Ekosystem

Spis treści:


1. Struktura funkcjonowania ekosystemu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Cykle biogeochemiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1. Obieg węgla w przyrodzie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2. Obieg azotu w przyrodzie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. Produktywność ekosystemów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4. Sukcesja ekologiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5. Przegląd wybranych ekosystemów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5.1. Las . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5.2. Torfowisko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.3. Jezioro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9



Literatura:

Ewa Pyłka-Gutowska „Ekologia z ochroną środowiska” Wydawnictwo Oświata Warszawa 2000


1. STUKTURA FUNKCJONOWANIA EKOSYSTEMU

Ekosystem to zespół żywych organizmów tworzących biocenozę łącznie ze wszystkimi elementami środowiska nieożywionego, czyli z biotopem. Każdy naturalny ekosystem stanowi układ otwarty i funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Energia przepływa jednokierunkowym strumieniem w układzie otwartym, materia natomiast krąży w ekosystemie w obiegu zamkniętym. Najważniejszym źródłem energii w ekosystemach jest energia słoneczna. Niecała docierająca energia zostaje skumulowana w organizmach. Część z niej jest wykorzystywana do podstawowych procesów metabolicznych i budowy własnych struktur organizmów, ale część tracona jest bezpowrotnie w postaci ciepła.
Do obiegu materii konieczna jest obecność producentów, konsumentów i reducentów, a przynajmniej producentów i reducentów. Dzięki producentom jest syntetyzowana materia organiczna. Konsumenci zjadają organizmy lub martwą materię organiczną. Destruenci (reducenci) rozkładają martwą materię organiczną i uwalniają nieorganiczne składniki pokarmowe dla producentów. Dzięki reducentom i procesom rozkładu:
- zamknięty jest obieg materii w przyrodzie, wpływający na wzrost i rozwój roślin,
- włączane są do obiegu składniki odżywcze,
- zachodzi produkcja pokarmu dla organizmów cudzożywnych.
Ekosystem dzielimy na:
- ekosystem autotroficzny to ekosystem, którego podstawą funkcjonowania jest obecność światła i materia organiczna zwana autochtoniczną, wytwarzana w procesie fotosyntezy głównie przez rośliny zielone. Przykładami takich ekosystemów są las, torfowisko, łąka, staw, jezioro.
- ekosystem heterotroficzny to ekosystem niepełny, niesamowystarczalny, pozbawiony producentów, w którym znajduje się materia pochodząca z zewnątrz, zwana materią allochtoniczną. Przykładem takiego ekosystemu jest jaskinia. Brak światła uniemożliwia występowanie roślin.


2. CYKLE BIOGEOCHEMICZNE

Cykle biogeochemiczne są to mniej lub bardziej zamknięte obiegi pierwiastków w przyrodzie. Do najważniejszych cykli biogeochemicznych należą obiegi: węgla, azotu, wody, tlenu, fosforu i siarki.


2.1. OBIEG WĘGLA W PRZYRODZIE

Węgiel (C) to podstawowy pierwiastek budulcowy związków organicznych. Węgiel jest włączany do obiegu w postaci CO2, który jest asymilowany przez autotrofy (rośliny zielone, bakterie samożywne). Dzięki istniejącym łańcuchom pokarmowym węgiel przechodzi od roślin do konsumentów I rzędu (roślinożerców), a następnie do konsumentów II rzędu (zwierząt mięsożernych). Węgiel wraca do obiegu jako CO2, powstający w procesie oddychania heterotrofów i autotrofów.


Obieg węgla w przyrodzie



Pyłka-Gutowska E: „Ekologia z ochroną środowiska” Wydawnictwo Oświata Warszawa 2000 strona 56


2.2. OBIEG AZOTU W PRZYRODZIE

Drugim ważnym pierwiastkiem biogennym jest azot (N). Azot należy do makroelementów i jest podstawowym pierwiastkiem wchodzącym w skład białek, a także kwasów nukleinowych. Azot atmosferyczny, pomimo że zawartość jego w powietrzu wynosi 78%, jest bardzo trudno dostępny dla roślin. Oprócz tego wolny azot atmosferyczny wiążą inne organizmy, jak np. bakterie tlenowe (Azotobacter) i beztlenowe (Clostridium). Przyswojony przez rośliny azot jest w postaci białka roślinnego wykorzystywany przez konsumentów. Produkty metabolicznych przemian białek i innych związków azotowych są wydalane przez zwierzęta jako amoniak, mocznik i kwas moczowy.


Obieg azotu w przyrodzie




Wg. Umińskiego T., Wiśniewskiego H. 1994
Pyłka-Gutowska E: „Ekologia z ochroną środowiska” Wydawnictwo Oświata Warszawa 2000 strona 57

Azotany w przyrodzie pochodzą głównie z procesów nitryfikacji, które zachodzą dzięki obecności bakterii nitryfikacyjnych. Bakterie te są zdolne do asymilacji NO2 dzięki energii uzyskanej z utleniania amoniaku do azotynów (Nitrosomonas) i azotynów do azotanów (Nitrobacter):

Nitrosomonas Nitrobacter
amoniak azotyny azotany
NH3 NO2- NO3-

Nitryfikacja
Procesem przeciwstawnym do nitryfikacji jest denitryfikacja, czyli redukcja azotanów lub azotynów do azotu N2, przeprowadzona przez bakterie denitryfikacyjne. Uwalniając wolny azot do atmosfery, spełniają one niekorzystną rolę w przyrodzie – zubożają wodę i glebę.


3. PRODUKTYWNOŚĆ EKOSYSTEMÓW

Produktywność ekosystemu to ilość substancji organicznej wytwarzanej w jednostce czasu lub intensywność magazynowania energii w związkach organicznych. Produktywność ekosystemu dzieli się na produkcję pierwotną i wtórną.
Produkcja pierwotna jest to tempo z jaką producenci przekształcają energię promieniowania słonecznego w procesie fotosyntezy na energię wiązań chemicznych.
Produkcję pierwotną dzielimy na:
- produkcję pierwotną brutto – mierzona szybkością fotosyntezy, czyli ilością wytworzonej przez producentów materii organicznej, łącznie z tą częścią materii, którą producenci zużywają w procesie oddychania;
- produkcję pierwotną netto – mierzona tempem magazynowania materii organicznej w tkankach roślinnych bez materii wykorzystywanej na oddychanie; jest to produkcja brutto (A), czyli asymilacja, pomniejszona o straty związane z oddychaniem (R). Przyrost masy roślin: P= A-R.
Produkcja wtórna jest to tempo wiązania energii przez konsumentów, czyli proces przyswajania materii organicznej i magazynowania energii przez konsumentów. Mierzy się go ilością biomasy wyprodukowanej przez konsumentów w jednostce czasu na jednostkę powierzchni.
Produktywność ekosystemów zależy od wielu czynników i w każdym regionie Ziemi kształtuje się inaczej. Jej miarą jest produkcja pierwotna, która dla różnych ekosystemów waha się najczęściej w granicach 500-2000 g/m2/rok.
Tylko wysoko produktywne ekosystemy, np. plantacje trzciny cukrowej i wiecznie zielone lasy tropikalne, płytkie jeziora, niektóre estuaria i rafy koralowe, w których energia słoneczna jest wykorzystywana przez cały rok, mogą osiągnąć 2000 g/m2/rok, a nawet 5000 g/m2/rok. Wartości te, jak dotąd, zostały przekroczone jedynie w warunkach hodowli laboratoryjnych glonów i wyniosły 6000 g/m2/rok.


4. SUKCESJA EKOLOGICZNA

Sukcesja to uporządkowany, stopniowy proces kierunkowych zmian biocenozy, powodujących przeobrażenie się prostych ekosystemów w bardziej złożone. W warunkach naturalnych zmiany te wiążą się głównie z przekształceniem środowiska, prowadzącym do rozwinięcia się nowej biocenozy, środowiska, w którym panuje stan równowagi, zwany klimaksem. Wyróżnia się dwa typy sukcesji: pierwotną i wtórną.
Sukcesja pierwotna dotyczy terenów dotąd nie zmienionych przez działalność organizmów żywych, a więc terenów niekorzystnych dla życia, np. pustynie, skały, wydmy, hałdy itd.; sukcesja pierwotna jest procesem bardzo powolnym.
Sukcesja wtórna jest o wiele szybsza od sukcesji pierwotnej, zachodzi na obszarach wcześniej zajętych przez inną biocenozę, a więc tam, gdzie znajdują się już warunki sprzyjające rozwojowi innych organizmów, np. sukcesja łąki, stawu, jeziora.
Etapy sukcesji:
- pionierskie – jest to wkraczanie roślin pionierskich, np. porostów, później mchów na nie zalesiony teren;
- migracyjne – liczne gatunki roślin i zwierząt wypełniają stopniowo zajmowaną przestrzeń, obszar charakteryzuje się wiec różnorodnością heterotrofów i autotrofów;
- zasiedlające – pomyślne rozmieszczenie i rozprzestrzenienie organizmów zapełniających wszystkie wolne przestrzenie;
- konkurencyjne – dotyczy zdobywania nisz ekologicznych przez organizmy ekspansywne; komplikują się łańcuchy i sieci troficzne;
- stabilizacji – zbiorowisko osiąga względną równowagę, tzw. Homeostazę biocenotyczną, tworzy stadium klimaksu.
Wyróżnia się dwa rodzaje sukcesji:
- sukcesję heterotroficzną, w której R od samego początku jest większe od P, czyli R>P,
- sukcesję autotroficzną, w której charakterystyczny jest stosunek odwrotny, czyli RR – oddychanie biocenozy – respiracja,
P – tempo fotosyntezy całkowitej lub brutto.
Znaczenie sukcesji w przyrodzie i w gospodarce człowieka polega na tym, że jest ona podstawą:
- przekształcania obszarów abiotycznych w środowiska życia zasiedlane przez organizmy pionierskie;
- tworzenia gleby na obszarach dotychczas jej pozbawionych;
- udostępniania nowych obszarów dla organizmów i zapewniania im odpowiedniego środowiska bytowania – niszy ekologicznej;
- przekształcania krajobrazu;
- zmiany biocenoz, np. z wodnej w lądową;
- zmiany składu gatunkowego biocenozy, rozwoju jednych gatunków kosztem zanikania innych, np. świerki wypierają sosny;
- ilościowej zmiany biomas, produktywności;
- zagospodarowania nieużytków rolnych;
- rekultywacji terenów poprzemysłowych, np. hałd.


5. PRZEGLĄD WYBRANYCH EKOSYSTEMÓW

5.1. LAS

Las jest najbardziej złożonym ekosystemem lądowym, w którym głównym składnikiem są drzewa. Układ roślinności w typowym lesie jest zwykle warstwowy. Wyróżnia się w nim:
- drzewostan – warstwę najwyższą dużych drzew;
- podszyt – warstwę niższą, na którą składają się krzewy i młode drzewa;
- runo leśne – najniższą nadziemną warstwę lasu; tworzą ją rośliny zielne, drobne krzewinki (borówki, jagody), paprocie, mchy, porosty, grzyby.
Ściółka leśna i powierzchniowa warstwa gleby z podziemnymi częściami roślin jest miejscem, w którym bytują liczne organizmy, głównie saprobiontyczne zwane edafonem.
W procesach rozkładu martwej materii organicznej biorą udział organizmy zwane saprotrofami. Saprotrofy to lądowe lub wodne organizmy roślinne (saprofity) i zwierzęce (saprofagi) żyjące w środowiskach obfitujących w warstwę materii organicznej (rozkładające się resztki organizmów) i korzystające z niej jako pokarmu.
Najliczniejszą i najważniejszą grupę saprotrofów stanowią saprofity (typowi reducenci), głównie bakterie i grzyby saprofityczne. Przetwarzają one martwą materię organiczną w związki nieorganiczne, które z powrotem są wykorzystywane przez rośliny.
Niemały udział w procesach rozkładu martwej materii organicznej mają zwierzęta saprofagiczne, tzw. saprofagi. Są to głównie drobne bezkręgowce, żyjące w glebie, ściółce leśnej, wodach i mułach dennych i odżywiające się szczątkami zwierząt i roślin. Ze względu na rodzaj martwej materii organicznej, którą się odżywiają, saprofagi dzielimy na:
- detrytofagi – zwierzęta odżywiające się detrytusem,
- koprofagi – zwierzęta odżywiające się odchodami, fekaliami,
- nekrofagi – zwierzęta odżywiające się padłymi zwierzętami.

bakterie
saprofity
grzyby

rośliny z rodziny storczykowatych
SAPROTROFY


detrytofagi
saprofagi
koprofagi

nekrofagi


W różnych typach lasu różny jest skład runa i podszytu, jak również występują różnice w gatunkowym składzie fauny.
Rośliny dostarczają pokarmu, kryjówek, miejsc do zakładania legowisk, gniazd itp. Zwierzęta zaś wywierają wpływ na rośliny żerując na nich, niszcząc szkodniki, rozsiewając nasiona, zapylając kwiaty, a także przekształcając środowisko glebowe. Różnorodność i obfitość fauny leśnej w pełni zależy od obfitości i zróżnicowania flory, czyli zasobów pokarmowych.


5.2. TORFOWISKO

Torfowisko jest przykładem ekosystemu lądowego, przystosowanego do warunków o znacznej wilgotności podłoża. Powstaje ono w wyniku wypłycania się zbiorników wodnych lub utrudnionego odpływu wód opadowych. W zależności od warunków powstania wyróżnia się trzy typy torfowisk: niskie, wysokie, przejściowe – różniące się składem gatunkowym roślin oraz właściwościami wytworzonego torfu.
Torfowisko niskie, czyli łąkowe, rozwija się w miejscach, gdzie istnieje przepływ wód. Jest ono bogate w próchnicę i sole mineralne, odczyn jego się waha od słabo kwaśnego do lekko zasadowego. Gdy torfowisko tworzą szuwary (trzcina, sitowie wielkie, turzyce kępkowe), to nazywa się je torfowiskiem szuwarowym, jeśli porasta je mszysta łąka z niskimi, rozłogowymi turzycami i trawami oraz gęstym kożuchem mchów, określa się je jako torfowisko darniowe.
Świat zwierząt na torfowiskach niskich reprezentują wrotki, pijawki, mięczaki; w zaroślach żyją ptaki błotne i bagienne.
Torfowisko wysokie, zwane mszarem, tworzy się w rejonach o obfitych opadach atmosferycznych, gdzie nie ma odpływu wód. Wody torfowiska są silne kwaśne i mało żyzne (ubogie w mineralne składniki odżywcze). Silne zakwaszenie jest przyczyną braku bakterii nitryfikacyjnych.
Fauna torfowiska jest specyficzna i niezbyt bogata. Dominują tu głównie ptaki: żuraw, bocian czarny, bąki, wodniki, kureczki wodne, bekasy, brodźce, cietrzewie, głuszczce, błotniaki stawowe. Zwierzęta bezkręgowe są reprezentowane przez korzenionóżki, wrotki, brzuchorzęski, wioślarki, widłonogi, ważki, komary, niewiele jest nicieni, skąposzczetów i pijawek. Ryb brak. Doskonałe schronienie maja tu łosie i bobry.
Torfowisko przejściowe wykazuje właściwości pośrednie pomiędzy omawianymi wcześniej typami torfowisk, tak co do stosunków nawodnienia, żyzności, jak i składu gatunkowego roślin. Roślinność składa się także z torfowców i drobnych turzyc darniowych
W skutek pionowego układu ciśnienie, temperatury, światła i właściwości chemicznych wód, każdy zbiornik wodny dzieli się na kilka stref, które tworzą różne środowiska, zamieszkiwane przez odpowiednio zróżnicowane i zaadaptowane organizmy.
Wytworzona przez roślinność torfowisk materia organiczna w niewielkiej ilości jest zużywana przez wyższe poziomy troficzne i w nieznacznym stopniu ulega rozkładowi przez destruentów. Nagromadzenie się materii organicznej, w warunkach znacznego uwodnienia i bardzo słabego dostępu tlenu, prowadzi do powstania torfu.


5.3. JEZIORO

Jezioro to naturalny zbiornik wody nie mający swobodnej wymiany wód z morzem. Charakteryzuje się pionową strefowością, ukształtowaną pod wpływem czynników klimatycznych i ekologicznych. W jeziorze występują trzy główne strefy:
- litoral – płytka przybrzeżna strefa jeziora, którą zarasta naczyniowa roślinność wodna;
- pelagial – strefa otwartej wody, w której dodatkowo wyróżnia się część naświetloną (fotyczną), sięgającą kilku do kilkunastu metrów, oraz strefę bez światła (afotyczną);
- profundal – strefa przydenna.
W każdym z tych środowisk panują odrębne warunki fizykochemiczne, stąd też zasiedlają je organizmy o różnych właściwościach i przystosowaniach. W zależności od miejsca występowania organizmy dzieli się na szereg grup ekologicznych