Под экологической системой (экосистемой) понимают любые сообщества, складывающиеся из живых существ и среды их обитания, которые объединены в единое целое. Возникновение такой своеобразной «клеточки» биосферы вызвано взаимозависимостью, а также причинно-следственными связями между ее компонентами.

Определение понятия

Экосистема является ключевым элементом экологии. Введение данного термина было предложено в 1935 г. ученым А. Тенсли. Экологическая система включает в себя несколько понятий:

1. Биоценоз. Под данным термином понимается сообщество, сформированное живыми организмами.

2. Биотоп. Это не что иное, как среда обитания организмов, составляющих основу биоценоза.

3. Виды связей тех организмов, которые существуют в определенном ареале обитания.

4. Процессы обмена веществ, происходящие между организмами в биотопе.

Исходя из вышеизложенного можно понять, что экосистема представляет собой объединение элементов живой, а также неживой природы. Причем между такими компонентами в обязательном порядке осуществляется обмен энергией, благодаря которому создаются условия, способствующие поддержанию жизни. При этом в основе любой экосистемы, которая находится на нашей планете, лежит энергия солнца.

Классификация

Для того чтобы сгруппировать экологические системы, ученые выбрали такой ее признак, как среда обитания. Именно по нему удобнее всего производить классификацию, так как ареалом обуславливаются биоэнергетические и климатические, а также биологические особенности подобных сообществ. Кроме этого, экосистемы делят по размерам на:

1. Микроэкосистемы. В них входят компоненты живой и неживой природы нижней ступени, которые по своим размерам сходны с малыми компонентами среды. Сюда относят и небольшой водоем, и гниющий ствол уже упавшего дерева.

2. Мезоэкосистемы. В них входят, например, река, лес и т.д.

3. Макроэкосистемы. Подобные сообщества природных компонентов распространены в пределах материков, океанов и морей. К системе такого вида относят, например, материки и горы.

4. Глобальные экосистемы. Это биосфера.

Кроме этого, выделяют экологические системы по уровню антропогенного воздействия. В них включены:

1. Естественные, или природные. Такие экосистемы не нарушены воздействием на них человеческого фактора. К ним можно отнести океанические впадины, заповедники и джунгли Амазонии, находящиеся вдалеке от людских поселений.

2. Социоприродные. Под ними понимают естественные системы, которые изменены человеком (водохранилище, парк).

3. Антропогенные. Подобные экосистемы люди создают с целью получения выгоды.

Выделяют совокупность компонентов живой и неживой природы и по структуре. Сюда входят прибрежные, морские и пресноводные системы.

Существующая классификация рассматривает группировку подобных элементов и по источникам энергии. Разумеется, основным из них является солнце. Однако могут присутствовать и прочие субсидирующие источники.

Классифицируются экосистемы и по их расположению на планете. При этом выделяют:

1. Наземные биомы. Сюда входят тропические полувечнозеленые леса, кустарниковые и травянистые пустыни, степи и саванны, хвойные и листопадные леса, а также тундры.

2. Водяные экологические системы. Это могут быть пресноводные образования (озера и пруды, ручьи и реки, болота и заболоченные угодья). Входят в эту группу и морские экосистемы (океан и воды прибрежного континентального шельфа).

Стоит иметь в виду, что приведенная выше классификация является далеко не полной и учитывает только биомы – наиболее крупные образования. Какими свойствами обладает экосистема? Рассмотрим те характеристики, которые присущи для каждого из вышеперечисленного вида природных сообществ.

Целостность

С чего следует начать, если перед вами стоит вопрос: «Укажите основные свойства экосистемы?». Разумеется, с ее целостности, которая обеспечивает взаимосвязь обитающих в ней организмов не только друг с другом, но и той природной средой, где они находятся.

Отмечено, что жизнедеятельность и существование популяций, которые населяют экосистему, регулируется многочисленными абиотическими и биотическими факторами. При этом все жизненно важные химические элементы и органические соединения в совокупности образуют между собой круговорот веществ. Если объяснять подобные основные свойства экосистемы кратко, то можно отметить, что растениями черпаются из среды обитания минеральные вещества. Поглощают они кислород для дыхания, а также углекислый газ для осуществления фотосинтеза. При этом растениями во время этих же процессов выделяется в атмосферу кислород и углекислый газ.

Далее происходит питание организмов, входящих во все популяции экосистемы. Пищей для них служат неорганические и органические вещества растений. Не покидают экосистему и химические компоненты подобных соединений. По существующим в природе пищевым цепочкам они доходят вплоть до редуцентов, а после возвращаются ими к своему начальному состоянию в виде простых молекул и минеральных соединений. Неоценима при этом и роль солнечной энергии. Она аккумулируется зелеными растениями и способствует обеспечению жизнедеятельности каждого организма биоценоза. В этом и состоит одно из основных свойств экосистем — закон подтверждающий целостность природы, которая выражается во взаимосвязи существ между собой и со своей средой обитания.

Самовоспроизводимость

Какие еще существуют свойства экосистем? Немаловажный из них – самовоспроизводство. Основным условием для его поддержания являются:

• присутствие в среде энергии и пищи (для хемотрофов – химической, для автотрофов – солнечной);
• способность организмов к размножению;
• свойства живых существ, благодаря которым они воспроизводят химический состав, а также физические свойства, присущие природной среде (например, прозрачность воды или структуру почвы).

Устойчивость

Как называют свойство экосистемы сохраняться при внешних воздействиях? Конечно же, ее устойчивостью. Из всех свойств экосистем именно эта способствует длительному существованию совокупности живых и неживых организмов. Даже значительные колебания внешних факторов не оказывают воздействия на изменения внутренних параметров. Например, при снижении осадков над лесом до 30 % массив потеряет своей зеленой массы всего до 15 %. Что касается численности первичных консументов, то она снизится лишь на 5 %. Возможность переносить неблагоприятные условия напрямую зависит от выносливости организмов. Сохранение их способности к размножению в широком диапазоне условий усиливается при этом возможностью изменения цепочек питания в наиболее богатых сообществах.

Однако устойчивость экосистемы имеет тенденцию к снижению при объединениях видового состава.

Самыми богатыми жизнью считаются тропические леса. В них насчитывается до 9 тыс. растений.
связи со столь богатым разнообразием видов такие экосистемы считаются самыми устойчивыми. Далее следуют растительные массивы, расположенные в средней полосе. В таких лесах встречается до 2000 видов флоры. Менее устойчивыми считаются тундровые биоценозы (500 видов). Мало устойчивыми являются экологические системы океанических островов. На еще более низкой ступеньке находятся фруктовые сады. А что касается посевных полей, то они и вовсе, не поддерживаемые человеком, существовать не смогут. Такие земли быстро зарастают сорняками и начинают уничтожаться вредителями.

Саморегуляция

Что еще является основным свойством экосистемы? Ее саморегуляция, эффективность которой определена разнообразием не только видов, но и пищевых взаимоотношений, которые имеют место между ними.

Например, если снижается численность какого-либо природного консумента, то при существующем разнообразии видов хищники начинают питаться теми животными, которых в природе насчитывается большее количество, но которые раньше являлись для них второстепенными.

Длинные цепочки питания очень часто пересекаются, что способствует созданию их вариации, которые зависят от численности жертв, урожая растений и т. д. Львы и тигры, если отсутствуют копытные, начинают питаться не такими крупными животными. Порой они даже переходят на растительную пищу. А вот сокол-сапсан, питающийся в воздухе, при массовом размножении леммингов начинает употреблять в пищу этих зверьков, подхватывая их прямо с земли.

Пищевая цепь «растения – мышь – змея – орел» порой сокращается. Из нее выпадает змея. Если год более благоприятный, то численность различных видов подлежит восстановлению, нормализуя при этом пищевые отношения, имеющие место в биоценозе. Если год урожайный для растений, то количество травоядных также увеличивается. Пища хищникам обеспечена, и они также быстро размножаются. Если год неурожайный, то, соответственно, в экосистеме снижается количество травоядных. В такие годы практически не размножаются и хищники.

Саморегуляцию как свойство экосистемы можно проследить и на колебании в зависимости от года численности популяций леммингов. Один раз в несколько лет количество этих зверьков стремительно увеличивается. Они начинают объедать растительность тундровой зоны. Через организм леммингов вещества, находящиеся в растениях, переходят в детрит. На протяжении нескольких лет происходит процесс минерализации, что способствует образованию плодородной почвы, на которой произрастает питательный растительный покров.

Если годы малокормные, то количество леммингов стремительно снижается. Это происходит не только из-за недостаточного питания, но и из-за быстро размножающихся хищников. Среди них совы, песцы и лисы. Таким образом растения, а также лемминги с хищниками способствуют саморегуляции экосистемы тундры, сохраняя при этом ее долговечность и устойчивость.

Эмерджентные свойства

Порой экосистемам становятся присущи новые, уникальные характеристики, которые являются итогом синергичного взаимодействия элементов. Их называют эмерджентными свойствами экосистемы. Так, некоторые кишечнополостные животные и водоросли совместно эволюционируют, образуя при этом цепь коралловых рифов.

Это способствует возникновению эффективного механизма круговорота компонентов питания, что позволяет подобной комбинированной системе постоянно поддерживать самую высокую продуктивность в воде, отличающейся небольшим содержанием питательных веществ. Таким образом, огромное разнообразие и продуктивность коралловых рифов и считаются эмерджентными свойствами, которые характерны для этого подводного сообщества.

Сукцессия

Все экосистемы устойчивы только относительно. Ведь идет время, меняются внешние условия. Несколько иным становится характер взаимодействия друг с другом организмов, включенных в биоценоз.

Изменения экосистем могут быть циклическими и поступательными. В первом случае они происходят из-за суточных, сезонных или многолетних преобразований в природе. Так, после засушливого года наступает влажный, что влияет на численность популяций тех организмов, которые приспособлены, соответственно, либо к засухе, либо к высокой влажности.

Что касается поступательных изменений, то они являются более продолжительными, приводя, как правило, к смене биоценозов. Они вызываются:

• изменениями в природной среде, вызванными продолжительным влиянием жизнедеятельности организмов;
• установлением наиболее стабильных отношений между различными видами, которые происходят после их нарушений, например, во время лесных пожаров, перемен в климате и т.д.;
• влиянием людей.

Такие поступательные изменения носят название «сукцессия», что в переводе с латинского означает «преемственность», «вступление на чье-либо место». В ходе данного процесса один биоценоз сменяется другим, более устойчивым.

Например, для сукцессии, происходящей в местности с голой каменистой поверхностью, характерно выветривание горных пород. Это происходит под действием влажности и температуры, солнечного света и воздушных масс. Далее разрушают породы лишайники и водоросли, грибы и бактерии. Образующиеся в результате жизнедеятельности этих организмов кислоты, растворяют камни и минерализуют почвенный слой. Это способствует накоплению питательной смеси растительных остатков, обогащенных азотом. Она служит прекрасной основой для роста неприхотливых, не имеющих корней споровых растений, например, мхов. По мере их отмирания формируется небольшой по толщине почвенный слой, на котором появляются клевер, злаки, осока и другие травянистые растения, которые лишают мхи влаги. Далее появляются кустарники. Почва постепенно обогащается и становится пригодной для произрастания деревьев. Таким образом, данный биоценоз постепенно превращается в зрелое и устойчивое сосуществование живых и неживых компонентов.

Какие свойства экосистемы изменяются при антропогенном преобразовании? Довольно значительные. Особенно это можно заметить в зеленых зонах, существующих близ городов. На таких территориях растительность весьма интенсивно вытаптывается человеком, который собирает ягоды, грибы или просто совершает прогулки на природе. Это травмирует корни лесных трав, которые находятся сразу под подстилкой леса. Почва уплотняется и начинает плохо впитывать влагу.

Что еще изменяет свойства экосистем зеленых зон? Присутствие человека становится причиной повреждения подроста древесной растительности, что можно заметить по засохшим верхушкам. Пораженные деревья страдают от грибов и вредителей. Листва редеет, лес становится светлее. На этих территориях начинают распространяться луговые травы, предпочитающие солнечные лучи. Они же представляют собой растения, наиболее устойчивые к вытаптыванию.

Естественные и антропогенные экосистемы

Между этими сообществами существует как сходство, так и некоторые различия. Так, свойства естественных и антропогенных экосистем схожи в том, что они:

• являются открытыми и поглощают энергию солнца;
• состоят из консументов, продуцентов и редуцентов;
• включают в себя экологические пирамиды и цепи питания;
• состоят из организмов, у которых существует борьба за выживание, естественный или искусственный отбор, а также наследственная изменчивость;
• в качестве своей основы содержат продуценты, использующие солнечную энергию и являющиеся первым из звеньев в пищевой цепочке.

Различия между этими двумя системами можно увидеть в:

• действии и направлении отбора особей;
• общем круговороте питательных элементов;
• источнике энергии;
• разнообразии и устойчивости видов;
• способности к саморегуляции и самодостаточности;
• продуктивности.

Биосфера

При взаимодействии абиотической и биотической частей произошло образование уникальной среды. Это биосфера как глобальная экосистема. Основные свойства биосферы – круговорот веществ, который обеспечивает существование баланса биоценозов. Без этой среды невозможна жизнь на нашей планете.

Как уже было сказано выше, экосистемы классифицируются по размерам и бывают различных уровней сложности. Более мелкие системы взаимодействия организмов входят в состав более крупных, а те являются частью еще более внушительных по своим масштабам. Совокупность макроэкосистем образует глобальное сообщество, которое и называют биосфера. В ней существует все живое на Земле.

Какие свойства экосистемы характерны и для биосферы? Это круговорот энергии, вызванный различным трофическим участием продуцентов, редуцентов и консументов. Это и является ответом на вопрос «Какие свойства биосферы позволяют называть ее экосистемой?». Подобный признак является ключевым. Он же обеспечивает и стабильность существующей схемы взаимодействия организмов.

Какие свойства экосистемы характерны и для биосферы? Все те, которые присущи подобным сообществам. Однако более существенные функции выполняет биосфера как глобальная экосистема. Основные свойства биосферы заключены:

• в круговороте веществ (большом – океан и суша, а также малом – живое и косное вещество);
• в наличии трех участников трофической цепи в виде продуцентов, консументов и редуцентов;
• в стабильности и потенциальной бессмертности до тех пор, пока в системе существуют продуценты.

В биосфере заключены все свойства экосистем, существующих на планете. Именно поэтому ее и называют глобальной.

Под воздействием деятельности человека у биосферы появляются признаки, не являющиеся свойствами экосистемы. Происходит нарушение цепочки взаимодействия среды обитания организмов, снижается склонность к равновесию, происходит дисбаланс в обмене энергии. Это требует от человека понимания того, что изменения любого компонента глобального сообщества неизбежно повлияет на все остальные, оказав негативное воздействие на жизнь нашей планеты.

Источник: www.syl.ru

Об’єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін запропонований в 1935 році англійським ботаніком А. Тенслі. У це поняття входить не тільки комплекс організмів, але й комплекс чинників навколишнього середовища. Популяції різних організмів тісно взаємопов’язані не тільки між собою, але і з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з навколишнього середовища певні речовини, необхідні для забезпечення їх життєдіяльності і виділяють туди продукти обміну. Таким чином, угруповання організмів утворюють з фізичним середовищем певну систему – екосистему. У кожній екосистемі відбувається кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.

Екосистема – це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру і забезпечує кругообіг речовин усередині системи. Термін екосистема близький до терміну біогеоценоз, введене в обіг російським вченим В. Сукачовим в 1940 році.

Екосистема – складна самоорганізована, саморегульована і саморозвиваюча система. Основною характеристикою екосистеми є наявність відносно замкнутих, стабільних у просторі і часі потоків речовини і енергії між біотичною та абіотичною частинами екосистеми.

Екологічній системі властиві ознаки систем:

Емерджентність – виникнення нових властивостей, які характеризують систему, за рахунок взаємодії її окремих елементів. Якісно нові, емерджентні властивості екологічного рівня, не можна передбачити, виходячи з властивостей компонентів, що становлять цей рівень. Дійсно, окремі лісові дерева, кущі, трави, гриби, птахи, комахи, звірі мають свої якісні характеристики, але всі разом вони творять нову якість – ліс.

Сукупність – сума властивостей кожної системи, тобто наявність сукупних властивостей (наприклад, народжуваність для популяції – сума індивідуальної плодючості особин виду).

Гетерогенність системи (або принцип різноманіття) полягає в тому, що система не може складатися з абсолютно ідентичних елементів.

Але будь-яка біологічна система може назватися екосистемою, наприклад, Такими не є акваріум або трухлявий пень. Дані біологічні системи (природні або штучні) не є достатньою мірою самодостатніми і саморегульованими (акваріум), якщо перестати регулювати умови і підтримувати характеристики на одному рівні, досить швидко вона зруйнується. Такі спільноти не формують самостійних замкнутих циклів речовини та енергії (пень), а є лише частиною більшої системи. Такі системи слід називати спільнотами більш низького рангу, або ж мікрокосмами.

Екосистема є відкритою системою і характеризується вхідними і вихідними потоками речовини та енергії. Основа існування практично будь-якої екосистеми – потік енергії сонячного світла, який є наслідком термоядерної реакції, у прямому – (фотосинтез) або непрямому – (розкладання органічної речовини) вигляді, за винятком глибоководних екосистем: «чорних» і «білих» курців, джерелом енергії яких є внутрішнє тепло землі та енергія хімічних реакцій.

Будова екосистеми

В екосистемі можна виділити два компоненти — біотичний та абіотичний. Біотичний ділиться на автотрофний (організми, які отримують первинну енергію для існування з фото- і хемосинтезу або продуценти) і гетеротрофний (організми, що одержують енергію з процесів окислення органічної речовини – консументи і редуценти) компоненти, що формують трофічну структуру екосистеми.

Трофічна структура передбачає розподіл організмів на продуценти, консументи та редуценти, які в конкретних екосистемах формуються за рахунок популяцій багатьох видів.

Продуценти (автотрофи, виробники) – це організми, що створюють (продукують) органічну речовину з неорганічної (води, вуглекислого газу та мінеральних солей) за рахунок сонячної енергії в процесі фотосинтезу. Утворена глюкоза (виноградний цукор), є вихідною речовиною для інших органічних сполук. Ці сполуки рослини використовують для підтримки обміну речовин та для побудови субстанції власного тіла (фітомаса). При цьому енергія втрачається під час дихання та віддачі тепла. Лише незначна частина світловипромінювання – променевої енергії перетворюється на хімічну енергію. Продуценти здатні самостійно створювати і забезпечувати себе органічною речовиною і виконують роль накопичувачів органічної речовини. До продуцентів належать зелені рослини.

Консументи (гетеротрофи) – це організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофів або іншими консументами. Вони залежать від автотрофів, оскільки для живлення потребують багатих на енергію речовин, щоб із них будувати субстанцію свого тіла (зоомаса). Гетеротрофи використовують енергію хімічних зв’язків органічних речовин, яка була акумульована автотрофами. Частина енергії втрачається через дихання. Консументи розрізняють за порядками:

— консументи 1-го порядку – це рослиноїдні тварини, наприклад рослиноїдні комахи;

— консументи 2-го порядку – поїдають консументів 1-го порядку (хижаки), наприклад ящірки, жаби, комахоїдні птахи тощо;

— консументи 3-го порядку – можуть живитися консументами 2-го порядку. Часто ними є хижі звірі, птахи.

Редуценти – це мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук – води, вуглекислого газу, мінеральних солей, замикаючи таким чином кругообіг речовин у біосфері; це — мікроорганізми (бактерії та гриби), які є гетеротрофними деструкторами.

Їхню діяльність підтримують в екосистемі багато маленьких безхребетних тварин (равноногі ракоподібні, кліщі, личинки комах):

— тварини-сапрофаги живляться мертвою органічною субстанцією;

— копрофаги поїдають тваринні екскременти, при цьому бактерії та гриби, які на них оселяються, становлять важливу частину харчування;

— некрофаги – падальники.

Праця деструкторів закінчує кругообіг речовин утворенням СО₂, NН₄, Н₂S, СН₄, Н₂ та іонів, таких як ,Cl^—, Na⁺, К⁺, Са²⁺ та ін.

Продуценти та деструктори самі створюють короткий кругообіг .У довгому кругообігу між ними знаходяться консументи.

Основні компоненти екосистеми

З точки зору структури в екосистемі виділяють:

1. кліматичний режим, що визначає температуру, вологість, режим освітлення та інші фізичні характеристики середовища;

2. неорганічні речовини, що включаються в кругообіг;

3. органічні сполуки, які пов’язують біотичну та абіотичну частини в кругообігу речовини і енергії;

4. продуценти – це організми, що створюють первинну продукцію;

5. макроконсументи, або фаготрофи, – гетеротрофи, які поїдають інші організми або великі частинки органічного речовини;

6. микроконсументи (сапротрофи) – гетеротрофи, в основному гриби і бактерії, які руйнують мертву органічну речовину, мінералізуючи ії, тим самим, повертаючи в кругообіг.

Останні три компоненти формують біомасу екосистеми.

З точки зору функціонування екосистеми виділяють наступні функціональні блоки організмів (крім автотрофів):

біофаги – організми, які поїдають інших живих організмів,

сапрофаги – організми, що поїдають мертву органічну речовину.

Даний поділ показує тимчасово-функціональний зв’язок в екосистемі, фокусуючись на розділенні в часі утворення органічної речовини і перерозподіл ії всередині екосистеми (біофаги) та переробки сапрофагами. Між відмиранням органічної речовини і повторним включенням ії складових в кругообіг речовини в екосистемі може пройти значний проміжок часу, наприклад, у разі соснового колоди, 100 і більше років.

Всі ці компоненти взаємопов’язані в просторі та часі і утворюють єдину структурно-функціональну систему.

Класифікація екосистем

За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми (калюжа, ставок), мезоекосистеми (ліс, озеро), макроекосистеми (континент, океан). Глобальною екосистемою є біосфера.

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенно-природні та антропогенні. У промислово розвинених країнах майже не залишилося природних екосистем, не змінених діяльністю людини. Лісові насадження, луки, ниви – все це антропогенно-природні екосистеми, які хоча й складаються з природних компонентів, але створені і регулюються людьми.

До антропогенних екосистем належать екосистеми, в яких переважають штучно створені антропогенні об’єкти і крім людей можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувалися до цих специфічних умов. Прикладом таких екосистем є міста, промислові вузли, села, кораблі.

Залежно від роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяють на:

1) промислові (екосистеми металургійного заводу, харчового виробництва та ін.);

2) сільськогосподарські (агроценоз, птахофабрики, тваринницькі ферми та ін.);

3) міські екосистеми – урбоекосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку та ін.).

Раніше інших були створені людиною сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення її потреб в продуктах харчування. Агроценоз (грец. «агрос» – поле і «ценоз» – загальний) – це спільноти, які створюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних і агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю та одноманітністю, що обумовлює слабку стійкість агроценозів, збільшення кількості шкідників і бур’янів. Без постійного втручання людини вони руйнуються і зникають. Агроценози характеризуються високою продуктивністю одного або декількох видів рослин і тварин і постачає людству до 90% продуктів харчування.

Ланцюги живлення, екологічні піраміди

В природі всі види живих організмів пов’язані один з одним. Для функціонування екосистем необхідна енергія, джерелом якої є енергія Сонця. Організми одержують енергію за рахунок харчування іншими істотами. Внаслідок цього у природі виникають ланцюги живлення.

Ланцюги живлення – ряди взаємопов’язаних видів, в яких кожний попередній є об’єктом живлення наступного. Коли тварина з’їдає рослина, то велика частина енергії, що міститься в їжі, витрачається на різні процеси життєдіяльності, перетворюється в тепло і розсіюється. Приблизно 10% енергії, що міститься в їжі, переходить у новостворену речовину тіла тварин. Ця закономірність відома як правило 10 відсотків.

Наприклад, трофічний (харчовий) ланцюг водної системи може бути представлений так: фітопланктон (мікроскопічні водорості) – зоопланктон – молодь риб – дорослі хижі риби (окунь). Відповідно, для отримання 1 кг окунів має бути витрачено приблизно 10 кг молоді риб, 100 кг зоопланктону або 1000 кг фітопланктону. Тому, з цього можна зробити важливий практичний висновок – економічно більш вигідно використовувати господарсько цінні види, які мають короткі трофічні ланцюги.

Розрізняють два типи ланцюгів живлення:

— ланцюг виїдання (пасовищна, починається з продуцентів);

— ланцюг розкладання (детритний, починається з мертвої органічної речовини).

Кількість ланок ланцюга живлення в екосистемі, як правило, не перевищує 4-6 і обмежується правилом екологічної піраміди, згідно з яким загальна біомаса кожної наступної ланки в ланцюзі живлення зменшується. Останнім часом вважають, що краще вживати термін трофічна мережа, а не ланцюг, оскільки до складу їжі кожного типу входить кілька видів. Кожен з цих видів, у свою чергу, може бути харчуванням для декількох інших видів.

Ланцюг живлення можна уявити у вигляді піраміди чисел, фундамент якої становлять численні види рослин, наступні рівні утворюють рослиноїдні та м’ясоїдні тварини, чисельність яких швидко зменшується в напрямку до вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки.

У відповідності з тим, що саме характеризують піраміди, вони поділяються на три типи:

— піраміда чисел – показує чисельність окремих видів;

— піраміда біомаси характеризує загальну суху вагу або іншу міру загальної кількості живої речовини;

— піраміда енергії – показує величину потоку енергії або продуктивність на кожному трофічному рівні.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути перевернутими, тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші, ніж розміри консументів. Навпаки, екологічна енергетична піраміда завжди звужується догори за умови, що будуть враховані усі джерела енергії живлення в системі.

В трофічних ланцюгах всі речовини послідовно переходять від одного виду організмів до іншого. Однак якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному кругообігу то ксенобіотики – речовини, синтезовані людиною, накопичуються при переході від одного виду трофічного ланцюга до іншого. Оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків на одиницю біомаси збільшується.

Так, якщо концентрація пестициду ДДТ в тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих риб досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою — до 75 г на один кілограм біомаси. Отже, протягом чотирьох ланок трофічного ланцюга концентрація ДДТ зросла в 1875 разів. Аналогічно концентруються та інші ксенобіотики.

Концентрування речовин у трофічних ланцюгах слід враховувати в разі забруднення біосфери ксенобіотиками, тому що при споживанні в їжу тварин і птахів концентрації цих шкідливих речовин можуть бути значними. Трофічні ланцюги виконують також і бар’єрну функцію, що сприяє самоочищенню завдяки концентрування речовин і виведенню їх з біологічного кругообігу.

Кількість та інтенсивність збільшення біомаси характеризують біологічну продуктивність виду, групи або екосистеми. Біопродуктивністю називають швидкість виробництва біомаси на певній площі за одиницю часу. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинної (біомаса, створена консументами та організмами, які розкладаються). Первинна продуктивність материків становить близько 53 млрд. т органічної речовини, Світового океану – до 30 млрд. т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся та Сибіру, в океані – зони глибинних вод біля материків у тропіках, які збагачені фосфором і азотом, а також материкові мілини холодних морів.

Вся біомаса планети здатна приготувати не більше 7-10 млрд. людей за одними даними і не більше 12 млрд. осіб за іншими. Вже зараз щорічної біомаси, яку збирає людство, недостатньо для харчування населення Землі. Тому необхідно вирішити проблему регулювання чисельності населення Землі, підвищення продуктивності біосфери та її охорони від посиленого антропогенного тиску.

Механізми функціонування екосистеми

Стійкість екосистем

Екосистема може бути описана комплексною схемою прямих і зворотних зв’язків, що підтримують гомеостаз системи в деяких межах параметрів навколишнього середовища. Таким чином, в деяких межах екосистема здатна при зовнішніх впливах підтримувати свою структуру і функції відносно незмінними. Зазвичай виділяють два типи гомеостазу: резистентний – здатність екосистем зберігати структуру і функції при негативному зовнішньому впливу і пружний – здатність екосистеми відновлювати структуру і функції при втраті частини компонентів екосистеми. В англомовній літературі використовуються подібні поняття: локальна стійкість – англ. local stability (резистентний гомеостаз) і загальна стійкість – англ. global stability (пружний гомеостаз).

Іноді виділяють третій аспект стійкості – стійкість екосистеми по відношенню до змін характеристик середовища і зміни своїх внутрішніх характеристик. У разі, якщо екосистема стійко функціонує в широкому діапазоні параметрів навколишнього середовища та/або в екосистемі присутня велика кількість взаємозамінних видів, (тобто, коли різні види, подібні за екологічними функціями в екосистемі, можуть заміщати один одного), таке співтовариство називають динамічно міцним (стійким). У зворотному випадку, коли екосистема може існувати в дуже обмеженому наборі параметрів навколишнього середовища, та/або більшість видів незамінні в своїх функціях, таке співтовариство називається динамічно крихким (нестійким). Необхідно відзначити, що дана характеристика в загальному випадку не залежить від числа видів і складності спільнот.

Класичним прикладом може служити Великий Бар’єрний риф біля берегів Австралії (північно-східне узбережжя), що є однією з «гарячих точок» біорізноманіття у світі – симбіотичні водорості коралів, динофітові водорості дуже чутливі до температури. Відхилення від оптимуму буквально на пару градусів веде до загибелі водоростей, а до 50-60 % (за деякими джерелами до 90 %) поживних речовин поліпи отримують від фотосинтезу своїх мутуалістів.

У екосистем існує безліч станів, в яких вона знаходиться в динамічній рівновазі; у разі виведення з нього зовнішніми силами, екосистема зовсім необов’язково повернеться в початковий стан, найчастіше її приверне найближчий стан рівноваги (атрактор), хоча він може бути дуже близьким до первинного.

Біорізноманіття і стійкість в екосистемах

Дощові ліси Амазонії, як і вологі екваторіальні ліси, є місцями найбільшого біорізноманіття.

Зазвичай стійкість пов’язували і пов’язують з біорізноманіттям видів в екосистемі (альфарізноманіття), тобто, чим вище біорізноманіття, чим складніша організація спільнот, чим складніше харчові мережі, тим вище стійкість екосистем. Але вже 40 і більше років тому на це питання існували різні точки зору, і на даний момент найбільш поширена думка, що як локальна, так і загальна стійкість екосистеми залежать від значно більшого набору факторів, ніж просто складність спільнот і біорізноманіття. Так, на даний момент з підвищенням біорізноманіття зазвичай пов’язують підвищення складності, сили зв’язків між компонентами екосистеми, стабільність потоків речовини й енергії між компонентами.

Екваторіальний дощовий ліс може містити більше 5000 видів рослин (для порівняння в лісах тайгової зони – рідко більше 200 видів).

Важливість біорізноманіття полягає в тому, що воно дозволяє формувати безліч спільнот, різних за структурою, формою, функціями, і забезпечує стійку можливість їх формування. Чим вище біорізноманіття, тим більше число спільнот може існувати, тим більша кількість різноманітних реакцій (з точки зору біогеохімії) може здійснюватися, забезпечуючи існування біосфери в цілому.

Сукцесія

Сукцесія (від лат. Successio – спадкоємність, спадкування) – процес саморозвитку спільнот. В основі сукцесії лежить неповний біологічний кругообіг в даному співтоваристві. Кожен живий організм у результаті життєдіяльності змінює навколо себе середовище, вилучаючи з неї частина речовин і насичуючи її продуктами метаболізму. При більш чи менш тривалому існуванні популяцій вони змінюють своє оточення в несприятливу сторону і в результаті виявляються витісненими популяціями інших видів, для яких викликані перетворення середовища виявляються екологічно вигідними. В ході сукцесії на основі конкурентних взаємодій видів відбувається поступове формування більш стійких комбінацій, відповідних конкретних абіотичних умов середовища.

Термін «сукцесія» вперше вжив французький ботанік Де Люк в 1806 р. для позначення змін рослинності. Це один із ключових термінів сучасної екології.

Прикладами сукцесій є поступове заростання сипучих пісків, кам’янистих розсипів, мілин, заселення рослинними і тваринними організмами занедбаних сільськогосподарських земель (ріллі), покладів, вирубок та ін. Колишні поля швидко покриваються різноманітними однорічними рослинами. Сюди ж потрапляють насіння деревних порід: сосни, ялини, берези, осики. Вони легко і на великі відстані розносяться вітром і тваринами.

Послідовний ряд поступово і закономірно змінюють один одного в сукцесії спільнот називається сукцесійною серією.

Сукцесії в природі мають різні масштаби. Ієрархічність в організації спільнот проявляється і в ієрархічності сукцесійних процесів: більш великі перетворення екосистем складаються з більш дрібних. Навіть у стабільних екосистемах з добре відрегульованим кругообігом речовин постійно здійснюється безліч локальних сукцесійних змін, що підтримують складну внутрішню структуру співтовариств.

Виділяють два основних типи сукцесій: 1) з участю як автотрофного, так і гетеротрофного населення; 2) з участю лише гетеротрофів.

Сукцесії зі зміною рослинності можуть бути первинними; вони починаються на позбавлених життя місцях, і вторинними – відновними.

В якості прикладу первинної сукцесії можна привести процес заселення новостворених піщаних дюн, де рослинність перш була відсутня. Тут спочатку поселяються багаторічні рослини, здатні переносити посушливі умови, наприклад, пирій повзучий. Він вкорінюється і розмножується на сипучому піску, зміцнює поверхню дюни і збагачує пісок органічними речовинами. Фізичні умови середовища, що знаходиться в безпосередній близькості від багаторічних трав, змінюються. Слідом за багаторічниками з’являються однолітні. Їх ріст і розвиток часто сприяють збагаченню субстрату органічним матеріалом, так що поступово створюються умови, які підходять для вирощування таких рослин, як верба, мучниця, чебрець. Ці рослини передують появи проростків сосни, які закріплюються тут і, підростаючи, через багато поколінь утворюють соснові ліси на піщаних дюнах.

Прикладом вторинної сукцесії є виникнення торф’яного болота при заростанні озера. Зміна рослинності на болоті починається з того, що краю водойми заростають водяними рослинами. Вологолюбні рослини (комиш, очерет, осока) починають розростатися поблизу берегів суцільним килимом. Поступово на поверхні води створюється більш або менш щільний шар рослинності. Відмерлі рештки рослин накопичуються на дні водойми. Із-за малої кількості кисню в застійних водах рослини повільно розкладаються і поступово перетворюються на торф. Починається формування болотного біоценозу. З’являються сфагнові мохи, на суцільному килимі яких виростають журавлина, багно, лохина. Тут же можуть поселятися сосни, утворюючи рідкісну поросль. З плином часу формується екосистема верхового болота.

Ні один вид рослин чи птахів не може процвітати протягом всієї сукцесії. По мірі росту деревостану тваринне населення в значній мірі змінює свій склад хижаки і паразити, які з’являються, контролюють видову структуру біоценозу. Тому послідовна і безперервна зміна видів у часі – характерна риса більшості сукцесійних процесів. Протягом сукцесії біомаса живих організмів зростає, а кругообіг речовин збільшується.

Більшість сукцесій, що спостерігаються в даний час, антропогенні, тобто вони відбуваються в результаті впливу людини на природні екосистеми. Це випасання худоби, вирубування лісів, виникнення вогнищ загоряння, розорювання земель, затоплення ґрунтів, опустелювання тощо.

В даний час практично всю доступна для життя поверхня суші зайнята різними спільнотами і тому виникнення вільних від живих істот ділянок має локальний характер.

Источник: studfile.net

Определение и концепция понятия

Экологическая система — это совокупность живых организмов, их естественных условий обитания и систем связей, с помощью которых осуществляется обмен энергией, веществами и информацией. Понятие «экосистема» было предложено учёным-ботаником А. Тенсли в 1935 году, который посвятил всю свою жизнь изучению процессов ботаники.

Экологическая система выступает отдельной структурной единицей, объединяющей биотические и абиотические факторы. Она характеризуется своей линией саморазвития, определённой организацией и способностью обеспечивать жизненно важные материалы. Понятие экосистемы появилось только в XX веке, но с тех времён её схема значительно усложнилась и продолжает изменяться. На неё влияют естественные причины и вмешательство прогрессивных аспектов.

Экосистема является важнейшей частью природного комплекса географической и биологической оболочки нашей планеты, который складывается из следующих компонентов: почвы, воздуха, флоры, фауны и водных ресурсов.

Природные сообщества не имеют чётких границ. Они разделены такими географическими барьерами, как горы, пустыни, реки, моря или океаны, поэтому они обычно сливаются друг с другом. Переходные зоны между ними называются экотонами.

Экосистему часто называют биогеоценозом, однако учёные считают, что второе понятие нельзя считать полным синонимом этого термина. Биогеоценоз — это аналог экологической системы на начальном уровне, связанный с конкретным участком наземной или водной среды. Экосистема рассматривает абстрактные участки.

В мире существует много различных природных комплексов, но их всех объединяет один и тот же принцип: в любой системе присутствует региональный компонент, называемый биотопом и характеризующийся одинаковым ландшафтом и климатом, а также биоценоз, представленный обитателями группы, постоянно проживающими в биотопе. Вместе они образуют биогеоценоз и не могут существовать отдельно друг от друга.

Структура и главные составляющие

Экосистему составляют живые организмы и их неживая окружающая среда. Между ними происходит взаимодействие, которое обеспечивает стабильную и устойчивую систему. Примерами экологических сообществ выступают луг, пустыня, озеро или пруд.

Любая экосистема включает компоненты:

• Абиотические. Выступают физической средой, которая оказывает воздействие на живые организмы, их строение, состояние и организацию. Абиотические составляющие представляют собой климатические (температура, свет, влажность) и эдафические (рельеф, минерализация, кислотность почвы) факторы.
• Биотические. Представлены животными, растениями, а также бактериями, грибами и другими микроорганизмами. Биотические компоненты разделяют на три главные группы: продуценты (производят из неорганических веществ органические), консументы (фауна и паразитическая флора) и редуценты (грибы и бактерии).

Консументы — это хищные, травоядные и всеядные животные, а также насекомоядные растения. Для выживания им необходимы органические вещества, производимые продуцентами. Редуценты разрушают отмершие органические соединения консументов и продуцентов, из которых они получают пищу. При этом во внешнюю среду переходят простые компоненты, выступающие побочными продуктами метаболизма. Они воспроизводятся в результате циклического обмена веществ, который осуществляется между абиотическими и биотическими средами экологической системы.

Почвы включают большое количество минеральных и органических компонентов. Также в них содержатся живые организмы. Земля выступает для консументов главным источником питания и средой проживания. Важную роль в круговороте питательных веществ играет верхняя часть почвы с растениями.

Кислород и углекислый газ, выделяющиеся из атмосферы, необходимы для фотосинтеза. Между поверхностью планеты и атмосферой происходит круговорот воды. Из-за солнечного излучения атмосфера нагревается, вследствие чего испаряется вода. Для процесса фотосинтеза тоже необходима энергия света, которая влияет на рост растений и происходящие в них обменные процессы.

Большей части живых тканей характерен высокий процент содержащейся в них воды. Очень мало клеток выживает при снижении этого вещества. Большая часть погибает уже при показателе ниже 40%. Вода — это среда, через которую в растения поступают минеральные питательные компоненты. Она является незаменимым источником выживания животных, который образуется из атмосферных осадков.

Природным системам характерны длительные периоды существования. Для этого все составляющие должны работать правильно. Кроме того, для экологических сообществ важны процессы обмена и взаимодействие с окружающей средой. Хотя все системы индивидуальны, все они имеют структуру и составляющие.

Основные виды экосистем

Экологические сообщества характеризуются большим разнообразием. Системы отличают такие признаки, как размер, место, влияние внешних факторов, происхождение, источник энергии, способность к саморегуляции и восстановлению. В них происходят различные процессы и участвуют разные составляющие, поэтому учёные приводят несколько видов экосистем с их характеристиками.

В зависимости от масштабности выделяют следующие сообщества:

• микроэкосистема — система небольшого масштаба (пруды, лужи, пни);
• мезоэкосистема — экосистема средней величины (леса, реки, большие озёра);
• макроэкосистема — самая крупная система, объединяющая сразу несколько экосистем по аналогичным биотическим и абиотическим факторам (тропический лес со всеми живущими в нём животными и растущими деревьями, водные объекты).

По месторасположению экосистемы могут быть на суше или в воде. Водные сообщества бывают океанскими, морскими, речными, озёрными. Различают биогеоценозы и по влиянию таких факторов, как температура, осадки и солнечная энергия.

По происхождению учёные выделяют экосистемы:

• Естественные. Такие системы имеют природное происхождение и существуют при участии окружающей среды. Все составляющие выполняют свои функции самостоятельно. Самая большая естественная экосистема — это Земля.
• Искусственные. Эти комплексы создаются человеком, поэтому их ещё называют антропогенными. Люди формируют их, чтобы получить для себя питание, чистый воздух и другие продукты, необходимые для жизни. Примерами искусственных экосистем выступают сады, парки, поля, приусадебные участки.

Многие экологические системы существуют за счёт солнечной энергии. Только некоторые комплексы биосферы используют в качестве главного или единственного источника энергии органические останки. По способности к саморегуляции и восстановлению экосистемы делят на независимых и зависимых.

Существуют и другие классификации природных комплексов. При делении в группы учитывают их биологический состав, видовое разнообразие, доминирование определённых консументов.

Типы естественных комплексов

Природные экосистемы являются системами, зависящими от солнечной энергии извне, но есть и такие, которым необходим дополнительный источник питания. Первая группа, которая полностью зависима от небесного светила, характеризуется плохой продуктивностью в переработке веществ, но без таких экологических сообществ обойтись нельзя. С ними формируется климат и состояние воздушного слоя вокруг Земли. Комплексы природного происхождения располагаются на крупнейших по площади территориях. К естественным экосистемам относятся наземные и водные.

Наземные экологические сообщества делятся на несколько групп:

• Лесные. Отличаются обилием растительности и большим числом живых организмов, существующих на небольших по площади территориях. В этих природных комплексах встречаются разнообразные виды фауны, плотность которых довольно высока. Даже небольшие изменения в лесных экосистемах сильно влияют на их общий баланс. К ним относятся тропические, умеренные, широколиственные и таёжные леса.
• Пустынные. Занимают районы пустынь, где выпадает мало осадков. Чрезвычайно высокая температура воздуха, плохой доступ к водным ресурсам и интенсивный солнечный свет негативно сказываются на видовом разнообразии животных и растений на этих территориях.
• Экосистема лугов. Лугами покрыты умеренные и тропические регионы планеты. Их территории покрыты травянистыми растениями, кустарниками и немногочисленными деревьями. Луга населены хищниками и травоядными. Сообщества разделяют на саванны, прерии и степи.
• Горные. Горные местности характеризуются суровыми климатическими условиями, в которых выживает только альпийская флора. Животные, которые обитают на высокогорьях, обладают толстыми шубами, защищающими их от холода.

Водные природные комплексы расположены в водной среде с соответствующей фауной и флорой. Поскольку вода может иметь различные свойства, комплексы делят на реки, моря, океаны и другие водоёмы.

Специалисты выделяют следующие водные экосистемы:

• Морская. Крупнейшая система, покрывающая около 70% поверхности планеты. В морской воде содержится огромное количество растворенных солей и минералов. Морские экосистемы разделяют на следующие зоны: океаническая, профундальная, бентальная, приливная, лиманы.
• Пресноводная. Охватывает около 0,8% всей поверхности планеты. Пресноводные сообщества делятся на стоячие, проточные и водно-болотные природные комплексы.

Морские системы богаты кораллами, бурыми водорослями, головоногими моллюсками, иглокожими, акулами и многими другими консументами и продуцентами. В пресноводных комплексах обитают рептилии, земноводные и примерно 40% разновидностей рыб в мире. В быстро движущихся водах растворенный кислород присутствует в высокой концентрации, благодаря которой поддерживается большее видовое разнообразие живых организмов, чем в озёрах и других стоячих водах.

Системы, созданные человеком

Все, что относится к природной экосистеме, не всегда способно полностью функционировать самостоятельно. Если хоть один ключевой фактор будет потерян, во всем сообществе произойдут сбои и потеряются другие звенья. В худшем случае вся система погибает. Поддерживать существование и нормальное функционирование экологических комплексов помогает человек.

Антропогенные экосистемы практически ничем не отличаются от естественных, только главную роль в них играет влияние людей. Такие экологические сообщества существуют везде: фермерское и сельское хозяйство, инженерные системы, города, промышленные центры. Последние примеры негативно повлияли на экологию Земли. Промышленность нарушает протекание естественных процессов в природе, оказывает вред ближайшим от неё регионам и вытесняет натуральную среду.

Неблагоприятные внешние факторы приводят к трансформации всей экосистемы: увеличивается видовое разнообразие и их общая масса, некоторые растения и животные замещаются другими разновидностями, усложняются цепи питания. Эти изменения происходят в течение длительного периода.

Люди считают природу маловажным звеном, хотя без неё они не могут существовать. Человек чаще берёт от природы, а взамен отдаёт очень мало. Сохранить естественные экосистемы получится только с бережным отношением к ним, решением проблем современного общества и сохранением природных ресурсов.

Источник: vtothod.ru

Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч. οἶκος — жилище, местопребывание и σύστημα — система) — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.

Состав экосистемы. В состав экосистемы входят живые организмы (их совокупность называют биогеоценозом или биотойэкосистемы), и неживые (абиотические) факторы — атмосфера, вода, питательные элементы, свет и мертвое органическое вещество — детрит.

Несмотря на огромное разнообразие экосистем — от тропических лесов до тундры, — с точки зрения экологии всем им свойственна примерно одинаковая биотическая структура. Другими словами, все они включают одни и те же основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом стереотипным образом: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.

Продуценты — это в основном растения (производители). Они потребляют излишки углекислого газа, образующегося в процессе жизнедеятельности, и снабжают животных и большинство микроорганизмов пищей и кислородом.

Консументы — (потребители) питаются живыми "телами" растений. Это самые разнообразные организмы — от микроскопических бактерий до громадных синих китов. К ним относятся такие непохожие друг на друга существа, как простейшие, черви, рыбы, моллюски, насекомые и прочие членистоногие, пресмыкающиеся, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека. В результате пищеварительного процесса в телах консументов осуществляется первичное измельчение и разложение органики, облегчающее деятельность редуцентов.

Детритофаги и редуценты. Мертвые растительные и Животные останки (например, опавшие листья, трава) называют детритом. Существует множество организмов, которые питаются детритом, например грифы, раки, муравьи. Их называют детритофагами. Грибы и бактерии за их специфичность выделяют в особую подгруппу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты восстанавливают неорганические вещества (азот, фосфор, воду).

24)Типы экосистем

Экосистема или экологическая система (от греч. óikos — жилище, местопребывание и система), природный комплекс, образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (косной, например атмосфера, или биокосной — почва, водоём и т. п.), связанными между собой обменом веществ и энергии.
Одно из основных понятий экологии, приложимое к объектам разной сложности и размеров. Примеры Экосистем — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, донными отложениями, с характерными для него изменениями температуры, количества растворённого в воде кислорода, состава воды и т. п., с определённой биологической продуктивностью; лес с лесной подстилкой, почвой, микроорганизмами, с населяющими его птицами, травоядными и хищными млекопитающими, с характерным для него распределением температуры и влажности воздуха, света, почвенных вод и др. факторов среды, с присущим ему обменом веществ и энергии. Гниющий пень в лесу, с живущими на нём и в нём организмами и условиями обитания, тоже можно рассматривать как Экосистему.
Существующие на Земле экосистемы разнообразны. У экосистем есть типы и классификация. Выделяют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.), макроэкосистемы (континент, океан и др.) и глобальную — биосфера.
Самой большой экосистемой является биосфера — оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Толщина биосферы немногим больше 20 км (организмы обитают над поверхностью суши не выше 6 км над уровнем моря, опускаются не глубже 15 км в толщу суши и на 11 км в глубь океана), но основная масса живого вещества сконцентрирована в приповерхностном слое толщиной 50—100 м — это высота лесного полога и глубина проникновения основной массы корней. В этих же границах сконцентрированы наземные и почвенные животные и микроорганизмы.
В океане наиболее обжиты растениями и животными освещаемые солнцем и прогреваемые до глубины 10—20 м приповерхностные толщи воды. В этом тонком слое биосферы сконцентрировано более 90% биомассы растений и животных.
Учение о биосфере создал русский ученый В. И. Вернадский. Он доказал, что живые организмы за 4 млрд. лет существования их на Земле произвели огромные преобразования. В атмосфере появился кислород, раковины моллюсков и фораминифер образовали осадочные горные породы. Под влиянием жизнедеятельности организмов в биосфере постоянно происходил и происходит круговорот воды, кислорода, углерода азота и других веществ.
При незначительном вмешательстве человека в экосистемы биосфера сохраняет свое равновесие. Однако усиливающееся влияние человека на природу, например, вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание больших количеств содержащего углерод топлива с выделением углекислого газа, уменьшение испарения с поверхности океана из-за загрязнения нефтью — все это нарушает круговороты веществ и приводит к глобальному ухудшению состояния биосферы.
В экосистемах устанавливается постоянный баланс процессов синтеза и распада органических веществ, который под воздействием внешних факторов приспосабливается путем перестройки или разрушается. В этом случае наступает экологический кризис.
Искусственно создаваемые экосистемы обеспечивают непрерывный процесс обмена веществ и энергии как внутри природы, так и между ней и человеком. В зависимости от воздействия хозяйственной деятельности человека эти системы подразделяются на: естественные, сохранившиеся в неприкосновенности; модифицированные, изменившиеся от деятельности человека; трансформированные, преобразованные человеком.
Итак, в экосистеме происходит взаимодействие жизненного сообщества, состоящего из множества организмов, с характерными факторами среды, действующими на это сообщество. Экосистемы классифицируют обычно по наиболее важным факторам среды. Так, выделяют морские, наземные или сухопутные, береговые или литоральные, озерные или лимнические экосистемы и др.

Динамика экосистем

Понятие о динамике экосистем.Экосистемы подвержены непрерывным изменениям. Одни виды постепенно отмирают или вытесняются, уступая место другим. Внутри экосистем постоянно протекают процессы разрушения и новообразования. Например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни.

Постепенные процессы изменения экосистем могут носить иной характер в случае катастрофических воздействий на них. Если разрушение биоценоза вызвано, например, ураганом, пожаром или рубкой леса, то восстановление исходного биоценоза происходит медленно.

Изменение экосистемы во времени в результате внешних и внутренних воздействий носит название динамики экосистемы.

Изменения сообществ отражаются суточной, сезонной и многолетней динамикой экосистем. Такие изменения обусловлены периодичностью внешних условий.

Суточная динамика экосистем.Составляющие любую экосистему виды не одинаково реагируют на факторы внешней среды. Поэтому одни из них более активны в дневное время суток, другие — к вечеру и ночью. Суточная динамика происходит в сообществах всех зон — от тундры до влажных тропических лесов.

Наиболее четко суточная динамика выражена в природных зонах с резким колебанием факторов среды на протяжении суток. Например, в пустыне жизнь летом в полуденные часы замирает, хотя некоторые животные и проявляют определенную активность.

В умеренной зоне в дневное время господствуют насекомые, птицы и некоторые другие животные. В сумеречное и ночное время активными становятся ночные насекомые, например, бражники, комары, многие млекопитающие, из птиц — козодои, совы и др. (рис. 2.9). Суточная динамика прослеживается и у растений. Большинство покрытосеменных раскрывают свои цветки только в дневное время. Однако у некоторых растений наблюдается увеличение жизненной активности к ночи. Так, вечером усиливается аромат такой представительницы семейства орхидейных, встречающейся в наших лесах, как любка двулистная, что служит для привлечения ночных насекомых-опылителей.

Чрезвычайно интересное суточное явление наблюдается у представителей животного планктона (зоопланктона) в морях и пресных водоемах. Днем они держатся на глубине, а ночью поднимаются в поверхностные слои.

Сезонная динамика экосистемопределяется сменой времен года. Это выражается в изменении не только состояния и активности организмов отдельных видов, но и их соотношения. В первую очередь сезонная динамика

затрагивает видовой состав. Неблагоприятные сезонные погодные условия заставляют многие виды мигрировать в районы с лучшими условиями существования. У видов же, остающихся зимовать в экосистеме, значительно изменяется их жизненная активность. Большинство видов деревьев и кустарников на зиму сбрасывает листву. Приостанавливается активное деление клеток образовательной ткани. Вегетативные органы однолетних растений отмирают. У многолетних трав жизнеспособными остаются только корневая система и зимующие почки, прикрытые от замерзания почвой и снежным покровом. Некоторые виды оседлых животных впадают вспячку, предварительно накопив запасы энергетического сырья — жира. Другие ведут зимой активный образ жизни и способны обеспечить себя кормом.

Со сменой сезонов года связано изменение флористического состава экосистем. Так, войдя в березняк, осинник или дубраву ранней весной, когда еще не распустились листья на деревьях, можно увидеть целые пятна цветущих растений-первоцветов. Эту группу растений составляют виды из семейства лютиковых (ветреница дубравная, чистяк весенний, перелеска благородная, сон-трава) и некоторые другие. Их раннее развитие является приспособлением к более полному использованию условий местообитания. Снег уже сошел, света и тепла достаточно, а вегетация основных растений еще не началась. А если вы войдете в тот же лес в конце мая—начале июня, то не узнаете этого места. Здесь развились уже другие травы, и ничто не говорит о бывшем буйном весеннем цветении первоцветов.

Таким же образом к смене сезонов года приспособились и животные. Весной у них появляется потомство. Активизация жизненных процессов приходится на летний период, а осенью они уже начинают готовиться к предстоящей зимовке.

Сукцессии. Экологической сукцессией называется постепенная,нео-братимая, направленная смена одних биоценозов другими на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека.

Наблюдать сукцессию можно на заброшенных полях раннего возраста, песчаных дюнах или песчаных морских и речных берегах. Если мы будем рассматривать сукцессию на брошенных землях, которые не используются в сельском хозяйстве, то можно видеть, что бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями. Сюда же могут попасть, преодолев иногда большие расстояния с помощью ветра или животных, семена древесных пород: сосны, ели, березы, осины.

Вначале изменения происходят быстро. Затем, по мере появления растений, растущих более медленно, скорость сукцессии снижается. Всходы березы образуют густую поросль, которая затеняет почву, и даже если вместе с березой прорастают семена ели, ее всходы, оказавшись в весьма неблагоприятных условиях, сильно отстают от березовых. Светолюбивая береза является серьезным конкурентом для ели. К тому же специфические биологические особенности березы дают ей преимущества в росте. Березу называют

«пионером леса», так как она почти всегда первой поселяется на нарушенных землях и обладает широким диапазоном приспособляемости.

Березки в возрасте 2—3 лет могут достигать высоты 100—120 см, тогда как елочки в том же возрасте едва дотягивают до 10 см. Постепенно, к 8—10 годам березы формируют устойчивое березовое насаждение высотой до 10—12 м. Под развивающимся пологом березы начинает подрастать и ель, образуя разной степени густоты подрост. Перемены происходят и в нижнем, травяно-кустарничковом ярусе. Постепено, по мере смыкания крон березы, светолюбивые виды, характерные для начальных стадий сукцессии, начинают исчезать и уступают место теневыносливым.

Изменения касаются и животного компонента рассматриваемого биоценоза. На первых стадиях поселяются майские хрущи, березовые пяденицы, затем появляются многочисленные птицы: зяблики, славки, пеночки. Поселяются мелкие млекопитающие: землеройки, кроты, ежи. Изменение условий освещения начинает благоприятно сказываться на молодых елочках, которые ускоряют свой рост. Если на ранних этапах сукцессии прирост елочек составил 1—3 см в год, то по прошествии 10—15 лет он достигает уже 40—60 см. Где-то к 50 годам ель догоняет березу в росте, и образуется смешанный елово-березовый древостой. Из животных появляются зайцы, лесные полевки и мыши, белки. Заметны сукцессионные процессы и среди птичьего населения. Появляются иволги, питающиеся гусеницами.

Смешанный елово-березовый лес постепенно сменяется лесом еловым. Ель перегоняет в росте соперницу-березу, создает значительную тень, и светолюбивая белоствольная красавица, не выдержав конкуренции, постепенно выпадает из древостоя. Таким образом происходит сукцессия, при которой вначале березовый, затем смешанный елово-березовый лес сменяется чистым ельником. Естественный процесс смены березняка ельником длится более 100 лет. Именно поэтому иногда процесс сукцессии называют вековой сменой.

Если развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее никем и ничем не заселенных местообитаниях, — на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессия называется первичной.

В качестве примера первичной сукцессии приведем процесс заселения вновь образованных песчаных дюн, где растительность прежде отсутствовала. Здесь вначале поселяются многолетние растения, способные переносить засушливые условия. Они укрепляют поверхность дюны и обогащают песок органическими веществами. Вслед за многолетниками появляются однолетники. Их рост и развитие часто способствуют обогащению субстрата органическим материалом, так что постепенно создаются условия, подходящие для произрастания таких растений, как ива, толокнянка, чабрец. Эти растения предшествуют появлению проростков сосны, которые закрепляются здесь и, подрастая, образуют через много поколений сосновые леса на песчаных дюнах.

Примером первичной сукцессии является также возрождение жизни на залитых потоками лавы склонах вулкана (рис. 2.10, 2.11).

Возвращение жизни на остров Кракатау(рис. 2.10).Когда однажды ранним августовским утром 1883 г. на острове Кракатау взорвалась вершина вулкана, то для всего живого, населявшего остров, наступил конец света. После этого апокалиптического взрыва не осталось никаких признаков жизни: ни растений, ни животных, ни семян, ни спор. Когда осел пепел и остыла лава, остров был столь же безжизненным, как и поверхность Земли миллиарды лет назад, на самой заре ее существования.

Ученым эта гигантская катастрофа предоставила совершенно беспрецедентные возможности. Сколько потребуется времени для того, чтобы на Кракатау вновь сформировался биоценоз? Кто первым проникнет и обоснуется на острове, как дальше пойдет развитие жизни?

Если на какой-либо местности ранее существовала растительность, но по каким-либо причинам она была уничтожена, то ее естественное восстановление называется вторичной сукцессией.

Примером вторичной сукцессии является рассмотренное выше зарастание заброшенного поля. К таким сукцессиям может привести, например, частичное уничтожение леса болезнями, ураганом, землетрясением либо пожаром. Большинство сукцессии, наблюдаемых в настоящее время, являются сукцессиями антропогенными (от греч. anthropos — человек), т.е. происходящими в результате воздействия человека на природные экосистемы. Это выпас скота, рубка лесов, возникновение очагов возгорания, распашка земель, затопление почв, опустынивание и т.п.

Примером вторичной сукцессии может служить образование торфяного болота при зарастании озера (рис. 2.12). Изменение растительности на болотах начинается с того, что края водоема зарастают водными растениями. Влаголюбивые виды (камыштростник, осока) начинают разрастаться вблизи берегов сплошным ковром. Постепенно создается более или менее плотный слой растительности на поверхности воды. Отмершие остатки растений постепенно накапливаются на дне водоема. Из-за малого количества кислорода в застойных водах погибшие растения медленно разлагаются и постепенно превращаются в торф. Начинается формирование болотного биоценоза. Появляются сфагновые мхи, на сплошном ковре которых поселяются клюква, багульник, голубика. Здесь же могут поселяться сосенки, образуя редкую поросль тощих деревьев. Постепенно, с течением времени, образуется экосистема верхового болота.

Ни один вид растений или животных не может процветать на протяжении всей сукцессии. По мере роста древостоя состав животного населения во многом меняется. Появляющиеся хищники и паразиты в значительной степени контролируют видовую структуру биоценоза. Поэтому последовательная и непрерывная смена видов во времени является характерной чертой большинства сукцессионных процессов.

При развитии биоценоза изменения его структуры и состава видов протекают до определенного предела, после которого наступает относительно стабильное состояние сообщества, главным образом за счет стабилизации структуры растительности. Такое относительно устойчивое и равновесное по отношению к внешней среде растительное сообщество носит название климаксового сообщества. Таким образом, климакс (от греч.klimax — лестница) представляет собой заключительную стадию развития биоценоза, на которой он находится в равновесном состоянии с окружающей средой довольно продолжительное время.

В течение сукцессии биомасса живых организмов возрастает, а круговорот веществ увеличивается.

Динамика экосистем охватывает суточные, сезонные изменения, а также многолетние (сукцессии). Сукцессии являются механизмом образования новых сообществ либо на не заселенной ранее территории (первичные сукцессии), либо при смене уже существующих биоценозов (вторичные сукцессии). Заключительной стадией развития биоценоза, наиболее продуктивной и устойчивой, является климаксовое сообщество.

 

Вопрос 26 Сукцессии

Сукце́ссия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества и т. д.) другим на определённом участке среды во времени в результате влияния природных факторов (в том числе внутренних сил) или воздействия человека.

Теорию сукцессий изначально разрабатывали геоботаники, но затем стали широко использовать и другие экологи. Одним из первых теорию сукцессий разработал Ф. Клементс и развил В. Н. Сукачёв, а затем С. М. Разумовский.

Существует множество классификаций сукцессий^[3], по показателям, способным меняться в ходе сукцессии или по причинам смен:

• по масштабу времени (быстрые, средние, медленные, очень медленные),
• по обратимости (обратимые и необратимые),
• по степени постоянства процесса (постоянные и непостоянные),
• по происхождению (первичные и вторичные),
• по тенденциям изменения продуктивности (прогрессивные и регрессивные),
• по тенденции изменения видового богатства (прогрессивные и регрессивные),
• по антропогенности (антропогенные и природные),
• по характеру происходящих во время сукцессии изменений (автотрофные и гетеротрофные).

Первичные

Широко известным примером первичной сукцессии является заселение застывшей лавы после извержения вулкана или склона после схода лавины, уничтожившей весь профиль почвы. Сейчас подобные явления редки, но каждый участок суши в какое-то время прошёл через первичную сукцессию. Первичные сукцессии развиваются параллельно с почвообразованием под влиянием постоянного попадания извне семян, отмирания неустойчивых к экстремальным условиям сеянцев и лишь с определённого времени — под влиянием межвидовой конкуренции. Развитие того или иного серийного сообщества и его смена обусловлены в основном содержанием азота в почве и степенью разрушения её минеральной части.

Например, для горных участков Аляски выделяют следующие типичные стадии первичной сукцессии с характерными растениями-доминантами:

1. Лишайники разрушают породу и обогащают её азотом.

2. Мхи и ряд трав.

3. Кустарниковые сообщества с преобладанием ивы.

4. Кустарниковые сообщества с преобладанием ольхи.

5. Ельник, затем доминирование тсуги.

Вторичные

Восстановительная сукцессия — лес вырастает на месте залежи.

В качестве примера вторичной сукцессии обычно приводят ельник, уничтоженный пожаром. На занимаемой им ранее территории сохранилась почва и семена. Травяное сообщество образуется уже на следующий год. Дальше возможны варианты: во влажном климате доминирует ситник, затем он сменяется малиной, она — осиной; в сухом климате преобладает вейник, он сменяется шиповником, шиповник берёзой. Под покровом осинового или берёзового леса развиваются растения ели, со временем вытесняющие лиственные породы. Восстановление темнохвойного леса происходит примерно за 100 лет. Восстановление климаксных дубрав в Московской области обычно не происходит, поскольку лес вновь вырубается^[4][5]. Подробно вторичные сукцессии после пожаров в лесотундре и северной тайге рассмотрены в работах А. П. Тыртикова^[6][7] Так после пожаров в редкостойных лесах и редколесьях на гарях через несколько десятилетий развиваются березняки травяные. Они сменяются смешанными зеленомоховыми лесами через 120—150 лет после пожара. Редкостойные смешанные сфагновые леса сменяют смешанные зеленомоховые леса через 200—250 лет после пожара. Редколесья на сфагновых болотах формируются на месте редкостойных сфагновых лесов через 250—300 лет. А через 300—350 лет кустарничково-лишайниковые тундры сменяют редколесья на сфагновых болотах. В известной работе Ю. Одума описан также специфический тип вторичной сукцессии — циклическая сукцессия. Эта сукцессия имеет отличительную черту — в недрах сообщества зреют предпосылки для отката сообщества к более примитивному типу (например, посредством формирования огнеопасной среды).

 

Источник: studopedia.ru