vodne živali - paglavci, ribje mladice. Zaradi pomanjkanja kisika v vodi in pomanjkanja preskrbe s hrano pa so ličinke kačjih pastirjev v močvirskem ekosistemu redke.

Po grebenu proti robu močvirja učitelj govori o drevesnih škodljivcih in prikazuje škodo, ki jo povzročajo. Na visokem barju raste nekaj dreves v depresivnem stanju: navadni bor, puhasta breza, vrbe. Z njimi so povezani nekateri potrošniki rastlinskih proizvodov.

Sledi velike pegaste in črne žolne kažejo, da so borovci okuženi z ličinkami mrene. Njihove ličinke in "zibelke" najdete pod odmrlim lubjem. Pod lubjem mrtvih borovcev je jasno vidna rjavkasta moka. tipograf podlubnik(Ips typographus), ki se nahajajo vzporedno z osjo drevesa, materničnimi prehodi in številnimi letalnimi luknjami. Pod lubjem odmrlih borovcev lahko opazimo tudi dvonožne grabežljive stonoge.

Lubje nekaterih brez je naluknjano brezova beljava(Scolytus ratzeburgi) je največji predstavnik družine podlubnikov ( Ipidae). Brezove uši in gosenice moljev se vedno nahajajo na listih breze.

Na brezi in boru lahko opazimo tudi druge aktivne porabnike rastlinskih proizvodov - gosenice brezove in borovke, ki jih zlahka ločimo od gosenic Lepidoptera po vizualnih značilnostih: dobro definirane preproste oči, 11 parov nog (8 trebušnih + 3 prsne) .

In končno, če pogledate liste breze in vrbe, lahko najdete sledi dejavnosti majhnih žuželk, njihovih ličink, pa tudi pršic. To so sledi ugrizov, grizljanja, razjedanja mezofila (miniranja), t.j. vse tisto, kar navadno ob bežnem pregledu uide očesu.

S premikanjem po grebenu do roba močvirja lahko učitelj učencem pokaže rezultat dela črne mravlje na lesu nekaterih smrek. Hkrati se osrednji del debla na njihovi podlagi pogosto spremeni v pergamentni prah.

Učitelj lahko študentom priporoči, da med ekskurzijo naberejo majhen herbarij poškodovanih listov, nato pa v laboratoriju določijo vrste njihovih potrošnikov. Podobno je v laboratorijskih pogojih koristno upoštevati populacijo sphagnum mahov - mikroskopskih rastlinojedih in plenilskih pršic.

Še enkrat je treba opozoriti, da je dvignjeno barje edinstvena skupnost, kjer lahko rastline delujejo kot potrošniki 2. in celo 3. reda: rosika, ki raste vzdolž grebenov, in pemfigus v jezerih.

Zgodba o porabnikih močvirskega ekosistema bi bila nepopolna, če ne bi omenili vretenčarjev. Njihova vrstna pestrost je relativno majhna. Porabniki jezer, ki plavajo blizu gladine, in leteče žuželke so ribniške žabe (Rana esculenta), katerih številčnost poleti je neposredno odvisna od biomase zgoraj omenjenih žuželk. Na določeni razdalji od roba vode - na grebenih - sta dve tesno povezani vrsti: travna žaba(R. temporaria) In barjanska žaba(R.arvalis). Zastopan je razred plazilcev živorodni kuščar(Lacerta viviparia) In navadni gad(Vipera berus), katerih prezimovališča so omejena na visoka barja.

Od ptic na dvignjenem barju v moskovski regiji lahko srečate mlakarica(Anas platyrhynchos), ki je porabnik 1. reda. Predstavljeni so porabniki 2. reda navadna kukavica(Cuculus canorus), lovljenje žuželk v zraku, nekatere vrste žoln, travniška konica(Anthus pratensis), pastirice(Motacilla sp.), zbiranje majhnih nevretenčarjev s površja. Na meji močvirja in gozda je možno srečati s siskin(spinus spinus) In ovsena kaša-remez(Emberiza rustica). Treba je opozoriti, da prehranjevalna baza večine naštetih vrst ptic ni omejena na nevretenčarje in rade uživajo tudi rastlinske popke, njihova semena in jagode, kar je upravičeno v razmerah slabe prehrane, ki jih ponuja močvirski ekosistem. Ptice ujede so v moskovski regiji redke, njihovo ekološko nišo (potrošniki 3. reda) pa očitno zasedajo galebi(Larus minute). Od sesalcev je možno obiskati močvirje los(Alces alces).

6. Reduktorji

Vloga razkrojevalcev v barjanskem ekosistemu ni tako velika kot v drugih ekosistemih, kar je posledica posebnosti abiotskih dejavnikov. Še vedno pri koreninah nekaterih kritosemenke lahko vidite mikorizo. Poleti in jeseni v močvirju rastejo plodišča različnih gob (jeseni - jurčki in jurčki). Delovanje bakterij v močvirjih je zmanjšano, saj. fenoli, ki jih izločajo mahovi, zavirajo mikrobiološke procese. Nizka stopnja razgradnje organske snovi pa prispeva h kopičenju šote v ekosistemu barja.

Glede na to, da je tura precej dolga in poučna, teoretična osnova organizacijo močvirskega ekosistema lahko podamo pred njo pri razredni uri.
Za preverjanje znanja pridobljene na ekskurziji, učitelj učencem podeli naloge. Naloge lahko opravite v skupinah in nato razpravljate v razredu. S kreativnim pristopom k izpolnjevanju naloge lahko učenci naredijo risbe, kolaže, diagrame.

Naloge za preverjanje znanja, pridobljenega na ekskurziji

1. Dokaži, da je močvirje ekosistem.
2. Dokaži, da je močvirje ekosistem, ki je stabilen v času.
3. Naredite opis močvirja kot ekosistema po načrtu: značilnosti tal, vodni režim, značilnosti flore in favne.
4. Predstavljajte si, da ste med sprehodom po gozdu na poti srečali močvirje. Kaj boste storili, da določite njegovo vrsto? Na podlagi česa lahko ločimo gorsko barje od nižinskega?
5. Na dveh ali treh primerih pokažite prilagodljivost rastlin na abiotske dejavnike močvirja.
6. Nariši diagram prehranjevalne mreže prebivalcev visokega barja.
7. Seminar na temo "Vrednota, raba in varstvo mokriškega ekosistema"

Priprave na seminar se začnejo dva tedna pred izvedbo. Na stojnici Raziskovanještudenti« so objavljeni naslov teme seminarja, seznam vprašanj in seznam priporočene literature. Študentom so na voljo naslednje teme za pripravo sporočil.

1. Vloga močvirij pri uravnavanju hidrološkega režima pokrajine.
2. Vloga močvirij pri uravnavanju geokemičnih procesov v biosferi.
3. Vloga močvirij pri ohranjanju biološke in krajinske pestrosti biosfere.
4. Uporaba močvirja s strani človeka.

Za nadzor poteka priprave na seminar učitelj izvaja posvetovanja, med katerimi analizira in popravlja opravljeno delo, daje priporočila in pregleduje opravljene naloge.

Seminar se začne z uvodnim govorom učitelja, ki oblikuje glavne cilje lekcije, poda Kratek opis temo, poudarja njen praktični pomen. S pomočjo herbarijskega materiala, tabel, diapozitivov učitelj aktivira znanje, ki so ga učenci pridobili na ekskurziji o močvirju kot ekosistemu. Učenci se spomnijo osnovnih odnosov med rastlinami in živalmi v ekosistemu. Učenci s pomočjo učitelja oblikujejo sklep, da se v prehranjevalnih verigah biogeocenoze organske snovi sintetizirajo in večkrat preoblikujejo, zaradi česar pride do neprekinjenega kroženja snovi v biosferi.

Nato učitelj učence seznani z biološko produktivnostjo močvirij, razkrije glavne razlike med pravim rastjem gozdov in močvirij. Če je v gozdu prava rast koncentrirana na drevesih (rastejo), potem se v močvirju spremeni v šoto za približno 10–20%. Zaradi tega rastejo močvirja. Preostanek rasti (80–90 %) se razgradi, razdeli na kemične elemente in vstopi v naslednji cikel. Snovi, ki so prešle v šoto, so izločene iz kroženja snovi v naravi.

V poročilih študentov o biosfernih funkcijah močvirskega ekosistema so obravnavani naslednji pomeni močvirja.

1. Nastanek podzemne vode in virov podzemne vode.
2. Regulacija odtoka poplavnih voda.
3. Zaščita pred vdorom slane vode v podzemno in površinsko sladko vodo.
4. Zadrževanje suspendiranih delcev.
5. Kopičenje živalskih hranil.
6. Odstranjevanje strupenih snovi.
7. Globalno shranjevanje ogljika.
8. Vzdrževanje mikroklime.
9. Ohranjanje rastlinskih in živalskih habitatov, vključno z redkimi vrstami.

V zgodbah učencev o praktičnem pomenu močvirja je treba zastaviti vprašanja človekove rabe:

- zdravilne rastline;
– genski sklad nekaterih rastlinskih in živalskih vrst za selekcijo;
- jagode in gobe.

Učenci se lahko pogovarjajo tudi o različnih uporabah šote (gradbeništvo, papirništvo, kmetijstvo, medicina, gorivo).

Učitelj dopolni sporočila učencev z zgodbo o načinih pridobivanja šote (mletje, izkop, hidravlični), otroke opozori na negativne posledice melioracije. Na koncu pregleda lastnosti šote učitelj govori o sposobnosti šote, da ohrani predmete človeškega življenja, sledi materialne kulture.

Za utrjevanje preučene snovi učitelj pred začetkom pouka ponudi učencem naslednja vprašanja, na katera morajo odgovoriti ob koncu pouka (ali doma).

1. Zakaj se gladina podzemne vode z izsuševanjem močvirij zniža?
2. Kako močvirja uravnavajo odtok poplavne vode?
3. Obstaja mnenje, da so gozdovi pljuča planeta, potoki in reke so njegov obtočni sistem, močvirja pa delujejo kot jetra in pljuča na Zemlji. Se strinjate s to trditvijo? Svoj odgovor utemelji.
4. Kako lahko kopičenje hranilnih snovi in ​​odstranjevanje strupenih snovi v talni sedimenti močvirja?
5. Katere rastlinske in živalske vrste, ki živijo v močvirju, so navedene v rdeči knjigi?
6. Kako razumete trditev, da je močvirje globalno skladišče ogljika?
7. Kako lahko izginjanje močvirij prispeva k učinku tople grede?

Fitofagi in mesojedi

Struktura žive snovi ekosistema. Biotska struktura. Avtotrofi in heterotrofi

Ekosistem. Lastnosti ekosistema

Homeostaza ekosistema. ekološka nasledstva. Vrste naravnih in antropogenih sukcesij. Koncepti klimaksa, stabilnosti in variabilnosti ekosistemov.

populacije v ekosistemu.

Proizvajalci. Porabniki I, II reda. Detritofagi. Reduktorji.

Fitofagi in mesojedi.

Struktura žive snovi ekosistema. Biotska struktura. Avtotrofi in heterotrofi.

Ekosistem. Lastnosti ekosistema.

Tema 3. Ekosistem. Struktura ekosistemov

Bioporaba. Velikost prebivalstva in trajnost biosfere

Pojma noosfera in tehnosfera

Izraz "ekosistem" je leta 1935 predlagal angleški ekolog A. Tensley.

Ekosistem je vsak niz medsebojno delujočih živih organizmov in okoljskih pogojev.

»Vsaka enota (biosistem), ki vključuje vse sodelujoče organizme (biotsko skupnost) na določenem območju in je v interakciji s fizičnim okoljem na tak način, da pretok energije ustvarja natančno definirane biotske strukture in kroženje snovi med živimi in neživimi. -živi deli, je ekološki sistem, oz ekosistem«(Yu. Odum, 1986).

Ekosistemi so na primer mravljišča, gozdna območja, kmetije, koče vesoljska ladja, geografsko pokrajino ali celo ves svet.

Ekologi uporabljajo tudi izraz "biogeocenoza", ki ga je predlagal ruski znanstvenik V.N. Sukačev. Ta izraz se nanaša na celoto rastlin, živali, mikroorganizmov, tal in atmosfere na homogenem kopnem. Biogeocenoza je ena od možnosti ekosistema.

Med ekosistemi, pa tudi med biogeocenozami, običajno ni jasnih meja in en ekosistem postopoma prehaja v drugega. Veliki ekosistemi so sestavljeni iz manjših ekosistemov.

riž. "Matrjoška" ekosistemov

Na sl. prikazana je "matrjoška" ekosistemov. Manjši kot je ekosistem, tesneje medsebojno delujejo organizmi, ki ga sestavljajo. Organizirana ekipa mravelj živi v mravljišču, v katerem so porazdeljene vse obveznosti. Obstajajo mravlje lovci, stražarji, gradbeniki.

Ekosistem mravljišča je del gozdne biogeocenoze, gozdna biogeocenoza pa del geografske krajine. Sestava gozdnega ekosistema je bolj zapletena, v gozdu skupaj živijo predstavniki številnih vrst živali, rastlin, gliv in bakterij. Povezave med njimi niso tako tesne kot pri mravljah v mravljišču. Mnoge živali v gozdnem ekosistemu preživijo le del svojega časa.

Znotraj pokrajine so različne biogeocenoze povezane z nadzemnim in podzemnim gibanjem vode, v kateri so raztopljene mineralne snovi. Voda z mineralnimi snovmi se najintenzivneje giblje v povodju - rezervoarju (jezeru, reki) in pobočjih, ki mejijo nanj, iz katerih se v ta rezervoar stekajo nadzemne in podzemne vode. Ekosistem porečja zajema več različnih ekosistemov – gozd, travnik, njive. Organizmi vseh teh ekosistemov morda nimajo neposrednih odnosov in so povezani s podzemnimi in nadzemnimi vodnimi tokovi, ki se premikajo v rezervoar.

Znotraj pokrajine se prenašajo semena rastlin, premikajo se živali. Lisičja luknja ali volčji brlog se nahaja v eni biogeocenozi, ti plenilci pa lovijo na velikem območju, sestavljenem iz več biogeocenoz.

Pokrajine so združene v fizične in geografske regije (na primer Ruska nižina, Zahodnosibirska nižina), kjer različne biogeocenoze povezuje skupno podnebje, geološka zgradba ozemlje in možnost ponovne naselitve živali in rastlin. Odnosi med organizmi, vključno s človekom, v ekosistemih fizičnogeografske regije in biosfere se izvajajo s spremembami plinske sestave ozračja in kemična sestava rezervoarji.

Končno so vsi ekosistemi sveta povezani z ozračjem in svetovnim oceanom, v katerega vstopajo produkti vitalne dejavnosti organizmov in tvorijo eno samo celoto - biosfera.

Ekosistem vključuje:

1) živi organizmi (njihovo celoto lahko imenujemo biocenoza ali biota ekosistema);

2) neživi (abiotski) dejavniki - ozračje, voda, hranila, svetloba;

3) mrtve organske snovi - detritus.

Za razporeditev ekosistemov so še posebej pomembni trofični , tj. prehranska razmerja organizmov, ki uravnavajo celotno energijo biotskih združb in celotnega ekosistema kot celote.

Prvič, vsi organizmi so razdeljeni v dve veliki skupini - avtotrofe in heterotrofe.

avtotrofni organizmi za svoj obstoj uporabljajo anorganske vire in s tem ustvarjajo organsko snov iz anorganske snovi. Takšni organizmi vključujejo fotosintetične zelene rastline kopnega in vodnega okolja, modrozelene alge, nekatere bakterije zaradi kemosinteze itd.

Ker so organizmi precej raznoliki po vrstah in oblikah prehranjevanja, vstopajo med seboj v zapletene trofične interakcije in tako opravljajo najpomembnejše ekološke funkcije v biotskih združbah. Nekateri od njih proizvajajo izdelke, drugi porabljajo, tretji pa ga spreminjajo v anorgansko obliko. Imenujemo jih proizvajalci, potrošniki in razkrojevalci.

Proizvajalci- proizvajalci produktov, s katerimi se potem hranijo vsi drugi organizmi - to so kopenske zelene rastline, mikroskopske morske in sladkovodne alge, ki proizvajajo organske snovi iz anorganske spojine.

Potrošniki so porabniki organske snovi. Med njimi so živali, ki uživajo samo rastlinsko hrano - rastlinojedci(krava) ali uživanje samo mesa drugih živali - mesojedci(plenilci), pa tudi tisti, ki uporabljajo oboje - “ vsejedi« (človek, medved).

Reduktorji (destruktorji)- restavratorji. Snovi iz odmrlih organizmov vračajo nazaj v neživo naravo, organske snovi razgrajujejo na preproste anorganske spojine in elemente (na primer na CO 2 , NO 2 in H 2 O). Vračanje v tla oz vodno okolje biogenih elementov, s tem zaključijo biokemični krog. To počnejo predvsem bakterije, večina drugih mikroorganizmov in gliv. Funkcionalno so razkrojevalci enaki porabniki, zato jih pogosto imenujemo mikropotrošniki.

A.G. Bannikov (1977) meni, da imajo žuželke pomembno vlogo tudi pri razgradnji odmrle organske snovi in ​​pri procesih nastajanja tal.

Mikroorganizme, bakterije in druge kompleksnejše oblike glede na habitat delimo na aerobna, tj. živijo v prisotnosti kisika in anaerobno bivanje v okolju brez kisika.

Vsa živa bitja so glede na način prehranjevanja razdeljena v dve skupini:

avtotrofi(iz grščine. avtomobili- sebe in trofo- prehrana);

heterotrofi(iz grščine. heteros- drugo).

Avtotrofi uporabite anorganski ogljik ( anorganski viri energije) in sintetizirajo organske snovi iz anorganskih, ti so proizvajalci ekosistema. Glede na izvorno (porabljeno) energijo pa jih delimo tudi v dve skupini:

Fotoavtotrofi- sončna energija se uporablja za sintezo organskih snovi. To so zelene rastline, ki imajo klorofil (in druge pigmente) in absorbirajo sončno svetlobo. Proces, pri katerem se absorbira, se imenuje fotosinteza.

(Klorofil je zeleni pigment, ki povzroči, da je barva rastlinskih kloroplastov zelena. Z njegovo udeležbo se izvaja proces fotosinteze.

Horoplasti so zeleni plastidi, ki jih najdemo v rastlinskih celicah in nekaterih bakterijah. Uporabljajo se za fotosintezo.)

Kemoavtotrofi uporabljajo za sintezo organskih snovi kemična energija. To so žveplove in železove bakterije, ki pridobivajo energijo z oksidacijo žveplovih in železovih spojin (kemosinteza). Kemoavtotrofi imajo pomembno vlogo le v ekosistemih podzemne vode. Njihova vloga v kopenskih ekosistemih je relativno majhna.

Heterotrofi uporabljajo ogljik organskih snovi, ki jih sintetizirajo proizvajalci, in skupaj s temi snovmi prejemajo energijo. Heterotrofi so potrošniki(iz lat. consumo- zaužijem), zaužijem organske snovi in razkrojevalci, ki ga razgradi na preproste spojine.

Fitofagi(rastlinojedci). Sem spadajo živali, ki se hranijo z živimi rastlinami. Fitofagi vključujejo tako majhne živali, kot so listne uši ali kobilice, kot velikane, kot so sloni. Fitofagi vključujejo skoraj vse kmetijske živali: krave, konje, ovce, zajce. Med vodnimi organizmi so fitofagi, na primer amur, ki jedo rastline, ki preraščajo namakalne kanale. Pomemben fitofag - bober. Hrani se z vejami dreves, iz debel pa gradi jezove, ki uravnavajo vodni režim ozemlja.

Zoofagi(plenilci, mesojedci). Zoofagi so raznoliki. To so majhne živali, ki se prehranjujejo z amebami, črvi ali raki. In velike, kot volk. Plenilke, ki se hranijo z manjšimi plenilci, imenujemo plenilke drugega reda. Obstajajo plenilske rastline (rosa, pemfigus), ki uporabljajo žuželke kot hrano.

Simbiotrofi. To so bakterije in glive, ki se hranijo s koreninskimi izločki rastlin. Simbiotrofi so zelo pomembni za življenje ekosistema. Nitke gliv, ki prepletajo korenine rastlin, pomagajo pri absorpciji vode in mineralov. Simbiotrofne bakterije absorbirajo plinasti dušik iz ozračja in ga vežejo v rastlinam dostopne spojine (amoniak, nitrati). Ta dušik se imenuje biološki (v nasprotju z dušikom mineralnih gnojil).

Med simbiotrofe sodijo tudi mikroorganizmi (bakterije, enoceličarji), ki živijo v prebavnem traktu fitofagnih živali in jim pomagajo pri prebavi hrane. Živali, kot so krave, brez pomoči simbiotrofov ne morejo prebaviti trave, ki jo jedo.

Detritofagi so organizmi, ki se hranijo z odmrlo organsko snovjo. To so stonoge, deževniki, hrošči, raki, raki, šakali in številni drugi.

Nekateri organizmi za hrano uporabljajo tako rastline kot živali in celo detritus in so evrifagi (vsejedi) – medved, lisica, prašič, podgana, kokoš, vrana, ščurki. Evrifage so tudi moški.

razkrojevalci- organizmi, ki so po svojem položaju v ekosistemu blizu detritofagom, saj se prav tako prehranjujejo z odmrlo organsko snovjo. Razkrojevalci – bakterije in glive – pa organske snovi razgradijo do mineralnih spojin, ki se vrnejo v talno raztopino in jih ponovno uporabijo rastline.

Reduktorji potrebujejo čas za obdelavo trupel. Zato je v ekosistemu vedno detritus - zaloga mrtve organske snovi. Detritus je listje na površini gozdnih tal (ostane 2–3 leta), deblo podrtega drevesa (ostane 5–10 let), talni humus (ostane več sto let), usedline organske snovi na dnu. jezero - sapropel - in šota v močvirju (ohranjena tisočletja). Najdlje obstojna detritusa sta premog in nafta.

Na sl. prikazana je struktura ekosistema, ki temelji na rastlinah - fotoavtotrofih, v tabeli pa so prikazani primeri predstavnikov različnih trofičnih skupin za nekatere ekosisteme.

riž. Struktura ekosistema

Organske snovi, ki jih ustvarijo avtotrofi, služijo kot hrana in vir energije za heterotrofe: konzumenti fitofagov jedo rastline, plenilci prvega reda jedo fitofage, plenilci drugega reda jedo plenilce prvega reda itd. To zaporedje organizmov se imenuje prehranjevalna veriga, njegove povezave se nahajajo na različnih trofičnih ravneh (predstavljajo različne trofične skupine).

Trofična raven je lokacija vsakega člena v prehranjevalni verigi. Prvi trofični nivo so proizvajalci, vsi ostali so potrošniki. Druga trofična raven so rastlinojedi potrošniki; tretji so mesojedi potrošniki, ki se hranijo z rastlinojedimi oblikami; četrti - potrošniki, ki uživajo druge mesojede živali itd. zato je možno deliti porabnike po nivojih: porabniki prvega, drugega, tretjega itd. naročila (sl.).

riž. Prehranski odnosi organizmov v biogeocenozi

Samo potrošniki, specializirani za določeno vrsto hrane, so jasno razporejeni po nivojih. Vendar pa obstajajo vrste, ki se prehranjujejo z mesom in rastlinsko hrano (človek, medved itd.), Ki jih lahko vključimo v prehranjevalne verige na kateri koli ravni.

Na sl. podanih je pet primerov prehranjevalnih verig.

riž. Nekatere prehranjevalne verige v ekosistemih

Prvi dve prehranski verigi predstavljata naravne ekosisteme – kopenske in vodne. V kopenskem ekosistemu plenilci, kot so lisica, volk, orli, ki se hranijo z mišmi ali zemeljskimi vevericami, sklenejo verigo. V vodnem ekosistemu sončna energija, ki jo večinoma asimilirajo alge, preide na majhne porabnike - vodno bolho, nato na majhne ribe (ščurke) in na koncu na velike plenilce - ščuke, soma, ščuke. V kmetijskih ekosistemih je lahko prehranjevalna veriga popolna, ko se vzrejajo rejne živali (tretji primer), ali skrajšana, ko se gojijo rastline, ki jih človek neposredno uporablja kot hrano (četrti primer).

Zgornji primeri poenostavljajo resnično sliko, saj lahko isto rastlino pojedo različne rastlinojede živali, te pa postanejo žrtve različnih plenilcev. List rastline lahko poje gosenica ali polž, gosenica lahko postane žrtev hrošča ali žužkojede ptice, ki lahko hkrati kljuva hrošča samega. Hrošč lahko postane tudi žrtev pajka. Zato se v resnični naravi ne oblikujejo prehranjevalne verige, temveč prehranjevalne mreže.

Ko se energija premika z ene trofične ravni na drugo (od rastlin do fitofagov, od fitofagov do plenilcev prvega reda, od plenilcev prvega reda do plenilcev drugega reda), se približno 90 % energije izgubi z iztrebki in stroški dihanja. Poleg tega fitofagi pojedo le približno 10 % rastlinske biomase, preostanek dopolni zalogo detritusa, nato pa ga razkrojilci uničijo. Zato je sekundarna biološka proizvodnja 20-50-krat manjša od primarne.

riž. Glavne vrste ekosistemov

Vsaka množica organizmov in anorganskih sestavin, v katerih lahko poteka kroženje snovi, se imenuje ekosistem. Za vzdrževanje kroženja snovi v sistemu je potrebna zaloga anorganskih molekul v asimilirani obliki in tri funkcionalno različne ekološke skupine organizmov: proizvajalci, potrošniki in razkrojevalci.

Konzumenti (iz lat. Consume - uporabljati) so heterotrofni organizmi (vsa živa bitja, ki potrebujejo hrano organskega izvora), ki uživajo organsko snov proizvajalcev ali drugih konzumentov in jo spreminjajo v nove oblike.

Odvisno od virov energije so porabniki razdeljeni v tri glavne razrede:

- fitofagi(rastlinojedci) so porabniki 1. reda hranjenje izključno z živimi rastlinami. Na primer, ptice jedo semena, popke in liste.

• - plenilci(mesojedci) - Porabniki 2. reda ki se prehranjujejo izključno z rastlinojedimi živalmi (fitofagi), pa tudi porabniki 3. reda ki se hranijo le z mesojedci.
• - evrifage(vsejedi), ki lahko jedo tako rastlinsko kot živalsko hrano. Primeri so prašiči, podgane, lisice, ščurki in ljudje.

Izraz "potrošnik (prvega, drugega in tako naprej) reda" vam omogoča, da natančneje označite mesto organizma v prehranski verigi. Reducenti (na primer glive, gnilobne bakterije) so tudi heterotrofi, od potrošnikov se razlikujejo po sposobnosti popolne razgradnje organskih snovi (beljakovin, ogljikovih hidratov, lipidov in drugih) v anorganske (ogljikov dioksid, amoniak, sečnina, vodikov sulfid) , ki zaključuje krogotok snovi v naravi, ustvarja substrat za dejavnosti proizvajalcev.

En organizem je lahko porabnik različnih redov v različnih trofičnih verigah, na primer sova, ki jedo miško, je porabnik drugega in tretjega reda, miš pa prvega in drugega reda, saj miš poje obe rastlini. in rastlinojedih žuželk.

Vedno je zaslediti prisotnost štirih medsebojno povezanih blokov: proizvajalec - potrošnik prvega reda - potrošnik drugega reda - razkrojevalnik. To je funkcionalna veriga, ki je mišljena, ko govorimo o trofičnih ali prehranjevalnih verigah v ekosistemu.

Ekološka vloga potrošnikov sestoji iz predelave biomase, ki jo kopičijo proizvajalci, in ustvarjanja nove, dodatne biomase. Na račun proizvajalcev povečajo svojo biomaso, pri čemer seveda porabijo del energije za zagotovitev svoje življenjske dejavnosti, zlasti pa jo v takšni ali drugačni obliki sproščajo v okolje (slika 36 - 3). Pravzaprav prerazporejajo snov in energijo v času in prostoru.

Potrošniki ne uporabljajo samo biomase predhodnikov za povečanje lastne, ampak jo pogosto preprosto uničijo in s tem olajšajo življenje razkrojevalcem.

Splošni pomen potrošnikov v kroženju snovi samosvoj in dvoumen. V procesu neposrednega kroženja niso potrebni: umetni zaprti modelni sistemi, sestavljeni iz zelenih rastlin in talnih mikroorganizmov, v prisotnosti vlage in mineralnih soli lahko zaradi fotosinteze, uničenja rastlinskih ostankov in vključevanja sproščenih elementov v novo cikel. Toda to je mogoče le v stabilnih laboratorijskih pogojih. V naravnem okolju se poveča verjetnost smrti tako preprostih sistemov zaradi številnih vzrokov. »Garanti« stabilnosti cikla so predvsem potrošniki.

V procesu lastne presnove heterotrofi razgradijo organske snovi, ki jih dobijo v sestavi hrane, in na tej osnovi gradijo snovi lastnega telesa. Preoblikovanje snovi, ki jih predvsem proizvajajo avtotrofi v potrošniških organizmih, vodi do povečanja pestrost žive snovi. Raznolikost je nujen pogoj za stabilnost vsakega kibernetskega sistema glede na zunanje in notranje motnje (Ashbyjev princip) Živi sistemi - od organizma do biosfere kot celote - delujejo po kibernetskem principu povratne zveze. V nadaljevanju se bomo večkrat srečali s pomenom različnih oblik biološke raznovrstnosti (biološke heterogenosti) za trajnostno delovanje ekosistemov.

Za živali, ki predstavljajo večino potrošniških organizmov, je značilna mobilnost, sposobnost aktivnega gibanja v prostoru. Tako so učinkovito sodelujejo pri selitvi žive snovi, njegovo razpršenost po površini planeta, ki po eni strani spodbuja prostorsko poselitev življenja, po drugi strani pa služi kot nekakšen »garancijski mehanizem« v primeru uničenja življenja kjer koli zaradi zaradi različnih razlogov.

Primer takšnega »prostorskega jamstva« je znana katastrofa na pribl. Krakatau: zaradi vulkanskega izbruha leta 1883 je bilo življenje na otoku popolnoma uničeno, vendar se je v samo 50 letih obnovilo - zabeleženih je bilo približno 1200 vrst. Poselitev je potekala predvsem na račun Jave, Sumatre in sosednjih otokov, ki jih izbruh ni prizadel, od koder so rastline in živali na različne načine ponovno naselile otok, pokrit s pepelom in zmrznjeno lavo. Istočasno so se najprej (po 3 letih) pojavili filmi cianobakterij na vulkanskem tufu in pepelu. Proces vzpostavljanja trajnostnih skupnosti na otoku se nadaljuje; gozdne cenoze so še v zgodnjih fazah sukcesije in imajo močno poenostavljeno strukturo.

Upoštevajte, da je delitev živih organizmov na proizvajalce, porabnike in razkrojevalce prva stopnja biološke heterogenosti.

Končno je izjemno pomembna vloga potrošnikov, predvsem živali, saj regulatorji intenzivnosti pretoka snovi in ​​energije po trofičnih verigah. Sposobnost aktivne avtoregulacije biomase in hitrosti njenega spreminjanja na ravni ekosistemov in populacij posameznih vrst se na koncu realizira v obliki ohranjanja korespondence med hitrostmi nastajanja in uničevanja organske snovi v sistemih globalnega cikla. V takšnem regulativnem sistemu ne sodelujejo le potrošniki, ampak se slednji (zlasti živali) odlikujejo po najbolj aktivni in hitri reakciji na morebitne motnje v ravnovesju biomase sosednjih trofičnih ravni.

IN biocenozeŽivi organizmi so tesno povezani ne le med seboj, ampak tudi z nežive narave. Ta povezava se izraža skozi snov in energijo.

Kot veste, je metabolizem ena glavnih manifestacij življenja. govoriti sodobni jezik, organizmi so odprti biološki sistemi, saj so z okoljem povezani s stalnim pretokom snovi in ​​energije, ki poteka skozi njihova telesa. Materialna odvisnost živih bitij od okolja je bila spoznana že v stari Grčiji. Filozof Heraklit je ta pojav slikovito izrazil z naslednjimi besedami: »Naša telesa tečejo kot potoki in snov se v njih nenehno obnavlja, kot voda v potoku.« Materialno-energijsko povezanost organizma z okoljem je mogoče izmeriti.

Oskrba živih organizmov s hrano, vodo kisikom je pretok snovi iz okolju. Hrana vsebuje energijo, potrebno za delovanje celic in organov. Rastline absorbirajo energijo neposredno sončna svetloba, shranite v kemične vezi organske spojine, nato pa se prek prehranjevalnih odnosov prerazporedi v biocenozah.

V. N. Sukačev
(1880 – 1967)

Glavni ruski botanik, akademik
Utemeljitelj biogeocenologije - vede o naravnih ekosistemih

Pretok snovi in ​​energije skozi žive organizme v procesih presnove je izredno velik. Človek, na primer, v svojem življenju zaužije na desetine ton hrane in pijače, skozi pljuča pa več milijonov litrov zraka. Mnogi organizmi še intenzivneje sodelujejo z okoljem. Rastline porabijo od 200 do 800 ali več gramov vode za ustvarjanje vsakega grama svoje mase, ki jo črpajo iz zemlje in izhlapevajo v ozračje. Snovi, potrebne za fotosinteza, rastline pridobivajo iz zemlje, vode in zraka.

Ob taki intenzivnosti pretakanja snovi iz anorganske narave v živa telesa so zaloge spojin, potrebnih za življenje, hranila– bi bili že zdavnaj izčrpani na Zemlji. Življenje pa se ne ustavi, saj se biogeni elementi nenehno vračajo v okolje, ki obkroža organizme. To se zgodi v biocenozah, kjer zaradi prehranjevalnih odnosov med vrstami sintetizirajo rastline. organska snov se sčasoma spet razgradijo v takšne spojine, ki jih rastline lahko ponovno uporabijo. Tako je biološki cikel snovi.

Tako je biocenoza del še več kompleksen sistem, ki poleg živih organizmov vključuje tudi njihovo neživo okolje, ki vsebuje snov in energijo, potrebno za življenje. Biocenoza ne more obstajati brez materialno-energetskih povezav z okoljem. Kot rezultat, biocenoza predstavlja določeno enotnost z njim.

A. Tansley
(1871 – 1955)

Angleški botanik je v znanost uvedel koncept "ekosistema".

Vsaka kombinacija organizmov in anorganskih sestavin, v kateri je mogoče vzdrževati kroženje snovi, se imenuje ekološki sistem, oz ekosistem.

Naravni ekosistemi so lahko različnih prostornin in dolžin: majhna mlaka s svojimi prebivalci, ribnik, ocean, travnik, gozdiček, tajga, stepa - vse to so primeri ekosistemov različnih velikosti. Vsak ekosistem vključuje živi del - biocenozo in njeno fizično okolje. Manjši ekosistemi so del vedno večjih, vse do splošnega ekosistema Zemlje. Splošni biološki cikel snovi na našem planetu je sestavljen tudi iz medsebojnega delovanja številnih več posebnih ciklov. Ekosistem lahko zagotovi kroženje snovi le, če vključuje štiri za to potrebne sestavine: zaloge biogenih elementov, proizvajalci, potrošniki in razkrojevalci(slika 1).

riž. 1. Nujne sestavine ekosistema

Proizvajalci- to so zelene rastline, ki iz biogenih elementov, torej bioloških produktov, ustvarjajo organsko snov s pomočjo tokov sončne energije.

Potrošniki- porabniki te organske snovi, ki jo predelujejo v nove oblike. Živali običajno delujejo kot potrošniki. Razlikujte potrošnike prvega reda - rastlinojede vrste in drugega reda - mesojede živali.

razkrojevalci- organizmi, ki končno razgradijo organske spojine v mineralne. Vlogo razkrojevalcev v biocenozah opravljajo predvsem glive in bakterije ter drugi majhni organizmi, ki predelujejo odmrle ostanke rastlin in živali (slika 2).

riž. 2. Uničevalci odmrlega lesa (bronzovka in njena ličinka; jelenček in njena ličinka; velika hrastova mrena in njena ličinka; metulj dišeči črv in njegova gosenica; rdeča ploščata hrošček; stonoga kisjak; črna mravlja; lesna uš; deževnik)

Življenje na Zemlji poteka že približno 4 milijarde let, neprekinjeno prav zato, ker se odvija v sistemu bioloških kroženj snovi. Osnova tega je fotosinteza rastlin in prehranjevalni odnosi organizmov v biocenozah. Biološki cikel snovi pa zahteva stalno porabo energije. Za razliko od kemičnih elementov, ki so vedno znova vpleteni v živa telesa, energije sončnih žarkov, ki jo zadržujejo zelene rastline, organizmi ne morejo uporabljati v nedogled.

Po prvem zakonu termodinamike energija ne izgine brez sledu, ampak se shranjuje v svetu okoli nas, vendar prehaja iz ene oblike v drugo. Po drugem zakonu termodinamike vsako transformacijo energije spremlja prehod njenega dela v stanje, ko je ni več mogoče uporabiti za delo. V celicah živih bitij se energija, ki zagotavlja kemične reakcije, med vsako reakcijo delno pretvori v toploto, toploto pa telo odvaja v okoliški prostor. Kompleksno delo celic in organov tako spremljajo izgube energije iz telesa. Vsak cikel kroženja snovi, odvisno od aktivnosti članov biocenoze, zahteva vedno več energije.

Tako se življenje na našem planetu izvaja kot stalno cikel snovi podprt pretok sončne energije.Življenje ni organizirano le v biocenoze, ampak tudi v ekosisteme, v katerih obstaja tesna povezava med živimi in neživimi sestavinami narave.

Raznolikost ekosistemov na Zemlji je povezana tako z raznovrstnostjo živih organizmov kot s pogoji fizičnega, geografskega okolja. Tundra, gozd, stepa, puščava ali trop skupnosti imajo svoje značilnosti bioloških ciklov in odnosov z okoljem. Izjemno raznoliki so tudi vodni ekosistemi. Ekosistemi se razlikujejo po hitrosti bioloških ciklov in po skupni količini snovi, vključene v te cikle.

Osnovno načelo stabilnosti ekosistema - kroženje snovi, podprto s pretokom energije - v bistvu zagotavlja neskončen obstoj življenja na Zemlji.

Po tem principu je mogoče organizirati tako trajnostne umetne ekosisteme kot proizvodne tehnologije, v katerih se varčuje z vodo ali drugimi viri. Kršitev usklajenega delovanja organizmov v biocenozah običajno povzroči resne spremembe v ciklih snovi v ekosistemih. To je glavni razlog za tako okoljske katastrofe, kot padec rodovitnosti tal, zmanjšanje pridelka rastlin, rast in produktivnost živali, postopno uničenje naravnega okolja.