Ekosistema

Įvadas

kosistemą, į kurią įeina organizmų bendrija ir jos negyvoji aplinka, geriausiai apibūdina per ją tekančios energijos srautas bei cheminių medžiagų apytakos ratai. Ir energijos srautas, ir medžiagų apytakos ratas ekosistemoje prasisdeda tada, kai dumbliai ar žalieji augalai sugeria ir pasisavina dalelę į juos krintančios saulės energijos ir panaudoja ją neorganinėms medžiagoms perdirbti į maistui tinkamas medžiagas, kuriomis maitinasi ir tiek patys augalai, tiek visos kitos ekosistemoje esančios populiacijos. Skaidytojai šias organines medžiagas vėl suskaido į neorganines medžiagas, o buvusi sukaupta energija išsiskiria šilumos pavidalu į aplinką ir išsiskaido. Ekosistema negali egzistuoti be sąveikų su kitomis ekosistemomis ir su visa biosfera. Tad yra ekologų , kurie žvelgia į biosferą kaip į visą apimančią ekosistemą. Dėl daugelio sudėtingų grįžtamųjų ryšių gyvieji organizmai veikia žemės klimatą, o šis savo ruožtu lemia biomų pasiskirstymą biosferoje. Kaip matysime, dideli įvairiausių biomų pakitimai daro nemažą įtaką klimatui, taigi ir visai biosferai.

Ekosistemos apibūdinimas.

Tarp biocenozės ir abiotinės aplinkos nuolat vyksta medžiagų ir energijos apytaka, todėl gamtoje formuojasi vieninga ir pastovi biologinė sistema- ekosistema. Ekosistemą sudaro įvvairūs augalai, gyvūnai ir mikroorganizmai bei fizikinių ir cheminių aplinkos sąlygų visuma. Ekosistema yra bendrosios ekologijos tyrimo objektas.
Kai kurie ekologai ekosistemą ir biogeocenozę laiko skirtingais biocenologiniais taksonais.Šiuo atžvilgiu biogeocenoze galima vadinti tokią ekosistemą, kurios pagrindą sudaro fitocenozė ir pagal ją iš

šskiriamos bendrijos ribos.

Ekosistema- tai sausumos paviršiaus ar vandens erdvės dalis, kurioje gyvena įvairūs augalai, gyvūnai ir mikroorganizmai, kartu su abiotine aplinka sudarantys vieningą kompleksą, jame nuolat vyksta medžiagų ir energijos apytaka, o ši biosistema vystosi toliau, priklausomai nuo konkrečių aplikos sąlygų. Taigi ekosistemą sudaro gyvojo ir negyvojo pasaulio komponentai- biocenozė ir biotopas (pav.1).

Ekosistemos schema:
Biologinė aplinka.
Organiniai junginiai, turintys daug energijos (biocenozė)

Fizikinė aplinka.
Neorganiniai junginiai, turintys mažai energijos (biotopas)

Biocenozės komponentai.
Pirmasis biocenozės terminą ekologijos moksle pavartojo vokiečių biologas K. Moebiusas 1877m. Dabar biocenoze laikomas sausumos arba vandens baseino plote gyvenančių augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų visuma, tarp kurių nuolat vyksta medžiagų ar energijos apytaka ir yra susiformavę palyginti pastovūs, tarpusavio santykiai bei ryšiai. Vėliau buvo pateikta biotopo- biocenozės gyvenamosios erdvės- sąvoka. Biocenozę sudaro trys pagrindiniai gyyvosios gamtos deriniai: fitocenozė, zoocenozė ir mikrobocenozė bei mikroorganizmų pasaulis. Bioekologijoje galima išskirti dvi drauge plėtojamas kryptis:
 Pirma- gyvosios aplinkos vienetas nagrinėjama augalų bendrija (fitocenozė), kuri iš esmės yra priklausoma nuo geosistemos abiotinių veiksnių struktūros. Fitocenozė- tam tikros augimvietės augalų rūšių visuma su jai būdinga sandara, kurią lemia augimvietės komplekso tarpusavio santykiai ir aplinkos veiksniai. Ją sudaro fototropiniai organizmai (gr. Autos- pats, trophe- maistas, pho, photos- šviesa)- producentai, arba gamintojai (lot. Pro- prieš, ducere- vesti). Tai aukštesnieji augalai- medžiaikrūmai, žolės bei sa

amanos ir dumbliai. Producentai iš neorganinių medžiagų, anglies dioksido, vandens ir kai kurių kitų cheminių elementų sintetina sudėtingas organines medžiagas, Saulės kinetinę energija verčia potencine- chemine energija ir gamina pirminę produkciją.
 Antra- tyrinėjama gyvūnų bendrija (zoocenozė), kurią daugiausia veikia mitybos grandynių susipynimas. Zoocenozę sudaro tam tikrame sausumos ar vandens baseino plote gyvenančių įvairių gyvūnų visuma su jai būdinga sandara ir rūšine sudėtimi; ši visuma egzistuoja priklausomai nuo tarpusavio santykių ir aplinkos veiksnių, o energiją gauna iš producentų pagamintos organinės medžiagos. Zoocenozę sudaro 4 pagrindinės heterotrofinių (gr. Heteros- kitas, trophe- maistas) organizmų, arba konsumentų (lot. Consumens- sunaudotojas, suvartotojas) grupės: fitifagai, zoofagai, kaprofagai, nekrofagai.
Fitofagai- organizmai, mintantys fitoplanktonu, grybais, kerpėmis, aukštesniųjų augalų lapais, ūgliais, žieve, šaknimis ir kitomis dalimis. Zoofagai- tai gyvūnai, mintantys kitais gyvūnais. Jie skirstomi į plėšrūnus ir parazitus. Kaprofagai- gyvūnai, mintantys kitų organizmų ekskrementais (kai kurie vabalai). Ir paskutinė grupė konsumentų yra nekrofagai,kurie minta lavonais. Gyvūnai, kurie minta organine, nepradėjusia irti madžiaga, vadinami biofagai. Tai bestuburiai ir stuburiniai gyvūnai, gyvenantys sausumoje, vandenyje ir dirvožemyje. Organinę medžiagą jie transformuoja į sudėtingesnius baltymus, riebalus, rečiau angliavandenius.
 Bei paskutinis biocenozės komponentų yra mikrobocenozė, arba mikroorganizmų pasaulis, sudaro reducentai (lot. Reducent- vedantis atgal), dar vadinami destruktoriais. Tai aerobinės ir anaerobinės bakterijos, aktinomicetai, grybai, kai kurie pirmuonys. Jie minta gyvąja ir
r negyvąja organine medžiaga; ją skaldo iki neorganinių junginių.
Biotopo komponentai.
Biotopo sąvoką ekologijoje pirmasis pavartojo f. Dalas (Dahl, 1903), norėdamas apibūdinti biocenozės abiotinių sąlygų visumą. Dabar biotopu ( gr. Bios- gyvenimas, topos- vieta) laikoma sausumos ar vandens baseino dalis su panašiomis aplinkos sąlygomis, sudaranti abiotinę ekosistemos dalį.
F. Ramadas nurodo, jog biotopas užima įvairaus dydžio geografinį rajoną (teritoriją) su jam būdingais abiotiniais aplinkos veiksniais: geografinėmis sąlygomis, Saulės radiacija, vėjo, temperatūros, drėgnumo režimu, vandens srovėmis, mineralinių elementų ir medžiagų koncentracija dirvožemyje ir vandenyje bei kitais aplinkos elementais. Biotopu gali būti vienodos pievos, stepės, miško, pelkės, dykumos, ežero dalys. Biotopo inertinės aplinkos sąlygos turi įtakos organizmų rūšinei sudėčiai ir jų egzistavimo savybėms: tankiui, gausumui, gimstamumui, mirtingumui ir kt.
Ekosistemos abiotiniai ir biotiniai veiksniai veikia kartu, sudarydami atvirą medžiagų ir energijos srautų formuojamą sistemą. Taip atsiranda dinamiška priklausomumo ir poveikio struktūra, kuri nepaisant svyravimų populiacijose bei kitų trikdančių veiksnių paprastai išlaiko: biocenozinę pusiausvyrą.
B. Johansenas, T. Rabotnovas ir kt. pritaria V. Sukačiovo koncepcijai ir mano, kad ekosistemą sudaro ekotopas ir biocenozė. Ekotopo terminą 1915 m. Pirmasis pavartojo G. Visockis. B. Mirkino ir g. Rozenbergo nuomone, ekotopas (gr. Oikos- namas, topos- vieta) yra aplinkos veiksnių kompleksas ir sudaro ekosistemos egzistavimo pagrindą. Kiti autoriai nurodo, jog ekotopas- tai organizmų gyvenamoji vi
ieta su būdingomis dirvožemio, grunto, mikroklimato ir kitais aplinkos veiksniais. Bei ekotopas yra turinio ir struktūros atžvilgiu homogeninis ir dėl to iš kitų išskiriantis geobosferos fragmentas. Heefas, Haase ir Klugas kartu su bendraautoriais atliko ekosistemos tyrimus, mėgindami kaip galima daugiau medžiaginių ir energetinių santykiu išreikšti išmatuojamais arba matematiškai apskaičiuojamais dydžiais. Tuo remiantis buvo sukurti ekosistemos modeliai.

Ekosistemų klasifikacija.
Pagal apimtį ekosistemos skirstomos į mikroekosistemas, mezoekosistemas ir makroekosistemas.
 Mikroekosistema galima laikyti nedidele ir konkrečia miško, pievos, stepės, ežero, upės ir kt. dalį.
 Mezoekosistema- palygini didokas, konkretus ir apibrėžtas objektas: pušynas, ąžuolynas, ežeras, upė ir kt.
 Makroekosistema- didelis, neapibrėžtas ir nekonkretus objektas: miškas, stepė, jūra, kalnai ir kt.
Sausumos ekosistemas galima suskirstyti į tokias grupes: miškų, pievų- stepių, dykumų ir antropologinio pobūdžio ekosistemas. Tarpinio pobūdžio ekosistemos ir biomai vadinami ekotonu.
Vandens ekosistemos skirstomos į gėlų, arba kontinentinių, vandenų ekosistemas ir jūrų bei vandenynų ekosistemas.
Jūrų ir vandenynų ekosistemos skirstomos į dvi dideles gripes: litoralinės bei seklių vandenų ekosistemas ir atvirų vandenų ekosistemas.

Medžiagų apytakos ratai ir energijos srautai.
Maisto medžiagos – tai cheminiai elementai C, H, N, O, P, S bei junginiai, į kuriuos įeina šie ir kiti elementai. Aglies dioksidas yra neorganinis junginys, turintis anglies, tuo tarpu gliukozė- anglies turintis organinis junginys.
Fotosintetindami ir gamindami organines molekules, autotrofai ekosistemai tiekia organinių maisto medžiagų (ž.pav. 2):

X

Šiomis jų pagamintomis organinėmis molekulėmis naudojasi visi heterotrofai, iš jų pasidarydami statybinių medžiagų bei naudojami jas kaip energijos šaltinis. Bendroji pirminė produkcija yra visas energijos kiekis, kurį ekosistemos gamintojai sukaupia organinių medžiagų pavidalu per tam tikrą laiką. Ekosistemos pirminę produkciją gali gerokai veikti fizikiniai veiksniai, pvz., klimatas, dirvos tipas ir t.t. (ž.pav.3):

X

Tik dalis autotrofų pagamintų maisto medžiagų atitenka heterotrofams, nes organines molekules, kaip energijos šaltinis, ląstelėms kvėpuoti vartoja ir patys augalai. Tik jų dalimi ( apie 55% visos bendrosios pirminės produkcijos) gali pasinaudoti heterotrofai. Ši dalis vadinama grynąja pirmine produkcija arba tiesiog pirmine produkcija. Antrinė produkcija- tai heterotrofinių organizmų (konsumentų ir destruktoriu) sukurta gyvoji biomasė (zoomasė, sukaupta energija) tam tikrame ploto arba erdvės vienete per atitinkamą laiko periodą. Konsumentai ir destruktoriai energijos gauna iš autotrofų (producentų) sukurtos organinės medžiagos (ž.pav.3).
Kai kalbame apie medžiagų naudojimą ir ribotus gamtinius išteklius, pravartu prisiminti materijos tvarumo dėsnį, kuris sako, kad materija iš niekur neatsiranda ir niekur neprapuola, tik keičiasi jų formos. Kadangi žemė medžiagų apykaitos požiūriu praktiškai yra uždara sistema, tai vadovaujantis materijos tvarumo dėsniu, bendras medžiagų kiekis joje yra sąlyginai pastovus. Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad enerijai pereinant iš vienos formos į kitą, dalis jos virsta šiluma,kuri ne taip tinka gyviesiems organizmams. Augalų ląstelės kvėpuoja, todėl tik apie 55% augalų sugertos energijos tampa prieinama ekosistemos vartotojams (ž.pav.4):

Analizuodami energijos srautus remsimės gamtinės ekosistemos lygmeniu.
 Pirmame trofiniame lygmenyje gamintojai, daugiausia žalieji augalai, fotosintezės metu saulės energiją transformuoja aukštos kokybės cheminę energiją. Fotosintezei augalai panaudoja labai mažai menką į žemės paviršių patenkančios saulės energijos kiekį- viso labo apie 1%. Apie 30% saulės energijos atsispindi nuo žemės paviršiaus, 45% tiesiogiai įšildo žemės paviršių ir apie 24% saulės energija sunaudojama drėgmės garinimui. Pažymėtina, kad ši fotosintezei nepanaudojama saulės energija sukuria kitus kinetinės energijos šaltinius, kuriuos žmonija gali panaudoti savo energetinėms reikmėms tenkinti. Nevienodai įšilus skirtingų platumų žemės paviršiui oro masių srautai pradeda judėti ir susidariusių vėjų energija vis plačiau naudojama elektros gamybai. Nuo sausumos ir vandenyno paviršiaus išgaravusi drėgmė kritulių pavidalu vėl grįžta į žemę, taip palaikydama vandens apykaitos ciklą bei papildydama upių vandenį ir ši hidroenergija kai kuriose šalyse sudaro nemažą žmonių reikmėms naudojamos energijos dalį.
 Antrame ekosistemų trofiniame lygmenyje žolėdžiai apsirūpina energija misdami žaliaisiais augalais, jų vaisiais ir sėklomi. Kadangi gyvūnai ne tik kvėpuoja, bet ir juda, tai savo gyvybinėms funkcijoms palaikyti sunaudoja žymiai didesnę dalį įsisavintos energijos nei žalieji augalai.

Faktiškai tiek pirmojo lygio naudotojai (žolėdžiai), tiek antrojo lygio naudotojai (plėšrūnai) savo kūno masėje sukaupia tik dešimtadalį maistui sunaudotos energijos, o likę 90 % energijos patenka į aplinką žemų temperatūrų pavidalu.
Mitybos struktūra ir ekologinės piramidės.
Gamtinėse ekosistemose susiklosto sudėtingi mitybos ryšiai t.y. mitybos tinklai. Šie mitybos tinkali yra skirstomi į :
 Gyvaėdžių mitybos tinklas; ji prasideda antžemine augalijos dalimi. Visi gyvaėdžiai ir visaėdžiai yra daugelio įvairiausių plėšrūnų maistas.
 Detritinis mitybos tinklas. Nuokrituose gyvenančios bakterijos ir grybai yra skaidytojai, bet žuvę savo ruožtu jie gali tapti maistu kitiems detritaėdžiams, mintantiems dirvos organinėms medžiagoms.
Mitybos grandinės miško ekosistemoje, pav. 5:
Parodyti du tarpusavyje susiję mitybos tinklai: gyvaėdžių ir detritinis.

Iš 5 pav. Matyti, vienas su kitu organizmai yra susiję, t.y. vieni minta kitais; Pavyzdžiui, gyvaėdžių mitybos tinkle organizmai taip susiję:
lapai→ vikšrai→ pelės→ vanagai
O detritiniame mitybos tinkle matyti tokie ryšiai:
nuokritos→ dirvožemio bakterijos → sliekai→ t.t.
Tokios schemos, rodančios, kas kuo minta, vadinamos mitybos grandinėmis. O mitybos lygmuo- tai visi organizmai, kurie maitinasi tam tikro lygio mitybos grandinėse.
Visose gamtinėse ekosistemose nuolat vyksta mitybos grandinių energetiniai pokyčiai ir pereinant iš vieno mitybos lygio į kitą energija mažėja arba skaidosi, tai sudaro atitinkamą mitybos struktūrą. Kiekviena mitybos struktūra turi tam tikrų ypatumų, kurie yra saviti tam tikriems ekosistemų tipams. Mitybos struktūrą galima išmatuoti ir išreikšti produkcija ploto vienete arba energijos kiekiu, asimiliuotu ploto vienete per tam tikrą laiko vienetą nuosekliuose mitybos lygiuose. Energetinius ryšius tarp organizmų, priklausančių skirtingiems mitybos lygmenims, ekologai vaizduoja ekologinėmis piramidėmis (kartais yra vadinamos Eltono piramidėmis, nes 1927 m. Č. Eltonas pasiūlė mitybos struktūros grafinį vaizdavimą). Piramidės pagrindą sudaro pirmasis mitybos lygis ( producentų lygis), o kiti lygiai sudaro aukštus ir viršūnę.

1,5
11
37
809

Ekologinė piramidė, pav.6
Įvairių mitybos lygmenų biomasė, arba sausasis svoris (g/m2) Silver Springso pelkėje (JAV, Florida). 809 g/m2 užima gamintojai, 37 g/m2 – augalėdžiai, 11 g/m2 – plėšrūnai, 1,5 g/m2 – stambieji (piramidės viršūnės) plėšrūnai.

Ekologinės piramidės gali būti trijų pagrindinių tipų: skaičių, biomasės ir energijos piramidės.
 Biomasės piramidė (ž.pav.6) leidžia nepaisyti organizmų dydžio; mat biomasė- tai individų skaičius, padaugintas iš vidutinės vieno individo masės. Biomasės piramidė rodo organizmų biomasę tam tikru laiko momentu kiekviename ekosistemos mitybos grandinės lygyje. Tik trūkumas tas, kad dalyvauja vieno mitybos lygio visi bendrijos komponentai, kurie yra skirtingos cheminės sudėties ir turi skirtingą energetinę reikšmę. Jei tam tikro mitybos lygio organizmai nėra labai įvairaus dydžio, tuomet piramidė normaliai laiptuoja. Jei žemesnio mitybos lygio individai yra mažesni nei aukštesnių lygių, yra atvirkštinė biomasės piramidė (ž.pav.7).

21,0
4,0

Atvirkštinė biomasės piramidė, pav. 7
21,0- zooplanktonas;
4,0- fitoplanktonas; sausasis svoris (g/m2).

 Skaičių piramidė rodo tam tikrų rūšių individų gausumą. Tai ekosistemos mitybos struktūros paprasta grafinė išraiška, rodanti, kad augalų yra daugiau nei žolėdžių, vabzdžių daugiau negu paukščių ir t.t. Tokiu būdu galima sakyti, kad pereinant iš vieno mitybos lygio į kitą individų sksaičius mažėja, o jų matmenys didėja. Ekosistemoje skaičių piramidė nevisiškai tiksliai parodo mitybos ryšius, nes joje neatsižvelgia į individų matmenis ir masę.
 Energijos piramidė parodo energijos transformavimo efektyvumą ekosistemoje ir mitybos grandins produktyvumą. Ji pateikia kur kas tikslesnių duomenų apie sistemos funkcinę organizaciją, lyginant su ankščiau nagrinėtomis. Energijos piramidė išreiškiama akumuliuotu energijos kiekiu (kcal) atitinkamam plotui per laiko vienetą kiekvename mitybos lygyje, o skaičių ir biomasės bei energijos piramidė parodo, kaip greitai maistas (energija) praeina visą mitybos grandinę. Energijos piramidė beveik visada visuomet esti taisyklingos formos.

Globaliniai biogeocheminiai apytakos ratai.
Gyvų organizmų sudėtyje vyrauja šeši elementai, kurie daro per 95% jų masės, tai anglis, deguonis, vandenilis, azotas, fosforas ir siera. Be šešių elementų augalams reikia palyginti didelių kiekių kalcio, kalio ir magnio, todėl šios medžiagos vadinamos makroelementais. Kadangi visų šių elementų kiekiai žemėje yra gana pastovūs, tai norint palaikyti gyvų organizmų funkcijas jie turi cirkuliuoti ratu. Ši medžiagų apykaita biosferoje yra vadinama biogeocheminiais ciklais ir šie apytakiniai cheminių medžiagų srautai tarp gyvosios (bio) ir negyvosios gamtos (geo) tęsiasi milijonus metų. Ir visiškai tikėtina, kad kalcis, kuris dabar randasi jūsų kauluose, kažkada buvo jau išnykusių mamutų iltyse.
Maisto medžiagų apytakos modelis, pav.8:

Yra dvi svarbiausios biogeocheminių ciklų grupės.
 Dujiniame cikle, kuris čia pateikiamas anglies ir azoto ciklų pavyzdžiai, ratu keliaujanys elementai grįžta ten, iš kur ir buvo paimti- į atmosferą.
 Nuosėdiniame cikle, kuris pateikiamas fosforo ciklo pvyzdžiu, šį elementą iš dirvos įsiurbia augalų šaknys, paskui perima heterotrofai, o dar vėliau į dirvą jį grąžina skaidytojai, dažnai į panašią vietą, kaip ta, iš kurios buvo paimtas.
Vandens apytakos ratai.
Biosferoje vanduo keliauja ratu. Gėlas vanduo susidaro iš sūraus, jam išgaravus. Garavimą skatina Saulė. Virtęs garais, atmosferoje vanduo pakyla labai aukštai, tada atvėsta ir iškrinta kaip lietus arba į sausumą, arba vėl į vandens telkinius.
Vanduo į orą patenka ir iš sausumos bei augalų (garavimas iš augalų vadinamas transpiracija). Jis garuoja ir iš vandens telkinių. Kadangi sausuma paprastai yra aukščiau jūros lygio, upėmis gėlas vanduo teka į jūras. Visi gėlo vandens ištekliai susitelkę stovinčiuose telkiniuose, tekančiuose telkiniuose ir po žeme. Aukščiausiame vandens prisotintame grunto sluoksnyje esantis vanduo vadinamas gruntiniu. Gėlas vanduo, kuris sudaro vos apie 3 % visų pasaulio vandens išteklių, priskiriamas atsinaujinantiems ištekliams, nes ekosistemose jo pasipildo nuolat. Bet vis tiek jo ištekliai yra riboti, ir gėlo vandens gali pritrūkti, ypač jeigu jo ištekliai bus naudojami neracionaliai arba užteršiami tiek, kad nebetiks naudoti.

Anglies apytakos ratas.
Kai kalbama apie anglies apytakos ratą, reikia atsižvelgti į fotosintezės ir ląstelių aerobinio kvėpavimo procesus, jų tarpusavio santykį.
C6H12O6 + 6O2 ↔ 6CO2 + 6H2O
Iš šios lygties aiškiai matyti, kad vykstant ląstelių aerobiniam kvėpavimui, į aplinką išskiriamas anglies dioksidas, o vykstant fotosintezei, jis sunaudojamas. Sausumoje augantys augalai pasdisavina anglies dioksidą iš oro, kurį per fotosintezę paverčia organinėmis medžiagomis, o šias kaip maistą vartoja ir gamintojai, ir vartotojai. Augalams i r gyvūnams kvėpuojant, dalis ten esančios anglies grįžta į atmosferą anglies dioksido pavidalu.
Vandens ekosistemos anglies dioksido mainus su atmosfera atlieka netiesiogiai. Ore esantis anglies dioksidas reaguoja su vandeniu ir sudaro bikarbonatą; bikarbonatas yra angies šaltinis dumbliams, kurie sintetina sau ir kitiems organizmams reikalingas maisto medžiagas. Tarp vandenyje esančio rūgščiojo karbonato ir ore esančio anglies dioksido nusistoja pusiausvyra.
Be atmosferoje esančių anglies junginių, anglies šaltinis yra ir gyvi bei žuvę organizmai. Jei žuvę organizmai nesuyra dėl kažkokių priežasčių, jie suanglėja, arba karbonizuojasi. Karbonizacija – tai toks fizikinis procesas, per kurį žuvusieji organizmai virsta akmens anglimis, nafta ir gamtinėmis dujomis. Šias anglių atsargas paprastai vadiname iškastiniu kuru. Dauguma iškastinio kuro susidarė karbono periode- prieš 286- 360 milijonų metų, kai ypač daug nesuirusių organinių medžiagų pateko po žeme. Dar vienas anglies šaltinis – kiautai, sudaryti iš kalcio karbonato. Organizmams žuvus, šie nusėda į vandenynų dugną. Iš šių nuosėdų per geologines transformacijas ilgainiui susidarė kalkakmeniai.
Azoto apytakos ratai.
Azotas yra gausiausias atmosferos elementas. Pagal tūrį jis (N2) sudaro 78 % atmosferos, bet dirvoje gana dažnai trūksta, ir jo trūkumas riboja augalų augimą. Augalai patys negali ore esančio azoto įjungti į organines molekules, todėl priklauso nuo tą gebančių įvairiausių bakterijų. Taip susidaro azoto apytakos ratas . Procesas, kai azotas (N2) yra redukuojamas ir įjungiamas į organines medžiagas, vadinamas azoto fiksacija. Kai kurios vandens ekosistemose gyvenančios melsvabakterės ir laisvai dirvose gyvenančios bakterijos gali redukuoti dujinį azotą į amonio joną (NH4+).
Augalai patys nesugeba fiksuoti ore esančio azoto, todėl jie ir NH4+, ir NO3- (nitratus) turi gauti iš dirvos. Kai augalai iš dirvos jau būna gavę NO3-, fermentai jį redukuoja į NH4+, o tada jau naudoja aminorūgščių ir nukleorūgščių gamybai.
Nitrifikacija – tai nitratų susidarymas. Šio proceso metu atmosferoje esančio azoto dujos (N2) virsta nitratu (NO3-). Šiai azoto jungimosi su deguonimi reakcijai reikia daug energijos, galingų energijos šaltinių; tokių šaltinių yra: tai- kosminis spinduliavimas, krintantys meteoritai, žaibai.dirvoje esančius amoniako jonus (NH4+) nitratais paverčia kai kurios dirvos bakterijos. Tai jos atlieka dviem etapais. Pirmiausia nitritus gaminančios bakterijos amoniaką paverčia nitritu (NO2-), o tada nitratus gaminančios bakterijos šį junginį paverčia nitratu. Abi bakterijos grupės vadinamos nitrifikuojančiosiomis bakterijomis.
Denitrifikacija – tai nitratų virtimas azoto oksidais ir azoto dujomis. Denitrifikuojančių bakterijų yra tiek vandens, tiek sausumos ekosistemose. Denitrifikacijos procesas yra priešingas azoto fiksavimui. Šiuo metu intensyviau vyksta azoto fiksacija, ypač per trąšų gamybos procesą.
Žmonių ūkinė veikla labai smarkiai veikiai azoto apytaką: iš dujinio azoto (N2) gaminant dirbtines trąšas, azoto fiksavimo greitis padidėja beveik du kartus. Trąšos, kurių sudėtyje yra ir fosfatų, patenka į upes ir ežerus. Dėl to nepaprastai suveši dumbliai ir dugno augalija; to padarinys- eutrofikacija- vanduo gali imti žydėti. Kai gausiai suvešėję dumbliai ima žūti, juos skaidančios bakterijos sunaudoja beveik visą vandenyje esantį deguonį. To padarinys- daugybė negyvų (užtroškusių) žuvų.
Fosforo apytakos ratas.
Sausumoje iš dūlėjančių uolienų fosfatai (PO43- ir HPO42-) patenka į dirvą, o iš ten juos gali pasisavinti augalai. Dalis šių fosfatų išplaunama iš dirvos ir patenka į vadens ekosistemas, ten fosfatus, dar nespėjusius nusėsti į dugną, iš vandens pasisavina dumbliai. Į dugno nuosėdas pakliuvę fosfatai yra „užkonservuojami“, kol geologiniai procesai iškels jų nuosėdas ir dar kartą atidengs vėjų ir saulės gairinimui. Fosforas į atmosferą nepatenka, dėl to fosforo apytakos ratas vadinamas nuosėdiniu ciklu, arba ratu.
Fosfatai, kuriuos pasisavina gamintojai, įjungiami į įvairiausių molekulių sudėtį. Gyvūnai, misdami gamintojais, dalį sukaupto fosforo panaudoja dantims, kaulam, kriauklėms ir pan. struktūroms, t.y. audimiams, kurie gana ilgai nesuyra, sudaryti. Bet visi organizmai kada nors miršta arba žūva, tad fosforo turintys junginiai anksčiau ar vėliau yra suskaidomi į fosfatus ir atitenka gamintojams. Fosfatai dažniausiai pasisavinami labai greitai, todėl daugumoje ekosistemų kaip tik fosforas dažniausiai yra augimą ribojantis elementas. Augimą ribojančia maisto medžiaga vadinama ta, kuri riboja populiacijų gausėjimą, nes aplinkoje jos ištekliai yra mažesni už kitų augimui reikalingų medžiagų išteklius.
Dėl žmonių ūkinės veiklos (kasybos pramonė, mineralinių trąšų, pašarinių priedų, skalbimo priemonių gamyba) fosfatų kiekis ekosistemose nepaprastai padidėjo. Viena plačiai žinoma vieta, kurioje kasami fosforo junginiai, yra JAV, Floridos valstijoje, į rytus nuo Tampos. Šis telkinys susidaręs iš suakmenėjusių jūrų organizmų, gyvenusių prieš kokius 10 ar 15 milijonų metų, liekanų. Čia kasama fosfatų rūda yra šiek tiek radioaktyvi, todėl pavojinga visiems gyviems organizmams, taigi ir ją kasantiems žmonėms. Tik dalis teritorijos, kurioje rūda iškasta, tinkamai rekultivuota, likusioje dalyje vyksta intensyvi dirvos erozija.
Dėl fosfatų išplovimo iš tręšiamų dirvų, dėl vandens nuleidimo iš nuotėkų valymo stočių į vandens telkinius patenka pernelyg daug fosfatų- jie labai suintensyvina eutrofikaciją. Fosfatai daugumoje ekosistemų yra augimą ribojanti maisto medžiaga, todėl jų įtaka eutrofikacijos procesui yra kur kas didesnė negu azoto.

Tarša.
Žmonių veikla daro įtaką biogeocheminiams ciklams, taigi ir ekosistemoms. Vandans pompavimas iš požeminių telkinių trikdo gamtinį vandens apytakos ratą. Deginant iškastinį kurą ir medieną, didinamas anglies dioksido kiekis atmosferoje, o to galimas padarinys- globalinis klimato atšilimas. Atmosferoje esantis anglies dioksidas praleidžia saulės spindulius, bet sugeria nuo Žemės atsispindinčią šilumą ir nukreipia ją atgal į Žemę. Taip susidaro šiltnamio reiškinys. Fosforo apytakos ratą veikia žmonių gaminamas skalbimo priemonės, o tiek azoto, tiek fosforo apytakos ratus veikia žmonių gaminamos trąšos. Su nuotėkomis į vandens telkinius patenkamas azotas ir fosforas sukelia eutrofikacija.
Žmogaus veikla keičia ir medžiagų virtimo iš vienų į kitas greitį- elementai iš vienos ekosistemos dirbtinai perkeliami į kitą kur kas greičiau, negu šis procesas vyktų be žmogaus įsikišimo. Dėl žmonių veiklos anglies apytakos rate anglis iš iškastinio kuro (ir medienos) žymiai intensyviau patenka į atmosferą bei į vandenynus. Žmonės padidino azoto srautą iš atmosferos į dirvą, taigi ir į vandens telkinius. Fosforo apytakos rate taip padidintas šio elemento srautas iš uolienų į dirvą ir vandens telkinus. Tąršą galima apibrėžti kaip tokį medžiagų pernašos greičio pakeitimą, kuris gali tiesiogiai ir netiesiogiai kenkti žmonių sveikatai arba bloginti augalų bei gyvūnų gyvenimo sąlygas.

Išvados
Ekosistemas sudaro gyvieji organizmai, gyvenantys ekologinėmis bendrijomis, bei tuos organizmus supanti negyvoji aplinka. Ekosistemas tiriantys ekologai labiausiai duomisi plataus masto problemomis, pvz., ekosistemų funkcionavimu stengiasi nustatyti veiksnius, verčiančius skirtingas ekosistemas funkcionuoti skirtingai. Į ekosistemos funkcionavimo sampratą įeina tokie klausimai: energijos srautai ekosistemos viduje, energijos kaupimas ar jos praradimas ekosistemoje, maisto medžiagų keliai ekosistemos viduje, maisto medžiagų mainai tarp ekosistemų, negyvosios organinės medžiagos skaidymas, vandens atsargų kaupimas ir t.t.
Vienas svarbiausių ekosistemų veikimo tyrimo būdų- nustatyti energijos srautus ekosistemose. Nustačius anglies kiekį, kuris per fotosintezę didėja ekosistemoje, galima įvertinti, kiek saulės energijos pasisavina tos ekosistemos gamintojai. Tada galima jau tirti ir energijos srautus- nustatyti, kiek anglies keliauja iš vieno mitybos lygmens į kitą, pagaliau, kiek anglies išskiriama kvėpuojant. Įvairios ekosistemos nevienodai pasisavina anglį (energija), nevienodą jos dalį praleidžia savo mitybos tinklais. Nustačius, kurie veiksniai- krituliai, maisto medžiagų gausa, metų laikų kaita ir kt.- labiausiai veikia energijos srautus, galima sudaryti bendriausius ekosistemų veikimo modelius.
Daugelis ekosistemas tiriančių ekologų supranta, kad nors nustatyti energijos srautus ir yra svarbiausias dalykas, norint suprasti, kaip veikia ekosistemos, nė kiek ne mažiau svarbu yra išaiškinti maisto medžiagų apytakos ratus, nustatyti, kiek ir kokių maisto medžiagų išteklių ekosistemose yra. Maisto medžiagų kiekis daro įtaką ne tik augalijai, nuo jo priklauso ir gyvūnų pasiskirstymas. Daugelis stambiųjų augalėdžių noriau ėda augalus, kurie turi daugiau maisto medžiagų, todėl jie susitelkia tokiose vietose, kur šių augalų gausu.
Per paskutinį dešimtmetį ekologijos tyrimai tapo kur kas sudėtingesni. Daugelio ankstesnių ekologijos tyrimų rezultatas buvo sudarytos schemos arba modeliai. Iš jų buvo galima gana tiksliai prognozuoti energijos ir maisto medžiagų srautus, bet nieko nebuvo galima pasakyti apie mechanizmus, kurie tuos srautus lemia.
Šiuo metu dauguma tyrimų siekiama papildyti modelius (schemas) tokiais duomenimis, kurie rodytų, kokią įtaką kiekviena konkreti organizmų rūšis daro visai ekosistemai. Tad netrukus galėsime numatyti, kurios rūšys ekosistemoms yra svarbiausios ir kurios būtinai turi būti išsaugotos, kad gamtinė ekosistema galėtų sėkmingai gyvuoti.

Leave a Comment