Искусственные экосистемы и роль консументов в этих экосистемах

В экосистеме можно выделить два компонента − биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото - и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества − консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом ⦋2, с 504⦌.

Основные компоненты 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; органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии; 

3) продуценты − организмы, создающие первичную продукцию; 

4) макроконсументы, или фаготрофы, − гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества; 

5) 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.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

биофаги −организмы, поедающие других живых организмов, сапрофаги − организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Согласно функциональной классификации живых организмов, их подразделяют на три основные группы: продуцентов, консументов, редуцентов.

Первые продуцируют органические вещества из неорганических, вторые подвергают их различным преобразованиям, миграции, концентрации и т.д., а третьи – разрушают в процессе минерализации до образования простейших неорганических соединений. Рассмотрим роль этих групп организмов в круговороте веществ более подробно.

Продуценты.

К группе продуцентов относятся автотрофы (фототрофы – в основном растения, и хемотрофы – преимущественно некоторые бактерии). В наземных экосистемах продуценты являются доминантами по массе, численности (не всегда) и энергетической роли в экосистемах. В водных экосистемах по биомассе они могут и не доминировать, однако по численности и роли в сообществе остаются доминантами.

Результатом деятельности продуцентов в экосистемах является валовая биологическая продукция − суммарная или общая продукция особей, сообществ, экосистем или биосферы в целом, включая расходы на дыхание. Если исключить расход энергии на обеспечение жизнедеятельности самих продуцентов, то остается чистая первичная продукция. На всей территории суши она составляет 110-120 млрд. т сухого вещества, а моря 50-60 млрд. т. Первичная валовая продукция в два раза больше. Количество валовой (и чистой) первичной продукции экосистем и биосферы в целом определяется проективным покрытием территории продуцентами (максимально – до 100% в лесах, и даже более, поскольку существует ярусность, и одни продуценты находятся под пологом других), и эффективностью фотосинтеза, которая очень низка. Для образования биомассы используется лишь около 1% солнечной энергии, поступившей на поверхность растительного организма, обычно существенно меньше.

Отличить искусственную экосистему от природной довольно просто, особенно если знать ее основные характеристики.

• Искусственные экосистемы в основном являются гетеротрофами, т.е. потребляют готовую пищу. Это в свою очередь негативно влияет на окружающую среду, ведь такие экосистемы лишь потребляют ресурсы, не давая ничего взамен.

• Искусственные экосистемы негативно влияют на экологию и окружающую среду в целом. Они истощают почву, загрязняют воздух, потребляют большое количество кислорода и воды.

• Как правило, искусственные экосистемы потребляет больше кислорода, чем могут произвести. Выделяя в атмосферу большое количество парниковых газов, они негативно влияют на экологию и климат.

• Имеют ограниченное количество видов.

• Довольно неустойчивы, т.к. полностью зависят от вмешательства и контроля человека. Такие экосистемы не могут выжить в таких условиях, в которых природные экосистемы будут процветать и развиваться.

• Не могут иметь стабильную замкнутую цепь обмена веществ из-за малого видового разнообразия и общей неустойчивости системы.

• Используют больше воды, чем естественные экосистемы и провоцируют загрязнение различных водоемов.

Консументы − организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые продуцентами, но в ходе потребления, не доводящие разложение органических веществ до простых минеральных составляющих. К ним относятся все растительноядные, паразитические и хищные животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения.

В экосистемах консументы играют роль управляющего звена. Различают консументы первого (растительноядные животные), второго и других порядков (хищники и паразиты) ⦋7, с. 78⦌.

Искусственные экосистемы − это экосистемы, созданные человеком, например, агроценозы, природно-хозяйственные системы или Биосфера.

Искусственные экосистемы имеют тот же набор компонентов, что и естественные: продуценты, консументы и редуценты, но есть существенные отличия в перераспределении потоков вещества и энергии. В частности, созданные человеком экосистемы отличаются от естественных следующим:

1. меньшим числом видов и преобладанием организмов одного или нескольких видов (низкая выравненность видов);

2. невысокой устойчивостью и сильной зависимостью от энергии, вносимой в систему человеком;

3. короткими цепями питания из-за небольшого числа видов;

4. незамкнутым круговоротом веществ вследствие изъятия урожая (продукции сообщества) человеком.

Агроэкосистемы − сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат её составляющих на поля для обеспечения круговорота минеральных и органических веществ. В правильно спланированные агроэкосистемы, кроме пашен, входят пастбища или луга и животноводческие комплексы.

Видовое разнообразие в агроэкосистемах значительно беднее, чем в биогеоценозах, так как в них обычно культивируется один (пшеница на пшеничном поле) или несколько (ягодные кустарники в саду) видов растений. В связи с этим резко сокращается численность и разнообразие животных и микроорганизмов, жизнь которых тесно связана с жизнью растений. Сокращается число звеньев в цепях питания. 

Круговорот веществ в агроэкосистемах незамкнутый, поскольку ежегодно первичная продукция, производимая растениями (урожай), не поступает в цепи питания. В результате уменьшается содержание органических и минеральных веществ в почве. Это приводит к необходимости ежегодного внесения в почву удобрений как дополнительного источника веществ и энергии.