Ekosystem

EKOSYSTEM - fragment przyrody stanowiący funkcjonalną całość, w której zachodzi wymiana między jej częścią żywą - biocenozą, a nieożywioną - biotopem.

Każdy w pełni rozwinięty ekosystem składa się z elementów:
- abiotycznych (nieożywionych),
- biotycznych (żywych).

Elementami abiotycznymi są:
- woda
- gleba
- gazy atmosferyczne (tlen, azot, dwutlenek węgla)
- rzeźba terenu
- klimat
- temperatura

Tworzą one biotop, czyli nieożywioną część ekosystemu.
Elementy biotyczne to wszystkie żywe organizmy (rośliny i zwierzęta) pozostające między sobą w różnego rodzaju zależnościach. Tworzą one biocenozę czyli ożywioną część ekosystemu.

STRUKTURA I FUNKCJONOWANIE EKOSYSTEMU

Każdy ekosystem naturalny stanowi układ otwarty i funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Wszystko to jest możliwe wtedy, gdy dociera do niego energia słoneczna. Nie cała docierająca energia zostaje skumulowana w organizmach: część z niej wykorzystywana jest do podstawowych procesów metabolicznych i budowy własnych struktur organizmów, pozostała część tracona jest bezpowrotnie w postaci ciepła.
Energia przepływa jednokierunkowym strumieniem w układzie otwartym. Natomiast materia krąży w ekosystemie w obiegu zamkniętym.

Krążenie materii w ekosystemie jest uwarunkowane istnieniem poziomów troficznych.

STRUKTURA TROFICZNA każdego ekosystemu jest zazwyczaj taka sama.

Wyróżnia się w niej:
- producentów, czyli organizmy autotroficzne, które są zdolne do wytwarzania materii organicznej w procesie fotosyntezy (rośliny zielone i bakterie fotosyntetyzujące) oraz chemosyntezy (bakterie chemosyntetyzujące),
- konsumentów, czyli organizmy heterotroficzne, niezdolne do wytwarzania związków organicznych z nieorganicznych, a przystosowane do pobierania gotowej materii organicznej; należą tu wszystkie zwierzęta,
- reducentów (destruentów), czyli grupę organizmów heterotroficznych, które odżywiają się martwą materią organiczną i rozkładając ją na proste związki nieorganiczne dostarczają je roślinom zielonym; należą tu głównie bakterie i niektóre grzyby.

CZYNNIKI ABIOTYCZNE WÓD PŁYNĄCYCH I ZBIORNIKÓW WODNYCH

TEMPERATURA
Temperatura jest czynnikiem, od którego zależy występowanie w danym miejscu odpowiedniego gatunku organizmów.

W wodach płynących występuje charakterystyczna zmienność temperatury wzdłuż biegu rzeki. Wraz z rosnącą odległością od źródeł, temperatura płynącej wody zbliża się wyraźnie do średniej temperatury powietrza.

W zbiornikach wodnych występuje pionowy układ strefowy temperatur. Wyróżniamy warstwę wody ciepłej i zimnej oraz leżącą pomiędzy nimi warstwę skoku termicznego. Jest to strefa największych zmian temperatury wraz z głębokością.

Duża pojemność cieplna wody tłumi wahania temperatury.

NASŁONECZNIENIE
Światło jest czynnikiem, który ma podstawowe znaczenie przede wszystkim dla roślin samożywnych żyjących w wodzie, ale także dla zwierząt, zwłaszcza posługujących się wzrokiem. Promienie świetlne padające na powierzchnię wody częściowo się od niej odbijają, a częściowo przenikają w głąb. Ilość wpadających promieni zależy od ich kąta padania. Czyli więcej światła wnika do wody w porze południowej niż rano i wieczorem, więcej latem niż w innych sezonach.

W wodzie promienie światła ulegają pochłanianiu przez cząsteczki wody, a szczególnie przez cząsteczki sestonu, a także substancji rozpuszczonych, zwłaszcza barwnych.

Głównym czynnikiem decydującym o ilości światła przenikającego w wodzie jest ilość sestonu, czyli zawiesiny utrzymującej się w toni wodnej, który najsilniej pochłania światlo. W jeziorach, stawach i zbiornikach zaporowych o długim czasie retencji, jest to głównie seston autochtoniczny (fito- i zooplankton, detrytus). W rzekach i w zbiornikach o krótkim czasie retencji wody, okresowo także zawiesina allochtoniczna, zwłaszcza po ulewnych opadach powodujących spływ zawiesin z lądu.

TLEN
Tlen jest czynnikiem ograniczającym możliwość bytowania organizmów w wodzie. Tlen pochodzi z wymiany z atmosferą lub z fotosyntezy roślin zielonych i sinic.

W wodach płynących najwięcej tlenu jest w wodach górnego biegu rzeki, a najmniej dolnym biegu.

W zbiornikach wodnych, jak jezioro można wyróżnić 2 strefy :
- strefę prześwietloną, w której przeważa synteza substancji organicznej i produkcja tlenu
- strefę, w której materia organiczna ulega rozkładowi, a tlen jest zużywany.

Rozmieszczenie tlenu w zbiorniku wodnym jest jednym z najważniejszych czynników abiotycznych określających występowanie i rozmieszczenie organizmów.

KWASOWOŚĆ WODY
Organizmy wodne mają w stosunku do pH określony zakres tolerancji i zakres optimum. Zmiana pH wpływa na transport jonów przez błony komórkowe.

Do najważniejszych pośrednich oddziaływań pH należy jego wpływ na równowagę w układzie wapń- kwas węglowy, na dysocjację amoniaku i na rozpuszczalność jonów metali, a szczególnie jonów glinu.
Główne działanie uboczne pH na zwierzęta w zakresie alkaicznym wiąże się z przesunięciem równowagi w układzie jony amonowe - nie zdysocjowany amoniak. Jony amonowe nie są szkodliwe, natomiast amoniak jest trujący.

Przy niskim pH wzrasta rozpuszczalność jonów metali, spośród których wiele może być toksycznych. W procesie zakwaszania zbiorników wodnych ważną rolę odgrywa glin. Glin, powszechnie występujący w minerałach i skałach krzemianowych, jest jednym z podstawowych składników skorupy ziemskiej, który w zlewni wielu zbiorników występuje w znacznych ilościach. Rozmaite gatunki wycofują się z zakwaszonych zbiorników na skutek łącznego działania stresu kwasowego i toksyczności glinu.

GOSPODARKA JONOWA
Regulacja jonowa wymaga nakładów energii, która nie może już zostać wykorzystana do innych celów. Organizmy mogą żyć również poza optymalnym zakresem stężenia jonów w środowisku, ale dostosowanie ich maleje.
Wapń jest pierwiastkiem biogennym, wykorzystywanym przez glony w minimalnych stężeniach; stężenie rozpuszczonego wapnia w większości zbiorników wodnych jest tymczasem o wiele wyższe.

Bezpośredni wpływ wapnia może mieć decydujące znaczenie dla organizmów o silnie zwapniałych skorupach lub szkieletach zewnętrznych. Ulegają one całkowitemu stwardnieniu tylko w wodzie bogatej w wapń. W ubogiej w wapń wodzie np. pancerz raka pozostaje zbyt miękki i kleszcze nie w pełni twardnieją.

W obecności substancji humusowych zmienia się reżim świetlny w zbiorniku: wzrasta pochłanianie światła.

Rozpuszczone substancje humusowe budują kompleksy nie tylko z wapniem, ale również z innymi metalami. Mają na skutek tego silny wpływ na "dyspozycyjność", a więc łatwość mobilizowania pierwiastków śladowych i toksyczność niektórych jonów.

PRĄD WODNY
Prąd jest czynnikiem powodującym mieszanie się wody. W zbiornikach jest on wywołany różnicą gęstości wody i działaniem wiatru. Przy czym wiatr powoduje mieszanie się powierzchniowych mas wód.

W wodach płynących prąd jest jednokierunkowy. Jest bardzo silnie działającym czynnikiem selekcyjnym. Jego prędkość decyduje o jakości podłoża i możliwości jego zasiedlania.

W dużych strumieniach i rzekach szybkość prądu może być tak mała, że powstają warunki zupełnie takie same jak w stojącej wodzie.

Prąd jest czynnikiem, który sprawia, że istnieje znaczna różnica między życiem w strumieniach i w stawie. Szybkość prądu zależy od wielkości spadku, szorstkości podłoża oraz głębokości i szorstkości łożyska.

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE
Na skutek dużego napięcia powierzchniowego wody błonka powierzchniowa jest sprzyjającym środowiskiem życia dla pewnej wyspecjalizowanej grupy organizmów (neuston). Organizmy neustonowe mogą przyczepiać się do błonki powierzchniowej i przemieszczać się po jej powierzchni graniczącej z wodą i graniczącej z atmosferą.
Jest to środowisko znacznie wzbogacone w substancje organiczne w stosunku do przylegającej masy wody.
Klasyfikacja organizmów wód śródlądowych.

Organizmy występujące w wodach śródlądowych, można podzielić w zależności od miejsca występowania w ekosystemie, na kilka grup ekologicznych:
- plankton
- nekton,
- neuston,
- pleuston,
- bentos,
- peryfiton
- makrofity.

Plankton jest to zespół zamieszkujący toń wodną. Składa się z organizmów nie mogących się skutecznie przeciwstawiać silnym ruchom wody. Jest więc przemieszczany przez prądy i fale. W wodach słodkich są to organizmy drobne, o wymiarach najczęściej nie przekraczających kilku milimetrów. Plankton przystosowany jest ewolucyjnie do życia w toni wodnej. Niektóre z przystosowań to: maksymalna redukcja szkieletu, obecność w komórkach lub koloniach, między komórkami kuleczek tłuszczu lub pęcherzyków gazu, małe wymiary ciała (i wynikający z tego większy stosunek powierzchni do objętości, spowalniający opadanie), komplikacja kształtu (różne wyrostki, wypustki, otoczki śluzowe). Główne grupy fitoplanktonu w wodach powierzchniowych to - zielenice, sinice, okrzemki, złotowiciowce, eugleniny, kryptofity. Podstawowe grupy zooplanktonu to: pierwotniaki, wrotki, skorupiaki (wioślarki i widłonogi). Z reguły zooplankton rzek jest mniej różnorodny i uboższy niż w zbiornikach (tworzą go te same grupy, ale mniejsza liczba gatunków). Rola planktonu w ekosystemie: fitoplankton jest jednym z głównych źródeł substancji organicznej w ekosystemie. Substancja organiczna wyprodukowana przez fitoplankton służy za pokarm konsumentom (głównie wrotkom i skorupiakom) oraz destruentom (bakteriom i grzybom). Zwierzęta planktonowe niedrapieżne służą jako pokarm drapieżnym wrotkom i skorupiakom. Zooplankton niedrapieżny i drapieżny jest wyżerany przez ryby planktonożerne (stynka, sieja, sielawa, tołpyga, peluga, ukleja) oraz stadia młodociane wszystkich gatunków ryb. Część zooplanktonu odżywia się filtracyjnie.

Nekton to zbiorowisko organizmów poruszających się w wodzie w sposób czynny. W naszych wodach nekton tworzą głównie ryby, ale również gady, płazy, ptaki, ssaki wodne. Najpospolitsze i najczęściej dominujące w naszych wodach są naturalnych są ryby z rodziny karpiowatych: leszcz i płoć. Gatunki typowo hodowlane, w wyspecjalizowanych gospodarstwach - to karp i pstrąg i karp tęczowy. Ryby, odżywiając się, powodują nieraz w znacznym stopniu, redukcję liczebności i biomasy konsumowanego pokarmu. Przy tym odżywiając się selektywnie decydują nie tylko o ilości, ale także o stosunkach ilościowych między gatunkami, a nawet o występowaniu niektórych z nich w ekosystemie. Np. ryby odżywiające się filtracyjnie (sielawa, tołpygi, peluga), wyjadają seston powyżej określonej wielkości cząsteczek, tym samym eliminują większe organizmy, pozostawiając mniejsze, a przy tym stwarzają im korzystniejsze warunki przez usunięcie drapieżców bezkręgowych (zwykle są to organizmy stosunkowo większe) oraz ewentualnych konkurentów. Ryby bentożerne, a takich mamy większość, intensywnie penetrują dno w poszukiwaniu pokarmu. Powodują przez to mieszanie powierzchniowej warstwy dna i jego lepsze natlenienie. Zmieniają również sytuację gatunków bentosowych - zmieniają ich warunki pokarmowe, ich kryjówki, wytworzone mikrosiedliska; przez to zwiększają dostępność tych organizmów dla drapieżców oraz zmieniają stosunki konkurencyjne. Wreszcie - przy penetracji dna ryby powodują resuspensację powierzchniowej warstwy osadów dennych wpływając, przez to na warunki fizyczne i chemiczne w wodzie.

Neuston tworzą organizmy błonki powierzchniowej - granicy wody i atmosfery. Wyróżnia się epineuston (nad błonką) i hiponeuston (pod błonką). Składa się z: bakterii, roślin (glonów) i zwierząt, z reguły mikroskopijnych. Neuston zajmuje znikomą część grubości warstwy wody. Jest bardzo zmienny zależny od falowania, naświetlenia, temperatury, opadów i innych. Środowisko neustonu (błonka powierzchniowa) wzbudzało spore zainteresowanie, ze względów chemicznych, ponieważ często stwierdza się w błonce kilkakrotnie wyższe stężenie różnych substancji, w tym biogennych i zawiesin, niż w reszcie słupa wody.

Pleuston - to zespół organizmów o większych rozmiarach, związanych z powierzchnią wody, głównie roślin pływających. Należą tu rośliny całkowicie nie związane z podłożem: różne gatunki rzęsy, salwinia pływająca, żabiściek, kożuchy glonów. Pleuston związany jest ze środowiskiem zacisznym - małe zbiorniki (sadzawki, starorzecza, glinianki, kałuże), spokojne zatoki większych zbiorników, strefy otwartej wody w rozległych trzcinowiskach. Przy bujnym rozwoju pleuston może jednolicie pokrywać znaczne przestrzenie-setek i tysięcy m 2. Odcina wtedy dostęp światła, prowadząc zwykle do pełnych deficytów tlenowych z wszelkimi ich kosekwencjami.

Bentos stanowią organizmy związane z dnem. Wyróżniamy: bakteriobentos, fitobentos (drobne glony) i zoobentos (pierwotniaki, nicienie, wirki, wrotki, brzuchorzęski, małżoraczki, widłonogi, formy młodociane skąposzczetów i larw owadów, pijawki, mięczaki). Największa różnorodność bentosu występuje w środowiskach płytkich, ze względu na największą rozmaitość i zmienność warunków środowiskowych oraz zwykle korzystne dla życia warunki (np. rzadkie występowanie deficytów tlenowych). Fauna litoralu jezior obejmuje setki gatunków. W wodach bieżących występują te same grupy fauny co w litoralu, ale w znacznej mierze inne gatunki. Organizmy bentosowe są przystosowane do życia na dnie. Odznaczają się znacznym ciężarem właściwym. Często ich ciała obciążone są różnymi substancjami mineralnymi, z których zbudowane są szkielety zewnętrzne (np. muszle małży i ślimaków zbudowane z węglanu wapnia, domki chruścików składające się z ziarenek piasku, gałązek). Częstym zjawiskiem wymagającym specjalnych przystosowań bywa niedostatek lub brak tlenu. Dlatego też organizmy posiadają we krwi hemoglobinę - barwnik wiążący tlen i zapewniający organizmowi dostateczną jego ilość, mimo niskiego stężenia w środowisku.

Peryfiton jest zespołem drobnych organizmów roślinnych i zwierzęcych zasiedlających różnego rodzaju podłoża stałe w środowiskach wodnych. Podłoże mogą stanowić większe kamienie, rośliny, budowle wodne, jednostki wodne itp. Zbiorowiska peryfitonowe złożone są głównie z: zielenic, okrzemek, sprzężnic, pierwotniaków, gąbek, skąposzczetów, nicieni, larw ochotkowatych, jętek, mszywiołów, mięczaków.

Makrofity są to przytwierdzone do dna rośliny naczyniowe i ramienice. Jak wskazuje ich budowa i sposób życia są one głównie pochodzenia lądowego, ale dzięki specjalnym przystosowaniom zaadoptowały się do życia w wodzie. Makrofity odgrywają zasadniczą rolę jako producenci, a więc dostarczyciele substancji organicznej. Niemniej ważna jest ich rola w tworzeniu ogromnej różnorodności i zróżnicowania środowiska. Znaczenie dla ekosystemu produkcji substancji organicznej przez makrofity zależy od bujności ich rozwoju na jednostkę dna oraz od tego, jaką część dna danego ekosystemu zajmują zajmują strefy płytkie, zasiedlone przez makrofity.