Экосистема

могут получать больше воды, чем от поступления ее с  осадками.  И  наоборот,

дождевая вода иногда сразу же становится недоступной  для организмов.

    Излучение  Солнца представляет собой  электромагнитные  волны  различной

длины. Оно совершенно необходимо живой природе, так  как  является  основным

внешним  источником  энергии.   Надо   иметь   в   виду   то,   что   спектр

электромагнитного излучения Солнца весьма широк  и его частотные диапазоны

различным образом  воздействуют на живое вещество.

    Для  живого вещества важны качественные  признаки света  -  длина   волны,

интенсивность и  продолжительность воздействия.

    Ионизирующее  излучение выбивает электроны  из атомов и присоединяет их к

другим атомам с образованием пар положительных  и  отрицательных  ионов.  Его

источником служат радиоактивные вещества,  содержащиеся  в  горных  породах,

кроме того, оно  поступает из космоса.

    Разные  виды живых организмов сильно  отличаются  по  своим  способностям

выдерживать большие  дозы  радиационного  облучения.  Как  показывают  данные

большей  части  исследований,  наиболее  чувствительны  к  облучению  быстро

делящиеся клетки.

    У высших  растений  чувствительность  к   ионизирующему  излучению  прямо

пропорциональна размеру  клеточного  ядра,  а  точнее  объему  хромосом  или

содержанию ДНК.

    Газовый  состав атмосферы также является  важным климатическим  фактором.

Примерно 3-3,5 млрд лет назад атмосфера  содержала  азот,  аммиак,  водород,

метан и водяной  пар,  а  свободный  ки-слород  в  ней  отсутствовал.  Состав

атмосферы в значительной степени определялся  вулканическими  газами.  Из-за

отсутствия  кислорода  не  существовало  озонового  экрана,   задерживающего

ультрафиолетовое излучение Солнца. С течением времени за  счет  абиотических

процессов  в  атмосфере  планеты  стал  накапливаться   кислород,   началось

формирование озонового  слоя.

    Ветер  способен даже изменять  внешний   вид  растений,  особенно  в   тех

местообитаниях, например в альпийских зонах,  где  лимитирующее  воздействие

оказывают другие факторы. Экспериментально показано, что  в  открытых  горных

местообитаниях  ветер  лимитирует  рост  растений:  когда  построили  стену,

защищавшую растения от ветра, высота растений увеличилась. Большое  значение

имеют бури, хотя их  действие  сугубо  локально.  Ураганы  и  обычные  ветры

способны переносить животных и растения на большие расстояния  и  тем  самым

изменять состав сообществ.

    Атмосферное  давление, по-видимому, не  является  лимитирующим  фактором

непосредственного действия, однако оно имеет прямое  отношение  к  погоде  и

климату, которые  оказывают непосредственное лимитирующее воздействие.

    Рассмотрим  далее факторы водной среды.

    Водные  условия  создают  своеобразную   среду   обитания   организмов,

отличающуюся от наземной прежде  всего  плотностью  и  вязкостью.  Плотность

воды примерно в 800 раз, а вязкость примерно в 55 раз  выше, чем  у  воздуха.

Вместе с плотностью и  вязкостью  важнейшими  физико-химическими  свойствами

водной  среды  являются:  температурная  стратификация,  то  есть  изменение

температуры  по  глубине   водного   объекта   и   периодические   изменения

температуры во времени, а также  прозрачность  воды,  определяющая  световой

режим под ее поверхностью: от  прозрачности  зависит  фотосинтез  зеленых  и

пурпурных водорослей, фитопланктона, высших растений.

    Как  и в атмосфере, важную роль  играет газовый состав  водной  среды.  В

водных  местообитаниях  количество  кислорода,  углекислого  газа  и  других

газов,  растворенных  в  воде  и   потому   доступных   организмам,   сильно

варьируется во  времени.  В  водоемах  с  высоким  содержанием  органических

веществ кислород является лимитирующим фактором первостепенной важности.

    Кислотность  - концентрация водородных ионов  (рН)  -  тесно  связана   с

карбонатной системой. Значение рН изменяется в диапазоне  от  0   рН  до  14:

при рН=7 среда нейтральная, при рН<7 - кислая, при  рН>7  -  щелочная.  Если

кислотность не приближается к  крайним  значениям,  то  сообщества  способны

компенсировать  изменения  этого  фактора  -  толерантность   сообщества   к

диапазону рН весьма  значительна.  В  водах  с  низким  рН  содержится  мало

биогенных элементов, поэтому продуктивность здесь крайне мала.

    Соленость  -  содержание  карбонатов,  сульфатов,  хлоридов  и  т.д.  -

является еще  одним значимым  абиотическим  фактором  в  водных  объектах.  В

пресных водах  солей мало,  из  них  около  80  %  приходится  на  карбонаты.

Содержание минеральных веществ в мировом океане  составляет  в среднем 35

г/л. Организмы  открытого океана обычно  стеногалинны,  тогда  как  организмы

прибрежных  солоноватых  вод  в  общем  эвригалинны.  Концентрация  солей  в

жидкостях  тела  и  тканях   большинства   морских   организмов   изотонична

концентрации солей  в морской воде, так что  здесь  не  возникает  проблем  с

осморегуляцией.

    Течение  не только сильно влияет на  концентрацию  газов  и  питательных

веществ, но  и  прямо  действует  как  лимитирующий  фактор.  Многие  речные

растения  и  животные  морфологически  и   физиологически   особым   образом

приспособлены к  сохранению своего положения в  потоке:  у  них  есть  вполне

определенные пределы  толерантности к фактору течения.

    Гидростатическое  давление  в  океане   имеет   большое   значение.   С

погружением в  воду на 10 м давление возрастает на 1 атм (105 Па) .  В  самой

глубокой части  океана  давление  достигает  1000  атм  (108  Па)  .  Многие

животные способны переносить резкие колебания  давления,  особенно,  если  у

них в теле нет  свободного воздуха.  В  противном  случае  возможно  развитие

газовой эмболии. Высокие  давления,  характерные  для  больших  глубин,  как

правило, угнетают процессы жизнедеятельности.

                      

                                    

                   Энергия и продуктивность  экосистем

    Итак, жизнь  в  экосистеме  поддерживается  благодаря  непрекращающемуся

прохождению  через  живое   вещество   энергии,   передаваемой   от   одного

трофического уровня к другому; при этом  происходит  постоянное  превращение

энергии из одних  форм в другие. Кроме того, при  превращениях  энергии  часть

ее теряется в  виде тепла.

    Весь  запас  энергии  сосредоточен  в  массе  органического   вещества  -

биомассе,  поэтому  интенсивность  образования  и  разрушения  органического

вещества на  каждом  из  уровней  определяется  прохождением  энергии  через

экосистему ( биомассу всегда можно выразить в единицах энергии) .

    Скорость  образования органического вещества  называют  продуктивностью.

Различают первичную  и вторичную продуктивность.

    В любой  экосистеме происходит образование   биомассы  и  ее  разрушение,

причем эти процессы всецело определяются жизнью низшего  трофического  уровня

- продуцентами. Все  остальные  организмы  только  потребляют  уже  созданное

растениями органическое  вещество  и,  следовательно,  общая  продуктивность

экосистемы от них не зависит.

    Высокие  скорости продуцирования биомассы  наблюдаются в  естественных  и

искусственных экосистемах  там,  где  благоприятны  абиотические  факторы,  и

особенно  при  поступлении  дополнительной  энергии  извне,  что   уменьшает

собственные  затраты  системы  на   поддержание   жизнедеятельности.   Такая

дополнительная  энергия  может  поступать  в  разной  форме:  например,   на

возделываемом  поле  -  в  форме  энергии  ископаемого  топлива  и   работы,

совершаемой человеком  или животным.

    Таким  образом, для обеспечения энергией  всех  особей  сообщества  живых

организмов экосистемы  необходимо  определенное  количественное соотношение

между  продуцентами,   консументами   разных   порядков,   детритофагами   и

редуцентами. Однако для  жизнедеятельности  любых  организмов,  а  значит  и

системы  в  целом,  только  энергии  недостаточно,  они  обязательно  должны

получать  различные  минеральные  компоненты,  микроэлементы,   органические

вещества, необходимые  для построения молекул живого вещества.

                       

                  Круговорот элементов  в экосистеме

    Откуда  изначально берутся в живом  веществе необходимые  для   построения

организма компоненты? Их поставляют в пищевую цепь  все  те  же  продуценты.

Неорганические  минеральные вещества и воду они  извлекают из почвы, CO2 -  из

воздуха,  и  из  образованной  в  процессе  фотосинтеза  глюкозы  с  помощью

биогенов строят далее  сложные  органические  молекулы  -  углеводы,  белки,

липиды, нуклеиновые  кислоты, витамины и т.п.

    Чтобы  необходимые элементы были  доступны  живым  организмам,  они   все

время должны быть в наличии.

    В этой  взаимосвязи реализуется закон  сохранения  вещества.  Его  удобно

сформулировать  следующим образом: атомы в  химических  реакциях  никогда  не

исчезают,  не  образуются  и  не  превращаются  друг  в  друга;  они  только

перегруппировываются  с  образованием   различных   молекул   и   соединений

(одновременно  происходит поглощение или выделение   энергии).  В  силу  этого

атомы могут использоваться в самых различных соединениях  и запас их  никогда

не истощается. Именно это  происходит  в  естественных  экосистемах  в  виде

круговоротов  элементов.  При  этом  выделяют   два   круговорота:   большой

(геологический)  и малый (биотический).

    Круговорот  воды является одним из грандиозных  процессов на  поверхности

земного  шара.  Он  играет  главную  роль  в  связывании  геологического   и

биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно  переходя  из  одного