3. Obieg materii i przepływ energii w ekosystemie.

Najbardziej rozpowszechniona definicja ekosystemu, którą przytacza Weiner, mówi, że jest to „ogół organizmów zamieszkujących jakiś obszar, pozostających we wzajemnych relacjach, wraz z ich abiotycznym środowiskiem”. W skrócie można to przedstawić w postaci następującego równania: ekosystem = biocenoza + biotop (organizmy wraz z ich siedliskiem).

Bardziej zaś naukowe wyjaśnienie przedstawia Odum w książce „Podstawy ekologii” z 1977 roku. Wg tego autora ekosystem to jednostka ekologiczna obejmująca wszystkie organizmy z danego obszaru i jednocześnie współgrająca ze środowiskiem fizycznym w taki sposób, że przepływ energii powoduje wykształcenie się określonej struktury pokarmowej, pojawienie się zróżnicowania biotycznego oraz krążenia materii, czyli wymiany związków i pierwiastków między częścią ożywioną i nieożywioną ekosystemu.

Ekosystemy ogólnie można podzielić na wodne (morskie i słodkowodne) i lądowe. Przykłady ekosystemów: pola uprawne, łąki, lasy, jeziora, bagno, las tropikalny i inne.

Rys. 1. Przepływ energii przez ekosystem Rys. 2. Krążenie materii e ekosystemie

Przepływ energii w ekosystemie

Spośród wielu form energii dla istot żywych najistotniejsza jest energia słoneczna docierająca do powierzchni naszej planety jako wiązki fal elektromagnetycznych. Autotrofy = producenci (rośliny zielone, sinice, niektóre bakterie) pobierają energię ze środowiska, gdyż potrzebna jest ona im do przeprowadzenia fotosyntezy (lub chemosyntezy). Heterotrofy, którymi są konsumenci i destuenci (zwierzęta, grzyby, wiele bakterii, rzadko rośliny) korzystają (zjadając lub rozkładając na prostsze związki) z energii zmagazynowanej w wiązaniach chemicznych substancji organicznych swojego pokarmu.

Jak podaje „Kompedium Wiedzy o Ekologii” pod redakcją Strzałko i Mossor-Pietraszewskiej z 1999 roku do powierzchni Ziemi dociera rocznie około 64 x 10⁸ J/m² energii promieniowania słonecznego. Podczas przejścia przez atmosferę ogromna część tej energii jest tracona wskutek odbicia, rozpraszania i ogrzewania górnych warstw atmosfery. Następnie gdy energia słoneczna dotrze do autotrofów, tutaj także nie jest ona w całości wykorzystywana, gdyż znowu około 99% jest tracona na ciepło parowania i tzw. wolne ciepło. W efekcie jedynie około 0,5 – 1,5% energii pochodzącej od słońca jest wiązana przez rośliny w chemiczną energię ich tkanek w procesie fotosyntezy.

Zmagazynowana w ciałach roślin energia wraz z różnymi związkami chemicznymi staje się pokarmem dla pozostałych składników biocenozy. Na tych kolejnych poziomach – konsumentów i destruentów- cała energia pobrana, tak jak u producentów, nie jest przez nich wykorzystywana w całości. Tutaj także znaczną jej część jest tracona np. na wytwarzanie ciepła u zwierząt lub zostaje wydalona. Tylko nieznaczna część dostarczonej z pokarmem energii jest wbudowywana w ciała organizmów nią się żywiących. Obrazowo można ten cały proces przedstawić w postaci piramidy, której podstawą jest energia zmagazynowana przez producentów, a im wyższy poziom troficzny, tym wielkość dostępnej energii organizmom z wyższych partii piramidy się zmniejsza, gdyż na każdym poziomie występują straty. Energia w ekosystemie zawsze przepływa jednokierunkowym układem otwartym.

Krążenie materii w ekosystemie

Materia w ekosystemie z kolei zawsze krąży w obiegu zamkniętym. Do zajścia tego cyklu konieczna jest obecność producentów, konsumentów i reducentów (destuentów), a przynajmniej producentów i reducentów. Niezbędnym ogniwem cyklu są producenci, którzy wykorzystując proces fotosyntezy są w stanie syntetyzować materię organiczną. Organizmy należące do producentów potrzebują także do przeżycia związków mineralnych, które pobierają najczęściej z wodą glebową. Konsumentami są organizmy zjadające inne organizmy lub żywiące się martwą materią organiczną, a z kolei destruenci rozkładają martwe szczątki roślin i zwierząt na proste związki i dzięki temu uwalniają materię nieorganiczną, która już znowu jest dostępna dla producentów.

Dzięki temu, że reducenci przyczyniają się do rozkładu materii organicznej w ekosystemie następuje zamknięty obieg materii, który przyczynia się do tego, że mogą istnieć rośliny, do obiegu włączane są składniki odżywcze i cały czas następuje produkcja pokarmu dla organizmów cudzożywnych.