EKOSYSTEM – fragment przyrody stanowiący funkcjonalną całość, w której zachodzi wymiana między jej częścią żywą:         biocenozą, a nieożywioną – biotopem.

 Każdy w pełni rozwinięty ekosystem składa się z elementów:

  abiotycznych ( nieożywionych ),

  biotycznych ( żywych ).

  Elementami abiotycznymi są:

 - woda

  - gleba

  - gazy atmosferyczne ( tlen, azot, dwutlenek węgla )

  - rzeźba terenu

- klimat

- temperatu                                    

Tworzą one biotop czyli nieożywioną część ekosystemu.  

Elementy biotyczne to wszystkie żywe organizmy ( rośliny i zwierzęta ) pozostające między sobą w różnego rodzaju zależnościach. Tworzą one biocenozę czyli ożywioną część ekosystemu.

Każdy ekosystem naturalny stanowi układ otwarty i funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Wszystko to jest możliwe wtedy, gdy dociera do niego energia słoneczna. Nie cała docierająca energia zostaje skumulowana w organizmach: część z niej wykorzystywana jest do podstawowych procesów metabolicznych i budowy własnych struktur organizmów, pozostała część tracona jest bezpowrotnie w postaci ciepła.

Energia przepływa jednokierunkowym strumieniem w układzie otwartym. Natomiast materia krąży w ekosystemie w obiegu zamkniętym.

Krążenie materii w ekosystemie jest uwarunkowane istnieniem poziomów troficznych.

STRUKTURA TROFICZNA  każdego ekosystemu jest zazwyczaj taka sama.

Wyróżnia się w niej:

- producentów, czyli organizmy autotroficzne, które są zdolne do wytwarzania materii organicznej w procesie fotosyntezy ( rośliny zielone i bakterie fotosyntetyzujące ) oraz chemosyntezy ( bakterie chemosyntetyzujące ),

 - konsumentów, czyli organizmy heterotroficzne, niezdolne do wytwarzania związków organicznych z nieorganicznych, a przystosowane do pobierania gotowej materii organicznej; należą tu wszystkie zwierzęta,

- reducentów (destruentów ), czyli grupę organizmów heterotroficznych, które odżywiają się martwą materią organiczną i rozkładając ją na proste związki nieorganiczne dostarczają je roślinom zielonym; należą tu głównie bakterie i niektóre grzyby.

CZYNNIKI ABIOTYCZNE WÓD PŁYNĄCYCH I ZBIORNIKÓW WODNYCH TEMPERATURA- Temperatura jest czynnikiem, od którego zależy występowanie w danym miejscu odpowiedniego gatunku organizmów.

W wodach płynących występuje charakterystyczna zmienność temperatury wzdłuż biegu rzeki. Wraz z rosnącą odległością od źródeł, temperatura płynącej wody zbliża się wyraźnie do średniej temperatury powietrza. W zbiornikach wodnych występuje pionowy układ strefowy temperatur . Wyróżniamy warstwę wody ciepłej i zimnej oraz leżącą pomiędzy nimi warstwę skoku termicznego. Jest to strefa największych zmian temperatury wraz z głębokością . Duża pojemność cieplna wody tłumi wahania temperatury .

NASŁONECZNIENIE- Światło jest czynnikiem , który ma podstawowe znaczenie przede wszystkim dla roślin samożywnych żyjących w wodzie , ale także dla zwierząt , zwłaszcza posługujących się wzrokiem. Promienie świetlne padające na powierzchnię wody częściowo się od niej odbijają, a częściowo przenikają w głąb . Ilość wpadających promieni zależy od ich kąta padania . Czyli więcej światła wnika do wody w porze południowej niż rano i wieczorem , więcej latem niż w innych sezonach.W wodzie promienie światła ulegają pochłanianiu przez cząsteczki wody , a szczególnie przez cząsteczki sestonu , a także substancji rozpuszczonych , zwłaszcza barwnych .Głównym czynnikiem decydującym o ilości światła przenikającego w wodzie jest ilość sestonu , czyli zawiesiny utrzymującej się w toni wodnej , który najsilniej pochłania światlo. W jeziorach , stawach i zbiornikach zaporowych o długim czasie retencji, jest to głównie seston autochtoniczny ( fito- i zooplankton , detrytus ). W rzekach i w zbiornikach o krótkim czasie retencji wody , okresowo także zawiesina allochtoniczna , zwłaszcza po ulewnych opadach powodujących spływ zawiesin z lądu .

TLEN- Tlen jest czynnikiem ograniczającym możliwość bytowania organizmów w wodzie . Tlen pochodzi z wymiany z atmosferą lub z fotosyntezy roślin zielonych i sinic .

W wodach płynących najwięcej tlenu jest w wodach górnego biegu rzeki, a najmniej dolnym biegu .

W zbiornikach wodnych, jak jezioro można wyróżnić 2 strefy :

    - strefę prześwietloną , w której przeważa synteza substancji organicznej i produkcja tlenu

   -  strefę, w której materia organiczna ulega rozkładowi , a tlen jest zużywany .

Rozmieszczenie tlenu w zbiorniku wodnym jest jednym z najważniejszych czynników abiotycznych określających występowanie i rozmieszczenie organizmów.

  KWASOWOŚĆ WODY

Organizmy wodne mają w stosunku do pH określony zakres tolerancji i zakres optimum. Zmiana pH wpływa na transport jonów przez błony komórkowe.

Do najważniejszych pośrednich oddziaływań pH należy jego wpływ na równowagę w układzie wapń-kwas węglowy, na dysocjację amoniaku i na rozpuszczalność jonów metali, a szczególnie jonów glinu.
Główne działanie uboczne pH na zwierzęta w zakresie alkaicznym wiąże się z przesunięciem równowagi w układzie jony amonowe - nie zdysocjowany amoniak . Jony amonowe nie są szkodliwe, natomiast amoniak jest trujący.

Przy niskim pH wzrasta rozpuszczalność jonów metali, spośród których wiele może być toksycznych. W procesie zakwaszania zbiorników wodnych ważną rolę odgrywa glin. Glin, powszechnie występujący w minerałach i skałach krzemianowych, jest jednym z podstawowych składników skorupy ziemskiej, który w zlewni wielu zbiorników występuje w znacznych ilościach. Rozmaite gatunki wycofują się z zakwaszonych zbiorników na skutek łącznego działania stresu kwasowego i toksyczności glinu.

GOSPODARKA JONOWA

Regulacja jonowa wymaga nakładów energii, która nie może już zostać wykorzystana do innych celów. Organizmy mogą żyć również poza optymalnym zakresem stężenia jonów w środowisku, ale dostosowanie ich maleje.
Wapń jest pierwiastkiem biogennym, wykorzystywanym przez glony w minimalnych stężeniach; stężenie rozpuszczonego wapnia w większości zbiorników wodnych jest tymczasem o wiele wyższe.

Bezpośredni wpływ wapnia może mieć decydujące znaczenie dla organizmów o silnie zwapniałych skorupach lub szkieletach zewnętrznych. Ulegają one całkowitemu stwardnieniu tylko w wodzie bogatej w wapń. W ubogiej w wapń wodzie np. pancerz raka pozostaje zbyt miękki i kleszcze nie w pełni twardnieją.

W obecności substancji humusowych zmienia się reżim świetlny w zbiorniku: wzrasta pochłanianie światła.

Rozpuszczone substancje humusowe budują kompleksy nie tylko z wapniem, ale również z innymi metalami. Mają na skutek tego silny wpływ na „dyspozycyjność „ , a więc łatwość mobilizowania pierwiastków śladowych i toksyczność niektórych jonów.

PRĄD WODNY

Prąd jest czynnikiem powodującym mieszanie się wody . W zbiornikach jest on wywołany różnicą gęstości wody i działaniem wiatru . Przy czym wiatr powoduje mieszanie się powierzchniowych mas wód .

W wodach płynących prąd jest jednokierunkowy . Jest bardzo silnie działającym czynnikiem selekcyjnym . Jego prędkość decyduje o jakości podłoża i możliwości jego zasiedlania .

W dużych strumieniach i rzekach szybkość prądu może być tak mała , że powstają warunki zupełnie takie same jak w stojącej wodzie.  

Prąd jest czynnikiem , który sprawia , że istnieje znaczna różnica między życiem w strumieniach i w stawie . Szybkość prądu zależy od wielkości spadku , szorstkości podłoża oraz głębokości i szorstkości łożyska.

 Klasyfikacja  organizmów wód śródlądowych.

Organizmy występujące w wodach śródlądowych, można podzielić w zależności od miejsca występowania w ekosystemie, na kilka grup ekologicznych:  

Plankton jest to zespół zamieszkujący toń wodną.  Składa się z organizmów nie mogących się skutecznie przeciwstawiać silnym ruchom wody.  Jest więc przemieszczany przez prądy i fale.  W wodach słodkich są to organizmy drobne, o wymiarach najczęściej nie przekraczających kilku milimetrów.  Plankton przystosowany jest ewolucyjnie do życia w toni wodnej.  Niektóre z przystosowań to: maksymalna redukcja szkieletu, obecność w komórkach lub koloniach, między komórkami kuleczek tłuszczu lub pęcherzyków gazu, małe wymiary ciała (i wynikający z tego większy stosunek powierzchni do objętości, spowalniający opadanie), komplikacja kształtu (różne wyrostki, wypustki, otoczki śluzowe).  Główne grupy fitoplanktonu w wodach powierzchniowych to – zielenice, sinice, okrzemki, złotowiciowce, eugleniny, kryptofity.  Podstawowe grupy zooplanktonu to: pierwotniaki, wrotki, skorupiaki (wioślarki i widłonogi).  Z reguły zooplankton rzek jest mniej różnorodny i uboższy niż w zbiornikach (tworzą go te same grupy, ale mniejsza liczba gatunków).  Rola planktonu w ekosystemie: fitoplankton jest jednym z głównych źródeł substancji organicznej w ekosystemie.  Substancja organiczna wyprodukowana przez fitoplankton służy za pokarm konsumentom (głównie wrotkom i skorupiakom) oraz destruentom (bakteriom i grzybom).  Zwierzęta planktonowe niedrapieżne służą jako pokarm drapieżnym wrotkom i skorupiakom.  Zooplankton niedrapieżny i drapieżny jest wyżerany przez ryby planktonożerne (stynka, sieja, sielawa, tołpyga, peluga, ukleja) oraz stadia młodociane wszystkich gatunków ryb.  Część zooplanktonu odżywia się filtracyjnie.

  Nekton to zbiorowisko organizmów poruszających się w wodzie w sposób czynny.  W naszych wodach nekton tworzą głównie ryby, ale również gady, płazy, ptaki, ssaki wodne.  Najpospolitsze i najczęściej dominujące w naszych wodach są naturalnych są ryby z  rodziny karpiowatych: leszcz i płoć.  Gatunki typowo hodowlane, w wyspecjalizowanych gospodarstwach – to karp i pstrąg i karp tęczowy.  Ryby, odżywiając się, powodują nieraz w znacznym stopniu, redukcję liczebności i biomasy konsumowanego pokarmu.  Przy tym odżywiając się selektywnie decydują nie tylko o ilości, ale także o stosunkach ilościowych między gatunkami, a nawet o występowaniu niektórych z nich w ekosystemie.  Np. ryby odżywiające się filtracyjnie (sielawa, tołpygi, peluga), wyjadają seston powyżej określonej wielkości cząsteczek, tym samym eliminują większe organizmy,  pozostawiając mniejsze, a przy tym stwarzają im korzystniejsze warunki przez usunięcie drapieżców bezkręgowych (zwykle są to organizmy stosunkowo większe) oraz ewentualnych konkurentów.  Ryby bentożerne, a takich mamy większość, intensywnie penetrują dno w poszukiwaniu pokarmu.  Powodują przez to mieszanie powierzchniowej warstwy dna i jego lepsze natlenienie.  Zmieniają również sytuację gatunków bentosowych – zmieniają ich warunki pokarmowe, ich kryjówki, wytworzone mikrosiedliska; przez to zwiększają dostępność tych organizmów dla drapieżców oraz zmieniają stosunki konkurencyjne.  Wreszcie – przy penetracji dna ryby powodują resuspensację powierzchniowej warstwy osadów dennych wpływając, przez to na warunki fizyczne i chemiczne w wodzie.  

Neuston tworzą organizmy błonki powierzchniowej – granicy wody i atmosfery.  Wyróżnia się epineuston (nad błonką) i hiponeuston (pod błonką).  Składa się z: bakterii, roślin (glonów) i zwierząt, z reguły mikroskopijnych.  Neuston zajmuje znikomą część grubości warstwy wody.  Jest bardzo zmienny zależny od falowania, naświetlenia, temperatury, opadów i innych.  Środowisko neustonu (błonka powierzchniowa) wzbudzało spore zainteresowanie, ze względów chemicznych, ponieważ często stwierdza się w błonce kilkakrotnie wyższe stężenie różnych substancji, w tym biogennych i zawiesin, niż w reszcie słupa wody.      

Pleuston – to zespół organizmów o większych rozmiarach, związanych z powierzchnią wody, głównie roślin pływających.  Należą tu rośliny całkowicie nie związane z podłożem: różne gatunki rzęsy, salwinia pływająca, żabiściek, kożuchy glonów.  Pleuston związany jest ze środowiskiem zacisznym – małe zbiorniki (sadzawki, starorzecza, glinianki, kałuże), spokojne zatoki większych zbiorników, strefy otwartej wody w rozległych trzcinowiskach.  Przy bujnym rozwoju pleuston może jednolicie pokrywać znaczne przestrzenie–setek i tysięcy m 2.  Odcina wtedy dostęp światła, prowadząc zwykle do pełnych deficytów tlenowych z wszelkimi ich kosekwencjami. 

Bentos stanowią organizmy związane z dnem.  Wyróżniamy: bakteriobentos, fitobentos (drobne glony) i zoobentos (pierwotniaki, nicienie, wirki, wrotki, brzuchorzęski, małżoraczki, widłonogi, formy młodociane skąposzczetów i larw owadów, pijawki, mięczaki). Największa różnorodność bentosu występuje w środowiskach płytkich, ze względu na największą rozmaitość i zmienność warunków środowiskowych oraz zwykle korzystne dla życia warunki (np. rzadkie występowanie deficytów tlenowych).  Fauna litoralu jezior obejmuje setki gatunków.  W wodach bieżących występują te same grupy fauny co w litoralu, ale w znacznej mierze inne gatunki.  Organizmy bentosowe są przystosowane do życia na dnie.  Odznaczają się znacznym ciężarem właściwym.  Często ich ciała obciążone są różnymi substancjami mineralnymi, z których zbudowane są szkielety zewnętrzne (np. muszle małży i ślimaków zbudowane z węglanu wapnia, domki chruścików składające się z ziarenek piasku, gałązek).  Częstym zjawiskiem wymagającym specjalnych przystosowań bywa niedostatek lub brak tlenu.  Dlatego też organizmy posiadają we krwi hemoglobinę – barwnik wiążący tlen i zapewniający organizmowi dostateczną jego ilość, mimo niskiego stężenia w środowisku.

Peryfiton jest zespołem drobnych organizmów roślinnych i zwierzęcych zasiedlających różnego rodzaju podłoża stałe w środowiskach wodnych.  Podłoże mogą stanowić większe kamienie, rośliny, budowle wodne, jednostki wodne itp.  Zbiorowiska peryfitonowe złożone są głównie z: zielenic, okrzemek, sprzężnic, pierwotniaków, gąbek, skąposzczetów, nicieni, larw ochotkowatych, jętek, mszywiołów, mięczaków.  

Makrofity są to przytwierdzone do dna rośliny naczyniowe i ramienice.  Jak wskazuje ich budowa i sposób życia są one głównie pochodzenia lądowego, ale dzięki specjalnym przystosowaniom zaadoptowały się do życia w wodzie.  Makrofity odgrywają zasadniczą rolę jako producenci, a więc dostarczyciele substancji organicznej.  Niemniej ważna jest ich rola w tworzeniu ogromnej różnorodności i zróżnicowania środowiska.  Znaczenie dla ekosystemu produkcji substancji organicznej przez makrofity zależy od bujności ich rozwoju na jednostkę dna oraz od tego , jaką część dna danego ekosystemu zajmują zajmują strefy płytkie, zasiedlone przez makrofity.

Biotop i biocenoza to dwie składowe ekosystemu. Jego definicja obejmuje zarówno przyrodę ożywiona i nieożywiona a także związki pomiędzy nimi. Przykładem ekosystemu jest las, jezioro, pustynia. Wszystkie organizmy w ekosystemie pozostają ze sobą w ścisłych zależnościach zarówno pokarmowych jak i liczebnościowych. Zależą one do kilku czynników takich jak dostępność, pokarmu, powierzchnia danego ekosystemu czy warunki klimatyczne.

Klimat jest czynnikiem decydującym o różnorodności ekosystemu.

Również nachylenie zboczy pagórkowatość ma znaczenie. Od tego zależy stopień nasłonecznienia, dostępność, wody, czy nawet roślinność, która jest źródłem pokarmu dla innych zwierząt. Dobrym przykładem na badanie zależności w ekosystemach jest wprowadzenie czynnika który zaburzy jego harmonie. Będzie my analizować ekosystem jeziora, które na skutek eutrofizacji, czyli nadmiernego pojawienia się jonów wapnia, magnezu i innych związków użyźniających glebę zaczęło masowo zarastać. W pierwszej kolejność pojawia się dużo glonów i innych organizmów żyjących przy powierzchni wody, powodują one ograniczenie ilości docierającego światła dla tych żyjących ponieważ, utrudniając im jego dostęp i w konsekwencji prowadząc do ich zamierania. Wraz ze spadkiem dostępu światła spada również ilość tlenu. W konsekwencji cale jezioro zaczyna zarastać roślinami, a zwierzęta szukają nowych siedlisk. Zmiana warunków w biotopie doprowadziła do zniszczenia ekosystemu i równowagi biocenotycznej

W ekosystemie ważnym i niezbędnym czynnikiem regulującym jest obieg materii i energii.

OBIEG MATERII I ENERGII W EKOSYSTEMIE

Energia słoneczna jest używana przez organizmy żywe na ziemi: utrzymywanie stałej temperatury ciała, tworzenia prądów wznoszących do produkcji biomasy ale i do życia organizmów żywych. Naturalna konsekwencja rzeczy jest wykorzystywanie energii zgromadzonej w masie producentów przez destruentow i konsumentów. Organizm jest jednym wielkim obiegiem materii i energii przez cały czas. Energia krąży cały czas w ekosystemach i może być pobierana w dowolnym momencie przez jego współtwórcę. Jej obieg zaczyna się w biotopie później wykorzystywany jest przez producentów, konsumentów, reducentów by znów wrócić do biotopu. Należy pamiętać ze energia nie jest gromadzona w ekosystemie lecz tylko przez niego przepływa, dlatego ekosystem cały czas uzupełnia sobie pokłady energii gdy mu jej brakuje.

Ogniwa łańcucha pokarmowego:

Producenci - autotrofy czyli organizmy które korzystają z energii świetlnej około 1% by wytworzyć sobie pokarm czyli związki organiczne takie jak cukry.

Konsumenci I rzędu - budują swoją masę z przetworzonej masy producentów.

Konsumenci wyższych rzędów - ich biomasa powstaje z zjedzonych przez nie konsumentów rzędu.(heterotrofy)

Destruenci - ich biomasa i energia pochodzi z rozkładu martwych szczątków innych organizmów. Wprowadzają one do przyrody proste związki chemiczne.

Siła światła słonecznego jest wyłapywana i gromadzona w pierwszej kolejność przez producentów. Kolejno zostaje przeniesiona do kolejnych poziomów żywieniowych jako biomasa. Temu procesowi współtowarzyszy jej znaczny deficyt. Produktywność na następnych etapach troficznych równać się około 10%.

Piramida biomasy - piramida ekologiczna - opisuje stosunki troficzne w biocenozie.

Przez zliczenie masy szczebli piramidy ekologicznej uzyskujemy masę biocenozy i biotopu. Wydajność ekosystemu - prędkość wzrost biomasy oznaczana jako kg/m2/rok. Jej oznaczenie pomaga skontrolować produktywność heterogenicznych ekosystemów. Maksymalną wydajność ma ekosystem raf koralowych a najsłabszą -stepy, głębiny.

Dynamiczna gospodarka charakteryzuje się znaczną wydajnością podobną do lasów strefy umiarkowanej i jest konsekwencja dożywiania ekosystemów.

SUKCESJA

...