ekosystemy.docx

W przyrodzie organizmy oddziałują na siebie w różny sposób. Rozmaite po­wiązania łączą je także ze środowiskiem.

Populacje roślinne i zwierzęce połączone wielorakimi zależnościami wraz ze środowiskiem nieożywionym, w którym żyją, tworzą ekosystem.

Część nieożywiona ekosystemu to biotop. Każdy biotop ma odmienne wa­runki klimatyczne, inaczej ukształtowany teren, inne położenie i różne źródła związków organicznych i nieorganicznych. Odrębne ekosystemy „pracują" według najkorzystniejszego dla każdego z nich porządku, tak, aby zachować swoją samowystarczalność. Ekosystem jest samowystarczalny, jeśli wytwarza substancję organiczną ze swoich składników mineralnych i nie potrzebuje dopływu pokarmu spoza swoich granic. Jak wiesz, może to zapewnić spraw­nie funkcjonująca biocenoza.

Ekosystem to wielkie naturalne laboratorium, w którym dzięki energii sło­necznej powstają związki organiczne, umożliwiające rozwój i wzrost roślin. Tylko niewielka ilość (ok. 1%) energii słonecznej docierającej do powierzch­ni Ziemi jest pochłaniana przez rośliny zielone (producentów) i zamienia się w energię zmagazynowaną w związkach organicznych, czyli wykorzystaną do budowy ich organizmów. Pozostała część energii jest zużywana na proce­sy życiowe i zamienia się w ciepło, które ulega rozproszeniu. Takie straty energii podczas jej przepływu przez ekosystem zachodzą na wszystkich po­ziomach troficznych (producenci, konsumenci, destruenci). Jest to zgodne z prawami fizyki, przepływowi, bowiem energii z jednego poziomu na drugi towarzyszy zawsze strata części energii.

Intensywność magazynowania energii w związkach organicznych nazy­wamy produkcją ekosystemu. Produkcja roślin zielonych (producentów) to tzw. produkcja pierwotna, rozumiana, jako szybkość gromadzenia energii promieniowania słonecznego w materii organicznej, z której zbudowane jest ciało tych roślin. Natomiast produkcja zwierząt (konsumentów) to produkcja wtórna, czyli szybkość kumulowania energii w organizmach cudzożywnych

Każdy ekosystem, a więc staw, las, pole uprawne czy łąka, charakteryzuje się zamkniętym obiegiem materii. Obejmuje on pierwiastki wchodzące w skład związków, z których zbudowane są organizmy żywe. Pierwiastki te, pobrane z gleby przez producentów, przechodzą do organizmów o innym sposobie odży­wiania się (konsumentów). Odchody oraz obumarłe szczątki wszystkich organi­zmów roślinnych i zwierzęcych wracają do gleby. Tam dalsze przemiany są związane z działalnością destruentów rozkładających resztki organiczne. Tym samym obieg materii zamyka się i cykl może zacząć się od nowa.

Obieg materii omówimy na przykładzie lasu. Energię słoneczną wykorzy­stują rośliny zielone rosnące w różnych warstwach lasu. Ci producenci żywią konsumentów kolejnych rzędów. Ważne procesy zachodzą również w glebie, gdzie trafia część produkcji ekosystemu w postaci szczątków roślin i zwierząt. Do gleby dostają się także produkty przemiany materii zwierząt w postaci od­chodów. Wszystkie resztki organiczne tworzą ściółkę leśną, w której żyją destruenci - bakterie i grzyby. Organizmy te biorą udział w procesie rozkładu związków organicznych na proste związki nieorganiczne (węgla, azotu, fosfo­ru). Proces ten wspomagają chrząszcze, wije, mrówki i inne organizmy. W opi­sany sposób materia organiczna zostaje przetworzona w związki mineralne, które są pobierane przez rośliny i wracają do obiegu.

Materia krąży w ekosystemie, a energia przez ekosystem przepływa.

Gleba jest podsystemem w każdym ekosystemie, takim jak łąka, pole i las. Stanowi biologiczną całość i bardzo dobrze obrazuje złożoność ekosystemu. Jeśli podsystem ten sprawnie funkcjonuje, utrzymywana jest jego zasobność w substancje odżywcze, co m.in. wpływa na wielkość produkcji ekosystemu.

Krazenie pierwiastków i zwiazków w przyrodzie

Jak wiesz już z poprzedniego tematu, energia przepływa przez ekosystem, a ma­teria w nim krąży. Pierwiastki chemiczne i związki nieorganiczne potrzebne do życia są w cyklicznym ruchu. Krążą od środowiska nieożywionego do organi­zmów i z powrotem - z organizmów do środowiska. Te obiegi pierwiastków zwane są cyklami biogeochemicznymi („bio" - odnosi się do organizmów, „geo" - do skał, powietrza i wody). Substancje mineralne zostają pobrane ze środowi­ska przez producentów i wbudowane do ich tkanek, a następnie „przechodzą" do konsumentów, wchodząc w skład związków organicznych budujących ich ciała. Związki organiczne to wszystkie związki węgla, które są składnikami ży­wych organizmów. Po śmierci organizmów roślinnych i zwierzęcych ulegają złożonym przemianom, by powrócić do środowiska w postaci soli mineralnych. I cykl może zacząć się od nowa.

Do najważniejszych cykli biogeochemicznych zaliczamy m.in. obiegi: wę­gla, azotu, fosforu, tlenu, siarki i wody. Omówimy niektóre z nich. W przyrodzie źródła węgla są różnorodne. Rośliny asymilują tylko węgiel z zasobów dwutlenku węgla w atmosferze lub rozpuszczonego w wodzie. Z po­karmem roślinnym dostaje się on do organizmów zwierząt roślinożernych, a na­stępnie w postaci pokarmu zwierzęcego trafia do zwierząt mięsożernych. Obieg węgla zamyka się, gdy wraca on do środowiska w postaci dwutlenku węgla, któ­ry pochodzi z procesów oddychania organizmów.

Bakterie i grzyby, rozkładając substancje organiczne z obumarłych organi­zmów roślinnych i zwierzęcych, wprowadzają do atmosfery duże ilości C02. Szybkość tego rozkładu jest różna i zależy od warunków, np. dostępu powietrza i stopnia zakwaszenia gleby. Zmniejszenie szybkości obiegu węgla następuje w wypadku nagromadzenia dużej ilości martwej materii organicznej (martwych szczątków roślinnych i zwierzęcych), która ulega przemianom i tworzy na po­wierzchni gleby warstwę próchnicy. Krążenie węgla może zostać zatrzymane i wtedy duża część tego pierwiastka jest wyłączana z obiegu na wiele tysięcy lat. Jest on magazynowany w postaci skał osadowych, takich jak: węgiel kamienny i brunatny, torf czy ropa naftowa. Natomiast w środowisku wodnym część C02 gromadzi się, jako węglan wapnia. Uwalnianie węgla z tych zasobów następuje w wyniku działalności człowieka (wypalanie wapna, spalanie surowców energe­tycznych). Towarzyszy temu wydzielanie C02 do atmosfery.

Źródłem azotu jest przede wszystkim atmosfera, której 78% stanowi ten pier­wiastek. W postaci wolnej jest on nieprzyswajalny dla roślin wyższych. W wy­niku wyładowań atmosferycznych zachodzących podczas burz niewielka ilość wolnego azotu jest zamieniana na przyswajalne azotany(V). Zdolność wiązania wolnego azotu mają przede wszystkim niektóre bakterie i glony, wzbogacające glebę w przyswajalne dla roślin azotany(V). Przypomnij sobie zależność symbiotyczną między bakteriami a roślinami motylkowatymi. Bakterie pobierają wolny azot z powietrza i przetwarzają go w azotany(V). Dzięki temu rośliny motylko­wate odznaczają się dużą zawartością tych związków, są szczególnie bogate w białko i dlatego stanowią wartościowy pokarm dla zwierząt roślinożernych. Z obumarłych szczątków roślin motylkowatych zostają uwolnione znaczne ilo­ści związków azotowych wzbogacających glebę w azot. Dlatego rośliny motyl­kowate stosowane są, jako zielony nawóz.

Rośliny pobierają azotany(V) z gleby i wykorzystują je do syntezy białka. Azot zostaje włączony w łańcuchy pokarmowe i dostaje się do organizmów konsu­mentów na wszystkie poziomy troficzne. Martwa materia organiczna i odchody organizmów rozkładają się i przy udziale bakterii nitryfikacyjnych powstają z nich azotany(V). Cały cykl może zacząć się od nowa. Z kolei bakterie denitry­fikacyjne zapewniają powrót azotu do atmosfery, przeprowadzając rozkład azo­tanów^) do wolnego azotu. Część azotu może zostać wyłączona z obiegu na wiele tysięcy lat i odkładać się w osadach głębinowych oceanów. Jednak zanim azot tam dotrze, jest częściowo wychwytywany przez organizmy planktonowe i tym samym zostaje włączony w łańcuchy pokarmowe, których końcowymi ogniwami są ptaki lub ssaki morskie. Wraz z odchodami ptaków (guanem) azot dostaje się z powrotem na ląd.

Woda występuje na Ziemi we wszystkich trzech stanach skupienia, tj. w po­staci stałej, ciekłej i gazowej. Na ogromnym obszarze kuli ziemskiej występuje ona, jako morza i oceany. Z powierzchni oceanów, mórz, jezior, rzek, a także z powierzchni gleby woda paruje do atmosfery. Pod wpływem energii słonecznej woda paruje również z powierzchni liści (transpiracja). Parowanie warunkuje wil­gotność powietrza. Skondensowana (zagęszczona) para wodna gromadzi się w postaci chmur przenoszonych przez wiatr. Ochładzanie chmur powoduje opa­dy atmosferyczne. Opady deszczu, śniegu są wchłaniane przez glebę i zapewnia­ją powrót wody do zbiorników wodnych. Z gleby woda pobierana jest przez rośli­ny. I cykl może zacząć się od nowa. Woda na Ziemi krąży w zamkniętym obiegu i odbywa się to niemal bez strat (tylko ok. 1 % wody pochodzącej z rocznych opa­dów zużywane jest, co roku na wytwarzanie biomasyekosystemu)

Ekosystemy

Największa odmienność warunków życia na naszej planecie występuje między środowiskiem lądowym a wodnym. Wynika ona z innych właściwo­ści tych środowisk. Dlatego populacje roślin i zwierząt rozwijające się w środowisku wodnym lub lądowym muszą posiadać odpowiednie przysto­sowania. Przypomnij je sobie.

Z powodu tych różnic wyodrębnia się ekosystemy wodne i lądowe. Wśród lądowych możemy wyróżnić np. ekosystem łąki, lasu i torfowiska. Ekosystemy wodne można podzielić w następujący sposób

2

Środowiska wodne na kuli ziemskiej zajmują znacznie większy obszar niż lądy.

W wodach czynnikami ograniczającymi są: przejrzystość (ilość przenikające­go światła), temperatura, prądy wodne, stężenie tlenu i dwutlenku węgla, kon­centracja azotu, fosforu, wapnia oraz odczyn i twardość wody. Ponadto w funk­cjonowaniu ekosystemu wodnego odgrywają rolę inne czynniki, np.: rodzaj brzegu, podłoża, objętość i głębokość zbiornika oraz liczebność, biomasa i skład gatunkowy organizmów. Na lądzie natomiast głównymi czynnikami ogranicza­jącymi są woda i temperatura.

Woda jest konieczna do przebiegu procesów życiowych. Jest ona również rozpuszczalnikiem soli mineralnych, które rośliny pobierają z gleby. W środowi­sku wodnym rośliny całkowicie zanurzone w wodzie mają łatwiejszy dostęp do substancji nieorganicznych - pobierają je bez­pośrednio z wody całą swoją powierzchnią. W wodzie wahania temperatury są znacznie mniejsze niż w powietrzu na lądzie. Mimo to temperatura w środowisku wodnym należy do czynników ograniczających, bo wiele organi­zmów wodnych ma wąskie granice tolerancji.

Z kolei zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie jest mniejsza niż w powietrzu i ulega wahaniom. Tlen dostaje się do wody z powietrza na drodze dyfuzji oraz jest wydzielany przez rośliny wodne w procesie fotosyntezy. Na lądzie zaś panują stałe warunki tlenowe, tzn. utrzymuje się względnie stała zawartość tlenu i dwutlenku węgla. Prądy wodne wywierają znaczący wpływ na zawartość tlenu oraz na rozmieszczenie składników pokarmowych w wodach. Wiele roślin i zwierząt żyjących w tym środowisku mu­si posiadać odpowiednie przystosowania, aby przeciwstawić się sile prądu. Jednak niektóre or­ganizmy wykorzystują tę siłę do przemieszczania się. Na lądzie wiatr może wpływać ograniczają­co na aktywność, a nawet na rozmieszczenie or­ganizmów.

W wodach morskich i oceanicznych głów­nymi czynnikami ograniczającymi życie roślin i zwierząt są temperatura i zaso­lenie. Zasolenie zależy od intensywności parowania i opadów atmosferycznych oraz od dopływu słodkiej wody z rzek. Średnie zasolenie wody morskiej wyno­si 35%0. Organizmy żyjące w otwartej toni wodnej oceanu wykazują wąskie granice tolerancji na zmiany zasolenia.

Jak wiesz, jednym z najistotniejszych czynników abiotycznych jest światło, głównie, dlatego, że warunkuje przebieg procesu fotosyntezy we wszystkich środowiskach. Na lądzie zazwyczaj go nie brakuje. Natomiast w wodzie stopień przenikalności światła zależy od głębokości zbiornika, a także od przezroczysto­ści wody. Poza tym ilość światła w środowisku wodnym zależy od pory roku i dnia, co jest związane z kątem padania promieni słonecznych.

Ekosystemy wodne

W środowiskach wodnych wyróżniamy kilka grup organizmów w zależno­ści od miejsca ich występowania. Główne z nich to: plankton, nekton i bentos.

Plankton to zespół drobnych organizmów unoszonych przez wodę, które nie są zdolne przeciwstawić się silniejszym jej prądom: Organizmami planktonowymi są m.in.: drobne glony (okrzemki, zielenice), pierwotniaki, drobne

skorupiaki, larwy wielu zwierząt bezkręgowych.

Nekton tworzą organizmy samodzielnie pływające w wodzie. Należą do nich duże owady, ryby, płazy, gady i ssaki wodne. Mieszkańcami środowisk wodnych związanymi z dnem są organizmy bentosowe. W skład bentosu wchodzą np.: glony, pierwotniaki, denne skorupiaki, larwy wielu owadów, pierścienice (np. pijawki), mięczaki W każdym środowisku występuje strefowe rozmieszczenie gatunków roślin i zwierząt tworzących biocenozę. W ekosystemach wodnych (morza, jeziora) występuje strefowość zarówno pozioma - od brzegu do środka zbiornika wod­nego, jak i pionowa - od powierzchni do dna.

W jeziorze wyróżnia się trzy główne strefy: przybrzeżną, czyli litoralną (li­toral), otwartej toni wodnej, czyli pelagiczną (pelagial), głębinową, czyli profundalną (profundal).

Strefa przybrzeżna obejmuje płytkie wody wzdłuż brzegu jeziora prze­świetlone do dna. Występują tu przedstawiciele producentów, wśród których można wyróżnić następujące grupy:

·         rośliny ziemno-wodne (błotne), np. skrzyp bagienny, żabieniec babka wodna, czermień błotna,

·         rośliny wynurzone (oczerety) wystające ponad po­wierzchnię wody, np. trzcina pospolita, pałki szero-kolistna i wąskolistna, tatarak zwyczajny,

·         rośliny o liściach pływających na powierzchni wody zakorzenione w dnie zbiornika. Są to m.in.: grzybie­nie białe, grążel żółty, jaskier wodny;

·         rośliny całkowicie zanurzone w wodzie, często tworzą rozległe łąki podwodne. Rosną tu: moczarka kanadyjska, różne gatunki rogatków, rdestnic, wywłóczników oraz najgłębiej w strefie literalnej występują glony ramienice i mchy wodne. W strefie tej zwykle proces fotosyntezy przebiega najintensywniej, a więc litoral odznacza się dużą produkcja, którą zapewnia nieograniczony w zasa­dzie dostęp światła oraz dopływ z lądu składników odżywczych w postaci so­li mineralnych, pobudzających wzrost roślin

Równie bogaty jak świat producentów jest w tej strefie świat konsumen­tów - zwierząt, głównie bezkręgowych, których życie związane jest z rośli­nami. Stanowią one dla nich podłoże do składania jaj, miejsce schronienia, ułatwiają przemieszczanie się, a także są pokarmem dla zwierząt roślino­żernych. Żyją tu liczne pijawki, ośliczki, kiełże, ślimaki, małże, pająk topik, larwy owadów. Wśród roślin ryby (np. szczupak, płoć, okoń) składają ikrę, a narybek ma doskonałe schronienie. Zwierzętami litoralu są także żaby składające skrzek do wody, żółwie oraz ptactwo wodne, które zakłada swo­je gniazda wśród roślin przybrzeżnych.

Strefa otwartej toni wodnej rozciąga się w środkowej części jeziora i sięga do głębokości przenikania światła słonecznego, a więc znajduje się ponad strefą głębinową. W tej strefie wraz ze wzrostem głębokości warunki świetlne pogarszają się, zazwyczaj następuje spadek temperatury i zmniejszenie ilości tlenu. Natomiast wahania temperatury nie są duże. W strefie pelagicznej najliczniejszą grupą są
organizmy planktonowe. Plankton roślinny (producenci tej strefy) to głównie glony, które występują tylko do głębokości przenikania  światła słonecznego. Glony tej strefy charakteryzują się sezonowymi zmianami liczebności. W żyznych jeziorach w okresie masowego rozwoju glonów, czyli zakwitu, woda zazwyczaj przybiera zabarwie­nie brunatne lub zielone. W skład planktonu zwierzęcego wchodzi niewiele ga­tunków organizmów. Występują tu drobne skorupiaki, np. rozwielitki i oczliki. Nekton pelagialu w naszych jeziorach tworzą prawie wyłącznie ryby, takie jak np. ukleja oraz drapieżny sandacz.

Strefa głębinowa to obszar, gdzie nie docierają promienie słoneczne. Leży bezpośrednio pod strefą otwartej toni wodnej. Temperatura wody przy dnie w za­sadzie przez cały rok wynosi ok. 4°C. Wówczas woda ma największą gęstość, co oznacza, że powyżej i poniżej tej temperatury zwiększa swoją objętość, tym sa­mym staje się lżejsza. Właśnie ta właściwość wody sprawia, że jeziora nie za­marzają do samego dna. Organizmy bentosowe żyjące na dnie zbiornika wodne­go to przede wszystkim rureczniki oraz larwy muchówek. Mogą one przetrwać długotrwały brak tlenu. Żywią się nimi różne gatunki ryb dennych. Jednak głów­nymi organizmami profundalu są bakterie i grzyby. Na dno zbiornika opadają martwe szczątki organizmów żyjących w strefie literalnej oraz pelagicznej i tu od­bywa się rozkład materii organicznej. Uwalniane są substancje mineralne, które nie zostają pobrane przez rośliny zielone, bo nie ma ich w tej strefie. Z tego powo­du w większości odkładają się na dnie zbiornika w postaci warstw osadu. W mia­rę upływu czasu jezioro staje się coraz płytsze. W konsekwencji prowadzi to do stopniowego zarastania zbiornika wodnego przez roślinność.

Stawy to niewielkie zbiorniki wodne o głę­bokości kilku metrów, w których światło dociera do samego dna. Panują w nich  warunki zbliżone do warunków w strefie przybrzeżnej jeziora. Wahania temperatury są duże, zawartość soli mineralnych, ...