Ecosistemul
ecosistemele sunt controlate atât de factori externi, cât și interni. Factorii externi, numiți și factori de stare, controlează structura generală a unui ecosistem și modul în care lucrurile funcționează în cadrul acestuia, dar nu sunt ele însele influențate de ecosistem. Cel mai important dintre acestea este clima. Clima determină biomul în care este încorporat ecosistemul. Modelele de precipitații și temperaturile sezoniere influențează fotosinteza și determină astfel cantitatea de apă și energie disponibilă ecosistemului.
materialul părinte determină natura solului într-un ecosistem și influențează furnizarea de nutrienți minerali. Topografia controlează, de asemenea, procesele ecosistemice afectând lucruri precum microclimatul, dezvoltarea solului și mișcarea apei printr-un sistem. De exemplu, ecosistemele pot fi destul de diferite dacă sunt situate într-o mică depresiune a peisajului, față de una prezentă pe un deal abrupt adiacent.alți factori externi care joacă un rol important în funcționarea ecosistemului includ timpul și potențialul biotei. În mod similar, setul de organisme care pot fi prezente într-o zonă poate afecta, de asemenea, semnificativ ecosistemele. Ecosistemele din medii similare care sunt situate în diferite părți ale lumii pot ajunge să facă lucrurile foarte diferit pur și simplu pentru că au diferite bazine de specii prezente. Introducerea speciilor non-native poate provoca schimbări substanțiale în funcția ecosistemului.spre deosebire de factorii externi, factorii interni din ecosisteme nu numai că controlează procesele ecosistemice, dar sunt, de asemenea, controlați de aceștia. În consecință, ele sunt adesea supuse buclelor de feedback. În timp ce intrările de resurse sunt în general controlate de procese externe precum clima și materialul părinte, disponibilitatea acestor resurse în cadrul ecosistemului este controlată de factori interni precum descompunerea, concurența rădăcinilor sau umbrirea. Alți factori precum perturbarea, succesiunea sau tipurile de specii prezente sunt, de asemenea, factori interni.
producția primară
producția primară este producția de materie organică din surse anorganice de carbon. Acest lucru se întâmplă în principal prin fotosinteză. Energia încorporată prin acest proces susține viața pe pământ, în timp ce carbonul reprezintă o mare parte din materia organică din biomasa vie și moartă, carbonul din sol și combustibilii fosili. De asemenea, conduce ciclul carbonului, care influențează climatul global prin efectul de seră.
prin procesul de fotosinteză, plantele captează energia din lumină și o folosesc pentru a combina dioxidul de carbon și apa pentru a produce carbohidrați și oxigen. Fotosinteza efectuată de toate plantele dintr-un ecosistem se numește producția primară brută (GPP). Aproximativ jumătate din GPP este consumat în respirația plantelor. Restul, acea porțiune de GPP care nu este consumată prin respirație, este cunoscută sub numele de producția primară netă (NPP). Fotosinteza totală este limitată de o serie de factori de mediu. Acestea includ cantitatea de lumină disponibilă, cantitatea de suprafață a frunzelor pe care o plantă trebuie să o capteze lumină (umbrirea de către alte plante este o limitare majoră a fotosintezei), rata la care dioxidul de carbon poate fi furnizat cloroplastelor pentru a susține fotosinteza, disponibilitatea apei și disponibilitatea temperaturilor adecvate pentru realizarea fotosintezei.
fluxul de energie
energia și carbonul intră în ecosisteme prin fotosinteză, sunt încorporate în țesutul viu, transferate către alte organisme care se hrănesc cu materia vegetală vie și moartă și, în cele din urmă, eliberate prin respirație.
carbonul și energia încorporate în țesuturile plantelor (producția primară netă) sunt fie consumate de animale în timp ce planta este în viață, fie rămân nemâncate atunci când țesutul plantei moare și devine detritus. În ecosistemele terestre, aproximativ 90% din producția primară netă ajunge să fie defalcată de descompunători. Restul este fie consumat de animale în timp ce este încă în viață și intră în sistemul trofic pe bază de plante, fie este consumat după ce a murit și intră în sistemul trofic pe bază de detritus.
în sistemele acvatice, proporția de biomasă vegetală care este consumată de erbivore este mult higher.In sistemele trofice organismele fotosintetice sunt producătorii primari. Organismele care își consumă țesuturile sunt numite consumatori primari sau producători secundari—erbivore. Organismele care se hrănesc cu microbi (bacterii și ciuperci) sunt denumite microbivore. Animalele care se hrănesc cu consumatori primari-carnivore-sunt consumatori secundari. Fiecare dintre acestea constituie un nivel trofic.
secvența de consum—de la plantă la erbivor, la carnivor—formează un lanț alimentar. Sistemele reale sunt mult mai complexe decât aceasta—organismele se vor hrăni în general cu mai multe forme de hrană și se pot hrăni la mai multe niveluri trofice. Carnivorele pot captura unele pradă care face parte dintr-un sistem trofic pe bază de plante și altele care fac parte dintr-un sistem trofic pe bază de detritus (o pasăre care se hrănește atât cu lăcuste erbivore, cât și cu râme, care consumă detritus). Sistemele reale, cu toate aceste complexități, formează rețele alimentare mai degrabă decât lanțuri alimentare. Lanțul alimentar constă de obicei din cinci niveluri de consum, care sunt producători, consumatori primari, consumatori secundari, consumatori terțiari și descompunători.
descompunere
carbonul și nutrienții din materia organică moartă sunt defalcate de un grup de procese cunoscute sub numele de descompunere. Aceasta eliberează substanțe nutritive care pot fi apoi reutilizate pentru producția vegetală și microbiană și returnează dioxidul de carbon în atmosferă (sau apă) unde poate fi utilizat pentru fotosinteză. În absența descompunerii, materia organică moartă s-ar acumula într-un ecosistem, iar nutrienții și dioxidul de carbon atmosferic ar fi epuizați. Aproximativ 90% din producția primară netă terestră merge direct de la plantă la descompunere.
procesele de descompunere pot fi separate în trei categorii—levigarea, fragmentarea și modificarea chimică a materialului mort. Pe măsură ce apa se deplasează prin materia organică moartă, se dizolvă și poartă cu ea componentele solubile în apă. Acestea sunt apoi preluate de organismele din sol, reacționează cu solul mineral sau sunt transportate dincolo de limitele ecosistemului (și sunt considerate pierdute). Frunzele nou vărsate și animalele nou moarte au concentrații mari de componente solubile în apă și includ zaharuri, aminoacizi și nutrienți minerali. Levigarea este mai importantă în mediile umede și mult mai puțin importantă în cele uscate.
procesele de fragmentare descompun materialul organic în bucăți mai mici, expunând noi suprafețe pentru colonizare de către microbi. Așternutul de frunze proaspăt vărsat poate fi inaccesibil din cauza unui strat exterior de cuticule sau scoarță, iar conținutul celulelor este protejat de un perete celular. Animalele nou moarte pot fi acoperite de un exoschelet. Procesele de fragmentare, care traversează aceste straturi protectoare, accelerează rata de descompunere microbiană. Animalele fragmentează detritusul în timp ce vânează mâncare, la fel ca și trecerea prin intestin. Ciclurile de îngheț-dezgheț și ciclurile de umectare și uscare fragmentează, de asemenea, materialul mort.
alterarea chimică a materiei organice moarte se realizează în primul rând prin acțiunea bacteriană și fungică. Hifele fungice produc enzime care pot sparge structurile exterioare dure care înconjoară materialul vegetal mort. De asemenea, produc enzime care descompun lignina, ceea ce le permite accesul atât la conținutul celular, cât și la azotul din lignină. Ciupercile pot transfera carbon și azot prin rețelele lor hifale și, prin urmare, spre deosebire de bacterii, nu depind exclusiv de resursele disponibile la nivel local.
ratele de descompunere variază între ecosisteme. Rata de descompunere este guvernată de trei seturi de factori—mediul fizic (temperatura, umiditatea și proprietățile solului), cantitatea și calitatea materialului mort disponibil pentru descompunători și natura comunității microbiene în sine. Temperatura controlează rata respirației microbiene; cu cât temperatura este mai mare, cu atât se produce descompunerea microbiană mai rapidă. De asemenea, afectează umiditatea solului, ceea ce încetinește creșterea microbiană și reduce scurgerea. Ciclurile de îngheț-dezgheț afectează, de asemenea, descompunerea—temperaturile de îngheț ucid microorganismele din sol, ceea ce permite scurgerea să joace un rol mai important în mișcarea nutrienților. Acest lucru poate fi deosebit de important deoarece solul se dezgheață primăvara, creând un puls de nutrienți care devin disponibili.
ratele de descompunere sunt scăzute în condiții foarte umede sau foarte uscate. Ratele de descompunere sunt cele mai ridicate în condiții umede, umede, cu niveluri adecvate de oxigen. Solurile umede tind să devină deficitare în oxigen (acest lucru este valabil mai ales în zonele umede), ceea ce încetinește creșterea microbiană. În solurile uscate, descompunerea încetinește, de asemenea, dar bacteriile continuă să crească (deși într-un ritm mai lent) chiar și după ce solurile devin prea uscate pentru a susține creșterea plantelor.
ciclul nutrienților
ecosistemele schimbă continuu energia și carbonul cu mediul mai larg. Nutrienții minerali, pe de altă parte, sunt în mare parte ciclați înainte și înapoi între plante, animale, microbi și sol. Majoritatea azotului intră în ecosisteme prin fixarea biologică a azotului, este depus prin precipitații, praf, gaze sau este aplicat ca îngrășământ.
deoarece majoritatea ecosistemelor terestre sunt limitate la azot, ciclismul azotului este un control important asupra producției ecosistemului.
până în timpurile moderne, fixarea azotului a fost principala sursă de azot pentru ecosisteme. Bacteriile care fixează azotul trăiesc fie simbiotic cu plantele, fie trăiesc liber în sol. Costul energetic este ridicat pentru plantele care susțin simbionții de fixare a azotului-până la 25% din producția primară brută atunci când este măsurată în condiții controlate. Mulți membri ai familiei de plante leguminoase susțin simbionții de fixare a azotului. Unele cianobacterii sunt, de asemenea, capabile de fixarea azotului. Acestea sunt fototrofe, care efectuează fotosinteza. Ca și alte bacterii care fixează azotul, ele pot fi fie libere, fie au relații simbiotice cu plantele. Alte surse de azot includ depunerea acidă produsă prin arderea combustibililor fosili, gazul de amoniac care se evaporă din câmpurile agricole cărora li s-au aplicat îngrășăminte și praful. Intrările antropice de azot reprezintă aproximativ 80% din toate fluxurile de azot din ecosisteme.
când țesuturile vegetale sunt vărsate sau consumate, azotul din acele țesuturi devine disponibil animalelor și microbilor. Descompunerea microbiană eliberează compuși de azot din materia organică moartă din sol, unde plantele, ciupercile și bacteriile concurează pentru aceasta. Unele bacterii din sol folosesc compuși organici care conțin azot ca sursă de carbon și eliberează ioni de amoniu în sol. Acest proces este cunoscut sub numele de mineralizare a azotului. Alții transformă amoniul în ioni de nitriți și nitrați, un proces cunoscut sub numele de nitrificare. Oxidul Nitric și oxidul de azot sunt, de asemenea, produse în timpul nitrificării. În condiții bogate în azot și sărace în oxigen, nitrații și nitriții sunt transformați în azot gazos, un proces cunoscut sub numele de denitrificare.
alți nutrienți importanți includ fosfor, sulf, calciu, potasiu, magneziu și mangan. Fosforul intră în ecosisteme prin intemperii. Pe măsură ce ecosistemele îmbătrânesc, această aprovizionare se diminuează, făcând limitarea fosforului mai frecventă în peisajele mai vechi (în special în tropice). Calciul și sulful sunt, de asemenea, produse de intemperii, dar depunerea acidă este o sursă importantă de sulf în multe ecosisteme. Deși magneziul și manganul sunt produse de intemperii, schimburile dintre materia organică a solului și celulele vii reprezintă o parte semnificativă a fluxurilor ecosistemice. Potasiul este în primul rând ciclat între celulele vii și materia organică a solului.
funcția și biodiversitatea
biodiversitatea joacă un rol important în funcționarea ecosistemului. Motivul pentru aceasta este că procesele ecosistemice sunt determinate de numărul de specii dintr-un ecosistem, de natura exactă a fiecărei specii individuale și de abundența relativă a organismelor din cadrul acestor specii. Procesele ecosistemice sunt generalizări largi care au loc de fapt prin acțiunile organismelor individuale. Natura organismelor-speciile, grupurile funcționale și nivelurile trofice din care fac parte—dictează tipurile de acțiuni pe care acești indivizi sunt capabili să le îndeplinească și eficiența relativă cu care fac acest lucru.
teoria ecologică sugerează că, pentru a coexista, speciile trebuie să aibă un anumit nivel de similitudine limitativă—trebuie să fie diferite unele de altele într-un mod fundamental, altfel o specie ar exclude competitiv cealaltă. În ciuda acestui fapt, efectul cumulativ al speciilor suplimentare într—un ecosistem nu este liniar-speciile suplimentare pot spori retenția azotului, de exemplu, dar dincolo de un anumit nivel de bogăție a speciilor, speciile suplimentare pot avea un efect aditiv redus.adăugarea (sau pierderea) speciilor care sunt similare din punct de vedere ecologic cu cele deja prezente într-un ecosistem tinde să aibă doar un efect mic asupra funcției ecosistemului. Speciile distincte din punct de vedere ecologic, pe de altă parte, au un efect mult mai mare. În mod similar, speciile dominante au un efect mare asupra funcției ecosistemului, în timp ce speciile rare tind să aibă un efect mic. Speciile Keystone tind să aibă un efect asupra funcției ecosistemului care este disproporționat față de abundența lor într-un ecosistem. În mod similar, un inginer ecosistem este orice organism care creează, modifică semnificativ, întreține sau distruge un habitat.
dinamica
ecosistemele sunt entități dinamice. Ele sunt supuse unor tulburări periodice și sunt în proces de recuperare de la unele perturbări din trecut. Când apare o perturbare, un ecosistem răspunde îndepărtându-se de starea sa inițială. Tendința unui ecosistem de a rămâne aproape de starea sa de echilibru, în ciuda acestei perturbări, este denumită rezistența sa. Pe de altă parte, viteza cu care revine la starea inițială după perturbare se numește rezistența sa. Timpul joacă un rol în dezvoltarea solului din roca goală și recuperarea unei comunități de tulburări.de la un an la altul, ecosistemele experimentează variații în mediile lor biotice și abiotice. O secetă, o iarnă mai rece decât de obicei și un focar de dăunători sunt toate variabilitatea pe termen scurt a condițiilor de mediu. Populațiile de animale variază de la an la an, acumulându-se în perioadele bogate în resurse și prăbușindu-se pe măsură ce își depășesc aprovizionarea cu alimente. Aceste schimbări se produc în modificările ratelor nete de descompunere a producției primare și ale altor procese ecosistemice. Schimbările pe termen lung modelează, de asemenea, procesele ecosistemice—pădurile din estul Americii de Nord prezintă încă moșteniri de cultivare care au încetat acum 200 de ani, în timp ce producția de metan din lacurile siberiene de Est este controlată de materie organică care s-a acumulat în timpul Pleistocenului.
perturbarea joacă, de asemenea, un rol important în procesele ecologice. F. Stuart Chapin și coautorii definesc perturbarea ca „un eveniment relativ discret în timp și spațiu care modifică structura populațiilor, comunităților și ecosistemelor și provoacă schimbări în disponibilitatea resurselor sau în mediul fizic”. Acest lucru poate varia de la căderi de copaci și focare de insecte la uragane și incendii până la erupții vulcanice. Astfel de tulburări pot provoca schimbări mari în populațiile de plante, animale și microbi, precum și conținutul de materie organică din sol. Perturbarea este urmată de succesiune, o ” schimbare direcțională a structurii și funcționării ecosistemului care rezultă din schimbări bazate pe bioticitate în aprovizionarea cu resurse.”
frecvența și severitatea perturbării determină modul în care afectează funcția ecosistemului. O perturbare majoră, cum ar fi o erupție vulcanică sau un avans și retragere glaciară, lasă în urmă soluri care nu au plante, animale sau materie organică. Ecosistemele care se confruntă cu astfel de tulburări suferă o succesiune primară. O perturbare mai puțin severă, cum ar fi incendiile forestiere, uraganele sau cultivarea, are ca rezultat o succesiune secundară și o recuperare mai rapidă. Perturbarea mai severă și perturbarea mai frecventă duc la perioade de recuperare mai lungi.
Leave a Reply