Учебное пособие: Організм і середовище
Дослідив це питання та сформулював основні закони біогеохімічного кругообігу В. Вернадський.
Малий, або біологічний (біотичний), кругообіг має місце в межах малих екосистем, великий (геологічний) - у межах планети, між океанами й континентами. Під час кругообігу відбувається колоподібна циркуляція речовин між повітрям, ґрунтом, водою, рослинами, тваринами та мікроорганізмами, коли мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, надходять із навколишнього середовища до рослинних організмів, а від них, через ланцюги живлення у вигляді органічних речовин, - до тварин, далі через ланку редуцентів - знову в навколишнє середовище (ґрунти, води, повітря) у вигляді неорганічних речовин.
Кругообіги завдяки наявності в атмосфері та гідросфері великого резервного фонду вуглецю, азоту, кисню, сірки, фосфору можуть відносно швидко саморегулюватися. Під час біологічного кругообігу відбуваються дуже характерні зміни енергії у процесі переходу з одного трофічного рівня на інший. У трофічний кругообіг екосистеми в середньому залучається близько 1% сонячної енергії, на наступні вищі трофічні рівні з нижчих переходить лише 10% засвоєної організмами енергії, а у вигляді тепла розсіюється в екосистемі 80-90%. Рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0,1 до 1%. Рослиноїдні тварини споживають близько ЗО% енергії, акумульованої рослинами, хижаки - до 10% накопиченої травоїдними рослинами (їх біомаси), тобто всього близько 0,001% сонячної енергії, що надходить на Землю.
Цей факт дозволив побудувати екологічні піраміди біомас, енергій, екосистем.
Кожна точка на нашій планеті є часткою екосистем. Кожне наше зітхнення, будь-яка з'їдена їжа, кожен ковток води пов'язують нас безпосередньо з біогеохімічними циклами екосистем.
Для всіх екосистем світу характерні два основних процеси, які є загальними: поглинання сонячної енергії та її проходження через екосистему у відповідності до другого закону енергії, а також накопичення й кругообіг живлячих речовин у біогеохімічних циклах.
Біогеохімічні цикли - це біогеохімічні кругообіги - обмін речовиною й енергією між різними компонентами біосфери, який зумовлений життєдіяльністю організмів і має циклічний характер. Цей термін введений В.І. Вернадським. У природі всі згадані цикли взаємозв'язані, а деякі з них (вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору, калію, кальцію та ін) є ключовими до розуміння еволюції й сучасного стану біосфери. Рушійними силами біогеохімічних циклів є потоки енергії Сонця та Космосу й енергії діяльності живої речовини (сукупності всіх організмів), які призводять до переміщення величезних мас хімічних елементів, акумулювання й перерозподілу енергії, накопиченої у процесі фотосинтезу.
Саме фотосинтез і циклічні кругообіги речовин створюють умови для організованості біосфери Землі і її нормального функціонування.
 |
Екологічні піраміди - піраміди біомаси, чисел чи енергії, які відображають зменшення цих величин від продуцентів до редуцентів у вигляді масштабних пірамід. Тобто це - графічне зображення співвідношення між продуцентами, консументами (першого, другого, третього й т.д. порядку), вираженого в одиницях маси, числа істот чи величинах енергії.
Сукцесія - послідовна зміна біоценозів, які спадково виникають на одній і тій же території в результаті впливу природних факторів чи людини.
Результатом сукцесії є уповільнений розвиток нової спільноти - клімаксової.
Сукцесію поділяють на первинну (процес розвивається на ділянці, не займаній до того іншими живими істотами) і вторинну, коли відбувається зміна або знищення клімаксової спільноти. Фактори збурення сукцесії бувають зоогенні, пірогенні, катастрофічні, фітогенні, екзодинамічні та ін.
Зміна біоценозів в екосистемах закінчується встановленням відносно стійкого стану екосистем, що замінюють одна одну під впливом змін екологічних факторів. Цей стан називається клімакс (від грец. - клімакс - драбина).
Прогнозуючи зміни екологічних умов, можна передбачити й особливості клімактеральної фази, що важливо для аграрництва, лісівництва, садівництва.
Екополітика - сукупність методів контролю екологічних обмежень при соціально-економічному розвитку країни, регіону світу чи людства в цілому. Наприклад, введення міжнародних обмежень на випуск фреонів, знищення китів, вирубки лісів, вилов деяких видів риб та ін.
Антропогенні фактори зумовлені діяльністю людини, вплив її на природу може бути як свідомим, так і стихійним, випадковим. Користуючись знанням законів розвитку природи, людина свідомо виводить нові високопродуктивні сорти рослин, породи тварин, усуває шкідливі види, творить нові природні комплекси. Процес взаємодії людини з природою почався з моменту появи людини на Землі і весь час зростає.
У 1958 р. А.С. Мончадський запропонував класифікацію факторів за характером їхньої дії.
Гомотипові реакції: груповий ефект, масовий ефект, внутрішньовидова конкуренція. Гетеротипові реакції: нейтралізм, коменсалізм, протокооперація, мутуалізм, аменсалізм, паразитизм, хижацтво, міжвидова конкуренція.
Умовою існування й нормального функціонування будь-якої екосистеми є наявність усіх ланок трофічного ланцюга (тобто ланцюга живлення). В екосистемах мають місце такі явища, як коменсалізм, мутуалізм і нейтралізм - різні форми співіснування живих істот (симбіоз).
Кожен вид в екосистемі має своє функціональне місце - екологічну нішу, де він не конкурує з іншими видами за джерело енергії. Це фізичний простір, який займають організми кожного виду, з їхньою функціональною роллю в спільноті, розміщенням по відношенню до зовнішніх екологічних факторів, характером реакції на зміни останніх та морфоструктурним пристосуванням.
Розглянемо ці явища.
Між представниками різних видів організмів, що населяють екосистему, крім нейтральних, можуть існувати такі види зв'язків:
конкуренція - боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір; боротьба тим жорстокіша, чим більш споріднені й близькі за вимогами до умов середовища види організмів, що конкурують;
мутуалізм - представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному, наприклад комахи, збираючи нектар, запилюють квіти; мурашки, опікаючи попелиць, живляться їхніми солодкими виділеннями;
коменсалізм - коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому, наприклад, рибка-прилипайко знаходить захист і живиться біля акул (мутуалізм і коменсалізм називають ще симбіозом);
нейтралізм - коли співжиття організмів не дає їм ні позитивних, ні негативних наслідків.
паразитизм - одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів, наприклад, кліщі, блощиці, воші, глисти, омела, деякі гриби тощо;
хижацтво - одні організми вбивають інших і живляться ними.
алелопатія - одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших, наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів; токсини, що виділяються під час "цвітіння" води у водоймищах, отруйні для риби та інших тварин.