Ekosystém
Ekosystémy jsou řízené obě vnější a vnitřní faktory. Vnější faktory, nazývané také státní faktory, řídí celkovou strukturu ekosystému a způsob, jakým v něm věci fungují, ale samy o sobě nejsou ekosystémem ovlivněny. Nejdůležitější z nich je klima. Klima určuje biom, ve kterém je ekosystém zakotven. Srážkové vzorce a sezónní teploty ovlivňují fotosyntézu a tím určují množství vody a energie dostupné ekosystému.
mateřský materiál určuje povahu půdy v ekosystému a ovlivňuje přísun minerálních živin. Topografie také řídí ekosystémové procesy ovlivňováním věcí, jako je mikroklima, vývoj půdy a pohyb vody systémem. Například ekosystémy mohou být zcela odlišné, pokud se nacházejí v malé depresi v krajině, oproti tomu, který je přítomen na přilehlém strmém svahu.
Mezi další vnější faktory, které hrají důležitou roli ve fungování ekosystému, patří čas a potenciální biota. Podobně soubor organismů, které mohou být potenciálně přítomny v oblasti, může také významně ovlivnit ekosystémy. Ekosystémy v podobných prostředích, které se nacházejí v různých částech světa, mohou nakonec dělat věci velmi odlišně jednoduše proto, že mají různé druhy druhů. Zavedení nepůvodních druhů může způsobit podstatné posuny ve funkci ekosystému.
Na rozdíl od vnějších faktorů vnitřní faktory v ekosystémech nejen řídí ekosystémové procesy, ale jsou jimi také řízeny. V důsledku toho jsou často předmětem zpětnovazebních smyček. Zatímco zdroje jsou obecně řízeny externí procesy, jako je klima a základní materiál, dostupnost těchto zdrojů v rámci ekosystému je řízen vnitřní faktory, jako je rozklad, kořen soutěže nebo stínování. Dalšími faktory, jako je narušení, posloupnost nebo typy přítomných druhů, jsou také vnitřní faktory.
Primární produkce
primární výroba je výroba organických látek z anorganických zdrojů uhlíku. K tomu dochází hlavně fotosyntézou. Energie začleněná tímto procesem podporuje život na zemi, zatímco uhlík tvoří většinu organické hmoty v živé a mrtvé biomase, půdní uhlík a fosilní paliva. Řídí také uhlíkový cyklus, který ovlivňuje globální klima prostřednictvím skleníkového efektu.
Prostřednictvím procesu fotosyntézy, rostliny zachytit energii ze světla a používat to, aby kombinovat oxidu uhličitého a vody k tvorbě sacharidů a kyslíku. Fotosyntéza prováděná všemi rostlinami v ekosystému se nazývá hrubá primární produkce (GPP). Asi polovina GPP se spotřebuje při dýchání rostlin. Zbytek, ta část GPP, která není spotřebována dýcháním, je známá jako čistá primární produkce (NPP). Celková fotosyntéza je omezena řadou faktorů prostředí. Mezi ně patří množství světla k dispozici, množství listové plochy rostlin má zachytit světlo (zastínění jinými rostlinami je hlavní omezení fotosyntézy), míra, při které je oxid uhličitý může být dodáván do chloroplastů pro podporu fotosyntézy, dostupnost vody, a dostupnost vhodných teplot pro provádění fotosyntézy.
tok energie
Energie a uhlíku zadejte ekosystémů prostřednictvím fotosyntézy, jsou začleněny do živé tkáně, převedeny do jiných organismů, které se živí na živé a mrtvé rostlinné hmoty, a nakonec propuštěn přes dýchání.
uhlíku a energie začleněna do rostlinných tkání (čistá primární produkce) je buď spotřebována zvířata, zatímco rostlina je živý, nebo to zůstane nespotřebované když rostlina tkáň umírá a stává detritus. V suchozemských ekosystémech je zhruba 90% čisté primární produkce rozloženo rozkladači. Zbytek je buď spotřebován zvířaty, zatímco je stále naživu, a vstupuje do rostlinného trofického systému, nebo je spotřebován po jeho smrti, a vstupuje do trofického systému založeného na detritu.
ve vodních systémech je podíl rostlinné biomasy, kterou konzumují býložravci, hodně higher.In trofické systémy fotosyntetické organismy jsou primárními producenty. Organismy, které konzumují své tkáně, se nazývají primární spotřebitelé nebo sekundární producenti-býložravci. Organismy, které se živí mikroby (bakteriemi a houbami), se nazývají mikrobivory. Zvířata, která se živí primárními spotřebiteli-masožravci – jsou druhotnými spotřebiteli. Každá z nich představuje trofickou úroveň.
sekvence spotřeby – od rostliny po býložravce až po masožravce-tvoří potravinový řetězec. Skutečné systémy jsou mnohem složitější než toto-organismy se obecně živí více než jednou formou jídla a mohou se živit na více než jedné trofické úrovni. Masožravci mohou zachytit některé kořist, která je součástí rostlinné bázi trofický systém a další, které jsou součástí detritu, založené na trofických systém (pták, který se živí i na býložravé kobylky a žížaly, které spotřebovávají zbytky). Skutečné systémy, se všemi těmito složitostmi, tvoří potravní sítě spíše než potravinové řetězce. Potravinový řetězec se obvykle skládá z pěti úrovní spotřeby, kterými jsou výrobci, primární spotřebitelé, sekundární spotřebitelé, terciární spotřebitelé a rozkladači.
rozklad
uhlíku a živin v mrtvé organické hmoty jsou členěny do skupiny procesů, známé jako rozklad. To uvolňuje živiny, které pak mohou být znovu použity pro rostlinnou a mikrobiální produkci, a vrací oxid uhličitý do atmosféry (nebo vody), kde může být použit pro fotosyntézu. Při absenci rozkladu by se mrtvá organická hmota hromadila v ekosystému a živiny a atmosférický oxid uhličitý by byly vyčerpány. Přibližně 90% pozemní čisté primární produkce jde přímo z rostliny na rozkladač.
rozkladné procesy lze rozdělit do tří kategorií-vyluhování, fragmentace a chemická změna mrtvého materiálu. Jak se voda pohybuje mrtvou organickou hmotou, rozpouští se a nese s sebou ve vodě rozpustné složky. Tyto jsou pak přijímána organismy v půdě, reagují s minerální půdy, nebo jsou přepravovány za hranice ekosystému (a jsou považovány za ztracené). Nově shazují listí a čerstvě mrtvá zvířata mají vysoké koncentrace ve vodě rozpustných složek a obsahují cukry, aminokyseliny a minerální živiny. Loužení je důležitější ve vlhkém prostředí a mnohem méně důležité v suchém prostředí.
fragmentační procesy rozkládají organický materiál na menší kousky a vystavují nové povrchy pro kolonizaci mikroby. Čerstvě zbavená podestýlka listů může být nepřístupná kvůli vnější vrstvě kutikuly nebo kůry a obsah buněk je chráněn buněčnou stěnou. Nově mrtvá zvířata mohou být pokryta exoskeletem. Fragmentační procesy, které procházejí těmito ochrannými vrstvami, urychlují rychlost mikrobiálního rozkladu. Zvířata fragmentují detritus, když loví potravu, stejně jako průchod střevem. Freeze-tání cykly a cykly smáčení a sušení také fragment mrtvý materiál.
chemická změna mrtvé organické hmoty je primárně dosažena bakteriálním a houbovým působením. Houbové hyfy produkují enzymy, které mohou prorazit tvrdé vnější struktury obklopující mrtvý rostlinný materiál. Produkují také enzymy, které rozkládají lignin, což jim umožňuje přístup k obsahu buněk i dusíku v ligninu. Houby mohou přenášet uhlík a dusík prostřednictvím svých hyfálních sítí, a proto na rozdíl od bakterií nejsou závislé pouze na lokálně dostupných zdrojích.
míra rozkladu se u jednotlivých ekosystémů liší. Rychlost rozkladu se řídí třemi skupinami faktorů—fyzické prostředí (teplota, vlhkost, vlastnosti půdy), množství a kvalita mrtvého materiálu k dispozici rozkladači, a povaze mikrobiálních společenství samo. Teplota řídí rychlost mikrobiálního dýchání; čím vyšší je teplota, tím rychleji dochází k mikrobiálnímu rozkladu. Ovlivňuje také vlhkost půdy, která zpomaluje mikrobiální růst a snižuje vyluhování. Cykly zmrazení a rozmrazení také ovlivňují rozklad-teploty mrazu zabíjejí půdní mikroorganismy,což umožňuje vyluhování hrát důležitější roli při pohybu živin kolem. To může být zvláště důležité, protože půda tání na jaře, vytváří puls živin, které budou k dispozici.
míra rozkladu je nízká za velmi mokrých nebo velmi suchých podmínek. Míra rozkladu je nejvyšší za mokra, vlhké podmínky s dostatečným množstvím kyslíku. Vlhké půdy mají tendenci mít nedostatek kyslíku (to platí zejména v mokřadech), což zpomaluje mikrobiální růst. V suchých půdách se rozklad také zpomaluje, ale bakterie rostou (i když pomaleji) i poté, co jsou půdy příliš suché na podporu růstu rostlin.
cyklování živin
Ekosystémy neustálé výměně energie a uhlíku s okolním prostředím. Minerální živiny, na druhé straně, jsou většinou cyklovány tam a zpět mezi rostlinami, zvířaty, mikroby a půdou. Většina dusíku vstupuje do ekosystémů biologickou fixací dusíku, ukládá se srážením, prachem, plyny nebo se aplikuje jako hnojivo.
vzhledem k tomu, že většina suchozemských ekosystémů je omezena na dusík, je cyklování dusíku důležitou kontrolou produkce ekosystémů.
až do moderní doby byla fixace dusíku hlavním zdrojem dusíku pro ekosystémy. Bakterie fixující dusík buď žijí symbioticky s rostlinami, nebo žijí volně v půdě. Energetické náklady jsou vysoké u rostlin, které podporují symbionty fixující dusík—až 25% hrubé primární produkce při měření v kontrolovaných podmínkách. Mnoho členů rodiny rostlin luštěnin podporuje symbionty fixující dusík. Některé sinice jsou také schopné fixace dusíku. Jedná se o fototrofy, které provádějí fotosyntézu. Stejně jako jiné bakterie fixující dusík mohou být buď volně žijící, nebo mají symbiotické vztahy s rostlinami. Jiné zdroje dusíku patří kyselé depozice vyrábí spalováním fosilních paliv, čpavek plyn, který se vypařuje ze zemědělských polí, které mají hnojiva aplikované na ně, a prachu. Antropogenní vstupy dusíku představují asi 80% všech toků dusíku v ekosystémech.
když jsou rostlinné tkáně vylučovány nebo jsou konzumovány, dusík v těchto tkáních je dostupný zvířatům a mikrobům. Mikrobiální rozklad uvolňuje sloučeniny dusíku z mrtvé organické hmoty v půdě, kde o ni soutěží rostliny, houby a bakterie. Některé půdní bakterie používají organické sloučeniny obsahující dusík jako zdroj uhlíku a uvolňují amonné ionty do půdy. Tento proces je známý jako mineralizace dusíku. Jiní přeměňují amonium na dusitanové a dusičnanové ionty, proces známý jako nitrifikace. Oxid dusnatý a oxid dusný se také vyrábějí během nitrifikace. Za podmínek bohatých na dusík a chudých na kyslík se dusičnany a dusitany přeměňují na plynný dusík, proces známý jako Denitrifikace.
Další důležité živiny patří fosfor, síra, vápník, draslík, hořčík a mangan. Fosfor vstupuje do ekosystémů zvětráváním. Jako ekosystémy věku se tato nabídka snižuje, což fosforu-omezení častější u starších krajiny (zejména v tropech). Vápník a síra jsou také produkovány zvětráváním, ale ukládání kyselin je důležitým zdrojem síry v mnoha ekosystémech. Ačkoli hořčík a mangan jsou produkovány zvětráváním, výměny mezi organickou hmotou půdy a živými buňkami představují významnou část toků ekosystémů. Draslík se primárně cykluje mezi živými buňkami a organickou hmotou půdy.
Funkce a biodiverzity
biodiverzita hraje důležitou roli ve fungování ekosystému. Důvodem je to, že ekosystémové procesy jsou řízeny počtem druhů v ekosystému, přesnou povahou každého jednotlivého druhu a relativní hojností organismů v rámci těchto druhů. Ekosystémové procesy jsou široké zobecnění, že ve skutečnosti probíhat prostřednictvím činnosti jednotlivých organismů. Povaha organismů—druhy, funkční skupiny a trofické úrovně, do které patří—určuje druhy akcí, tito jedinci jsou schopni provádět a relativní efektivita, s jakou tak učiní.
Ekologické teorie naznačuje, že ve snaze koexistovat, druhy, musí mít nějakou úroveň omezení podobnost—musí být odlišné od sebe nějakým zásadním způsobem, jinak jeden druh by konkurenčně vyloučit ostatní. I přes to, kumulativní účinek na další druhy v ekosystému není lineární—další druhy mohou zvýšit retenci dusíku, například, ale za nějaké úrovni druhové bohatosti, další druhy mohou mít malý aditivní účinek.
přidání (nebo ztráta) z druhů, které jsou ekologicky podobné těm, které již přítomné v ekosystému má tendenci mít pouze malý vliv na ekosystémové funkce. Ekologicky odlišné druhy mají na druhé straně mnohem větší účinek. Podobně dominantní druhy mají velký vliv na funkci ekosystému, zatímco vzácné druhy mají tendenci mít malý účinek. Druhy Keystone mají tendenci mít vliv na funkci ekosystému, která je nepřiměřená jejich hojnosti v ekosystému. Podobně je ekosystémový inženýr jakýkoli organismus, který vytváří, významně modifikuje, udržuje nebo ničí stanoviště.
dynamika
ekosystémy jsou dynamické entity. Jsou vystaveny periodickým poruchám a jsou v procesu zotavování se z nějaké minulé poruchy. Když dojde k poruchám, ekosystém reaguje odklonem od svého počátečního stavu. Tendence ekosystému zůstat blízko svého rovnovážného stavu, navzdory tomuto narušení, se nazývá jeho odpor. Na druhé straně se rychlost, s jakou se po narušení vrátí do původního stavu, nazývá jeho odolnost. Čas hraje roli ve vývoji půdy z holé skály a při obnově komunity z narušení.
z jednoho roku do druhého zažívají ekosystémy rozdíly ve svém biotickém a abiotickém prostředí. Sucho, chladnější než obvykle zima a ohnisko škůdců jsou krátkodobou variabilitou podmínek prostředí. Populace zvířat se rok od roku liší, budování během bohaté na zdroje, období a shazovat, jak se překročení jejich zásobování potravinami. Tyto změny se odehrávají ve změnách čisté míry rozkladu primární produkce, a další ekosystémové procesy. Dlouhodobější změny také ovlivňují ekosystémové procesy—lesy na východě Severní Ameriky stále ukazují, dědictví, pěstování, která přestala před 200 lety, zatímco produkce metanu ve východní Sibiřského jezera je řízen organických látek, které se nahromadily během Pleistocénu.
porucha také hraje důležitou roli v ekologických procesech. F. Stuart Chapin a spoluautory definovat poruchu jako „relativně diskrétní událost v čase a prostoru, která mění strukturu populace, společenstva, ekosystémy a způsobuje změny ve zdrojích, dostupnosti nebo fyzického prostředí“. To se může pohybovat od pádů stromů a ohnisek hmyzu přes hurikány a požáry až po sopečné erupce. Takové poruchy mohou způsobit velké změny v populacích rostlin, zvířat a mikrobů, stejně jako obsah organických látek v půdě. Po narušení následuje posloupnost, “ směrová změna struktury a fungování ekosystému vyplývající z bioticky řízených změn v zásobování zdroji.“
frekvence a závažnost poruchy určují způsob, jakým ovlivňuje funkci ekosystému. Hlavní poruchy, jako sopečné erupce nebo ledové zálohy a ustoupit, nechat za sebou půdách, které postrádají rostliny, zvířata nebo organické hmoty. Ekosystémy, které zažívají takové poruchy, podléhají primární posloupnosti. Méně závažná porucha, jako jsou lesní požáry, hurikány nebo kultivace, má za následek sekundární posloupnost a rychlejší zotavení. Závažnější poruchy a častější poruchy vedou k delším dobám zotavení.
Leave a Reply