Ekosystém je priestorová časť biosféry, zložená z funkčného celku živých organizmov a z prostredia, má osobitnú stavebnú (statickú) a funkčnú (dynamickú) štruktúru. Stavebnú štruktúru tvorí zložka anorganická (abiocen, ekotop) a zložka organická (biota). Ekotop pozostáva z fyzikálnych faktorov prostredia, geologického podkladu a klimatického režimu. Organickú zložku budujú jednotlivé spoločenstvá, ktoré spoločne vytvárajú biocenózu. Funkčná štruktúra ekosystému predstavuje komplex pochodov viazaných na cirkuláciu látok a tok energie, ako aj na riadenie a vývoj celého systému.

5.1. TROFICKÉ ZLOŽKY EKOSYSTÉMU

Biocenóza pozostáva z troch trofických zložiek, producentov,

konzumentov a reducentov. Iba v afotickom prostredí chýbajú

producenti, kde nedostatok svetla neumožňuje fotosyntézu (v

podzemných priestoroch a vodných hlbinách), avšak aj na takýchto

miestach jestvuje obmedzená primárna produkcia zásluhou

chemoautotrofných baktérií.

Potrebnú matériu a energiu pre chod ekosystému dodávajú

producenti. Producenti fotochemickou, resp. chemosyntetickou

asimiláciou vytvárajú hmotu svojich tiel, ktorá viaže energiu v

podobe makroergických fosfátových väzieb. Táto energia sa formou

potravy postupne prenáša na ďalšie články potravného reťazca,

heterotrofné organizmy.

5.1.1. P r o d u c e n t i sú najmä zelené rastliny. Energia

nimi vytvorená predstavuje primárnu (hrubú) produkciu spoločenstva. Z nej producenti určitú časť spotrebujú pre vlastné životné procesy, zvyšok predstavuje čistú primárnu produkciu.

Produkcia suchozemských ekosystémov je limitovaná najmä

klimatickými podmienkami, v oceáne zasa prísunom živín. Najvyššie

hodnoty primárnej produkcie dosahujú korálové útesy a tropické

dažďové lesy. Najnižšiu produktivitu majú púšte a tundra.

5.1.2. K o n z u m e n t i sa živia biomasou vytvorenou producentmi. Požierajú sa aj navzájom, čím vznikajú reťazce konzumentov sekundárnych, terciárnych atď., napr. fytofágnymi článkonožcami a ulitníkmi sa živí dravý hmyz, ten je potravou pre hmyzožravé stavovce, ktoré sa stávajú korisťou dravých stavovcov, ale aj hostiteľmi parazitov a požierajú sa navzájom.

Biomasa konzumentov predstavuje sekundárnu produkciu

spoločenstva.

5.1.3. R e d u c e n t i (deštruenti) sa živia produktmi rozpadu

organickej hmoty z tiel rastlín a živočíchov. Zdochliny požierajú

nekrofágne živočíchy. Výkalmi sa živia koprofágy a hnijúce

substráty sú potravou pre saprofágy (niektoré bezstavovce) a

saprofyty (huby). Organickým detritom sa živia detritofágy

(dážďovky, lastúrniky ...) a mineralizáciu detritu aj ostatných

rozkladných procesov završujú anaeróbne baktérie a huby.

5.2. CESTY TRANSFORMÁCIE LÁTOK

Pohyb látok v ekosystéme prebieha cez dve fázy trofických

potravných reťazcov. Prvou fázou je pastevno-koristnícky

(herbivorný) reťazec, kde producenti vytvárajú biomasu, v ktorej

je viazaná energia. Konzumenti prevádzajú biomasu a energiu do

inej podoby. Druhou fázou je rozkladný (detritový) reťazec, v

ktorom reducenti zabezpečujú rozklad zvyškov z predchádzajúceho

reťazca až na jednoduché minerálne látky.

Vo vyspelých ekosystémoch transformácia biomasy prebieha po zložitých prepletajúcich sa dráhach, napr. dážďovky sú detritofágne, teda patria k deštruentom. Samy sa však stávajú korisťou predátorov - chrobákov, obojživelníkov, vtákov, krtov ap. Tým sa časť ich biomasy vráti do hladiny sekundárnych konzumentov. Všežravé živočíchy - potkan, sviňa, líška, človek ap. - sú súčasne primárnymi, sekundárnymi aj terciárnymi konzumentmi. Predstava priameho potravného reťazca je teda značne zjednodušená, preto je správnejšie pohyb biomasy v ekosystéme nazývať potravná sieť. Čím sú ekosystémy druhovo bohatšie, tým zložitejšie sú ich potravné siete, napr. porovnajme potravné vzťahy v prameňoch a v rybníku alebo na púšti a v pralese.

Všetky organizmy v biocenóze, bez ohľadu na ich systematickú

príslušnosť, ktoré majú podobnú trofickú vzdialenosť k primárnym

producentom, súborne nazývame trofická rovina, napr. rovina bylinožravcov, rovina predátorov, ich parazitov atď.

5.3. EKOLOGICKÁ PYRAMÍDA

Ak trofickú štruktúru určitého ekosystému zobrazíme pomocou

plošného diagramu, dostaneme obraz ekologickej pyramídy. Medzi

nasledujúcimi trofickými štruktúrami sústavne klesá objem

biomasy, resp. energie, najčastejšie asi o 90%, napr. z 1000 kg

rastlinnej hmoty sa vyprodukuje približne 100 kg hmotnosti

bylinožravcov a z nich 10 kg hmotnosti dravcov. Postupný úbytok

biomasy v jednotlivých trofických rovinách však nie je vždy v

uvedenom približnom pomere 10:1. Transformačné straty môžu byť

odlišné podľa povahy daného ekosystému alebo v dôsledku pôsobenia

limitujúcich faktorov prostredia.

Rozdiely v účinnosti energetickej premeny rôznych prírodných

ekosystémov spôsobujú najmä odlišné vlastnosti producentov, napr.

vo vodách býva väčšia okamžitá biomasa konzumentov ako

producentov, lebo producenti sú prevažne drobné riasy, ktorých sa

konzumenti ľahko zmocnia a celé ich požierajú. V suchozemských

biocenózach prevládajú producenti, lebo sú odolnejší voči

konzumácii, v lese dominujú v biomase stromy, podiel živočíchov

je podstatne menší.

Kultúrne rastliny a hospodárske živočíchy boli vyšľachtené na

rýchlejší rast a menšie energetické straty oproti východzkovým divým druhom (brojlery, ošípané ...).

5.4. ENERGETIKA EKOSYSTÉMOV

Energetická bilancia ekosystémov sa vyznačuje jednosmerným

tokom energie. Producentmi viazaná slnečná energia premenená na

potenciálnu energiu organických zlúčením prúdi cez rôzne formy

životných dejov v biocenóze až po teplo, ktoré ako posledná forma

energie sa spätne uvoľňuje do ovzdušia. Len nepatrná časť

prijatej energie sa môže konzervovať ako rašelina, uhlie, alebo

ropa.

Energia prechádza cez ekosystémy nepretržite, jednotlivé

pochody jej toku však môžu byť priestorovo alebo časovo oddelené.

Primárna produkcia môže byť začlenená do pastevných reťazcov

ihneď (riasy, tráva, byliny), alebo s rôznym časovým odstupom,

napr. stromy postupne napádajú vegetační škodcovia, neskoršie aj

škodcovia dreva a napokon organizmy, deštruujúce mŕtve drevo.

Všeobecne platí, že tok energie je rýchlejší vo vodách ako v

suchozemských spoločenstvách, v trávnatých ekosystémoch ako v

lesných a v teplej klíme ako v chladnej.

5.5. DYNAMIKA EKOSYSTÉMU

Periodické a nepravidelné zmeny počasia a podnebia sa

odrážajú v kvalitatívnej aj v kvantitatívnej skladbe

spoločenstiev. Striedanie dňa a noci vedie k denným rytmom

aktivity rastlín a živočíchov. Periodicita ročných období pôsobí

na vegetačné fázy rastlín, aktivitu a rozmnožovanie živočíchov,

migráciu sťahovavých vtákov atď. Zmeny v zastúpení a životných

prejavoch jednotlivých druhov v ekosystémoch sa pravidelne

opakujú a štruktúra spoločenstva sa obnovuje. Väčšie výkyvy v

intenzite limitujúcich faktorov však vyvolávajú kvantitatívne,

príp. až kvalitatívne zmeny biocenotickej štruktúry.

5.6. AUTOREGULÁCIA EKOSYSTÉMU

Špecifickú priestorovú a funkčnú štruktúru ekosystému zabezpečujú abiotické a biotické zložky procesov riadenia. Z abiotických zložiek geologický substrát rozhoduje o chemických

prvkoch, ktoré prostredníctvom rastlín prichádzajú do biocenózy.

Klíma vplýva na živé organizmy, ale aj na zvetrávanie hornín a

erozívne procesy, ktoré formujú reliéf terénu atď.

Ekosystém je navzájom prepojený ekologickými vzťahmi, ktoré

zabezpečujú jeho vyváženosť, homeostázu. Najjednoduchšie

homeostatické mechanizmy sa uplatňujú pri riadení populácií.

Populácie sú často regulované vlastnou hustotou tak, že sa

zvyšuje, alebo znižuje ich reprodukcia, a tým sa udržiava ich

primeraná veľkosť. Vo väčšine prípadov však početnosť populácie

ovplyvňuje potravná ponuka a ďalšie limitujúce faktory -

antagonisti, počasie ap.

Napr. pôdne organizmy sa živia úlomkami rastlín, tým vykonávajú mineralizáciu ústrojnej hmoty, ktorá sa znova stala použiteľná ako živiny pre rastliny. Vytvoril sa tak vzťah vzájomnej závislosti medzi pôdnymi organizmami a rastlinami, do ktorého sa v ďalšom stupni začlenili živočíchy ako primárni a sekundárni konzumenti. Živočíchy sú existenčne závislé na rastlinách, sami pôsobia na rastliny ich požieraním a fyziologickým poškodzovaním, ale aj opeľovaním, prenosom semien ap. Počas evolúcie ekosystémov sa ustálila dynamická vyváženosť medzi spoločenstvami rastlín a živočíchov, jej porucha naruší homeostázu celého systému, napr. nedostatok opeľovačov ohrozí oplodnenie hmyzomilných rastlín, tie postupne nahradia rastliny s iným mechanizmom rozmnožovania. Tým sa ďalej zmení potravná ponuka pre fytofágne organizmy, ich druhy viazané na entomofilné rastliny ustúpia druhom, ktorým vyhovuje zmenená štruktúra fytocenózy.

Premnoženie bylinožravcov vyvolá zníženie biomasy rastlín -

neraz aj selektívne, obmedzené na isté druhy rastlín konzumentmi

uprednostňované. Vznikne nedostatok potravy pre primárnych

konzumentov, čo zoslabí ich fyzickú kondíciu, vyvolá zvýšenú

úmrtnosť a zníženie pôrodnosti (negatívna spätná väzba). Pri

poklese početnosti populácie konzumentov fytocenóza znova

regeneruje, čím sa pre nich obnovuje potravná báza (pozitívna

spätná väzba).

5.7.ZAŤAŽITEĽNOSŤ EKOSYSTÉMU

Biologicky vyvážený ekosystém je relatívne ustálený, dokáže

vyrovnávať menšie narušenie. Homeostatické mechanizmy vykazujú

určitú kapacitu, zaťažiteľnosť, ktorej prekročenie vedie k

narušeniu až rozvráteniu daného systému. V prirodzených

podmienkach k takémuto zvratu dochádza výnimočne pri prírodných

katastrofách (povodne, zosuny, veľkoplošný požiar ap.), alebo pri invázii nových agresívnych biologických druhov. Keď

zaťaženie prekročí kritickú hranicu regeneračnej schopnosti

ekosystému, dochádza k jeho ireverzibilnej zmene, napr. po

vyklčovaní lesa, odvodnení územia ap.

Všeobecne platí, že nové ekosystémy poľnohospodárskej a

urbanizovanej krajiny majú sklon k väčším výkyvom a menšiu

odolnosť ako prirodzené ekosystémy, ktorých zložky v priebehu

evolúcie sa už navzájom prispôsobili.

5.8. SUKCESIA EKOSYSÉMU

Neustála zmena a vývoj prírody sa odráža na postupných

zmenách jednotlivých ekosystémov. Biocenózy sa vyvíjajú určitým

smerom k vrcholovému štádiu v daných prírodných podmienkach,

klimaxu. Tento vývojový proces nazývame sukcesia a jeho

jednotlivé štádia sukcesívny rad.

Podľa razu rozhodujúceho faktora vývojového procesu

rozlišujeme sukcesiu autogénnu a alogénnu. Autogénnu sukcesiu

vyvoláva pôsobenie organizmov na abiocén, napr. skala postupne

zarastá lišajníkmi, machom, trávou a bylinami, až napokon sa

uchytia stromy. Alogénnu sukcesiu vyvolávajú geomorfologické procesy a klimatické činitele, napr. preloženie koryta rieky zmení v jej okolí výšku hladiny spodnej vody a polohu inundačného pásma. Zmenený vodný režim územia zapríčiní zmeny v druhovej skladbe aj biomase suchozemskej vegetácie, čo sa následne odrazí na štruktúre zoocenózy. Alogénnu sukcesiu spoločenstiev vyvoláva i zmena pôvodnej krajiny na krajinu kultúrnu (antropogénny subklimax).

Počas sukcesie sa mení trofika ekosystémov. V počiatočných

štádiách sú potravné reťazce jednoduché, s prevahou primárnej

produkcie (osídľovanie vytvorenej vodnej nádrže, háld hlušiny bagroviska ...). S kvantitatívnym rozvojom vegetácie sa zvyšuje biomasa, to umožňuje rozvoj pastevno-potravných reťazcov a v následnosti aj rozkladných reťazcov. Druhová rozmanitosť a produktivita formujúcej sa biocenózy postupne narastá.

5.9.EVOLÚCIA EKOSYSTÉMU

Štrukturálne zmeny postihujú aj veľkoplošné ekologické

systémy, prebiehajú však pomaly. Vývoj biosféry bol spojený so

zmenami geologickými, klimatickými a spočíva aj v genetickom zložení spoločenstiev. Počas geologických období vznikali a denudovali pohoria, presúvali sa korytá riek, čím sa menil reliéf zemského povrchu. Podnebie sa striedavo otepľuje a ochladzuje, menia sa zrážkové pomery atď. Napr. väčšinu územia východného Slovenska do treťohôr zaplavovalo more Tethys. Slovenský kras aj Slovenské rudohorie vznikli ako jeho sedimenty. V štvrtohorách došlo k ochladeniu podnebia, striedali sa doby ľadové a medziľadové. Tieto geomorfologické a klimatické zvraty vyvolávali podstatné zmeny biómov.

5.1O. EKOTON A FRAGMENTY EKOSYSTÉMU

Ekosystém má spravidla územie hlavného výskytu biocenózy a

perifériu vykazujúcu prechodné prvky k susediacej biocenóze.

Prechodné pásmo medzi ekosystémami (ekoton) sa vyznačuje značne

variabilnými podmienkami, napr. okraje lesov tvorí pásmo kríkov,

do ktorého prenikajú prvky flóry i fauny z oboch hraničiacich

ekosystémov. Ekotony môžu byť rôzne široké: medzi tečúcou vodou a

pevninou býva dosť úzka zóna pobrežnej vegetácie, kým medzi lesom

a stepou vzniká lesostep do šírky desiatok až stovák km.

Ekotony sa vyznačujú zvýšenou druhovou pestrosťou, jav

nazývame okrajový efekt (edge effect). Na pomerne malej ploche

ekotonu sa môžu striedať jednotlivé vývojové stupne biocenóz,

napr. jazero - trasovisko - mokrá lúka - les. Takéto navzájom

súvisiace sukcesívne série nazývame biocenotický komplex.

Ekosystém môže mať aj vyčlenené fragmenty, ktoré od neho

oddeľujú buď prirodzené bariéry (voda, skaly ...) alebo

antropogénne zásahy (sídliská, obrábané plochy, vodné stavby ..).

Z fragmentov sa po redukcii materskej biocenózy stávajú refúgiá ,

napr. poľné lesíky a pobrežné stromové porasty, ako pozostatok

pôvodných lesov v kultúrnej krajine.

5.11. SÚČASNÝ VÝVOJ BIOSFÉRY

Dlhodobé zmeny globálnej klímy pokračujú. Prevládajú známky

otepľovania. Ustupujú ľadovce, napr. v Alpách v roku 1992 ustúpili o 30 m. Arktická hranica lesa sa posúva na sever. V teplom podnebnom páse prevládajú známky vysychania krajiny, pribúdajú anomálie počasia. Naše územie postihujú často suchá, napr. v roku 1992 v Moldave nad Bodvou prvýkrát v zaznamenanej histórii celkom vyschla rieka Bodva. Dochádza k všeobecnému poklesu hladiny podzemnej vody, čo znižuje primárnu produkciu a tým celkovú biologickú produkciu krajiny.

Do biosféry drasticky zasahuje človek. K zámerným zásahom

patria zmeny vegetačného krytu pri odlesňovaní, regulácie tokov,

meliorácie a stavba vodných diel, výstavba sídlisk, priemyselných

objektov, komunikácií atď. K negativným zásahom patrí

znečisťovanie prostredia exhalátmi, splaškami, agrochemikáliami.

tuhým a toxickým odpadom, rádioaktivitou ap. V dôsledku

negatívneho pôsobenia civilizácie dochádza k otravám vôd, vzniku

kyslých zrážok, jedovatej hmly, smogu, radiačnému zamoreniu atď.

Znečisťovanie atmosféry freónmi vedie k vzniku ozónových dier a

nebezpečnému zvyšovaniu UV-žiarenia. Človek vysadil alebo

zavliekol rôzne cudzorodé druhy rastlín a živočíchov, ktoré často

rozvracajú pôvodné biocenózy. Niektoré druhy živočíchov zasa

neznášajú vyrušovanie človekom a miznú z krajiny. Výslednicou

intenzívneho civilizačného tlaku na životné prostredie je

narušovanie a rozvracanie pôvodných ekosystémov a celková

devastácia prostredie, ktorá nadobúda globálny charakter.