Екосистеми та їхня структура

Поняття екосистеми є визначальним в екології. Екосистему утворюють сукупність живих організмів і неживе середовище. Поняття в науці сформувалося поступово. У 1877 р. обмежену одиницю, розміри якої достатньо малі для досконального вивчення, К. Мебіус назвав біоценозом. У 1887 р. Стефан Форбс, описуючи озеро, визначив характерні риси такої системи: по-перше, вона складається з усіх організмів, які проживають у цьому районі, а також із навколишнього фізичного і хімічного середовища; по-друге, всі компоненти екосистеми взаємодіють між собою і впливають один на одного. Учені дійшли висновку, що всяка одиниця (біосистема), яка містить усі організми, що функціонують разом на даній ділянці, і яка взаємодіє з фізичним середовищем у такий спосіб, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури і кругообіг речовин між живою і неживою частинами, і є екологічною системою, або екосистемою. Для зручності вчені розглядають екосистему як ізольовану одиницю (рілля, озеро, пасовище, струмок тощо), проте фактично різні компоненти постійно переміщуються з однієї екосистеми в іншу. Наприклад, в екосистему озера змиваються ґрунт і листя.

Крім природних екосистем, існують також штучні екосистеми, як-от: космічна станція, акваріум, вазон із кімнатною рослиною тощо.

У тих випадках, коли йдеться про природні біосистеми, які охоплюють певну територію, замість поняття «екосистема» в європейській, зокрема в російській та українській літературах, часто використовується термін «біогеоценоз», що його запропонував В. Н. Сукачов.

Необхідність створення цілеспрямованого потоку енергії, з одного боку, і кругообігу речовин — з іншого, накладає певні обмеження на підбір тих видів, які можуть утворювати екосистему. В основі будь-якої, навіть найпростішої, екосистеми лежить ланцюг живлення (трофічний ланцюг). Основні типи ланцюгів живлення — пасовищний і детритний. Пасовищний ланцюг живлення — це ряд живих організмів, у якому кожний вид живиться попередниками в ланцюзі та, своєю чергою, служить їжею для видів, які посідають вищий рівень. Початок пасовищного ланцюга — автотрофні (ті, що живляться самі) організми, які спроможні синтезувати складні органічні сполуки з неорганічних, використовуючи найчастіше енергію сонячного світла, — це зелені рослини і фотосинтезуючі бактерії.

Автотрофні організми утворюють верхній ярус, або «зелений пояс». Він є дуже важливою частиною сукупності, оскільки всі організми екосистеми так чи інакше залежать від постачання органічними речовинами, що їх синтезують рослини, і тому належать до гетеротрофів.

Ті організми, що живляться рослинами, належать до другого трофічного рівня; хижаки, які живляться травоїдними, — до третього. Добре відомі такі ланцюги живлення, як «трава — заєць — вовк», «рослини — комахи — птахи» тощо. Людина в цій класифікації, яка споживає і рослинну, і тваринну їжу, посідає проміжне становище між другим і третім трофічними рівнями.

У детритних ланцюгах організми споживають мертву органічну речовину, поступово розкладаючи її на чимраз простіші сполуки — аж до неорганічних. Присутність детритних ланцюгів живлення необхідна кожній системі, оскільки саме вони замикають кругообіг елементів, який без участі живих організмів відбувався б украй повільно. Вчені відносять ґрунти, де розкладаються речовини, коріння тощо, до нижнього коричневого ярусу.

Під біологічним кутом зору до складу екосистеми входять такі компоненти: неорганічні речовини, органічні сполуки, продуценти, макроконсументи, мікроконсументи та субстрактне середовище. Неорганічні речовини включаються в кругообіг. Живим організмам необхідні у порівняно великій кількості шість елементів: вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка.

Органічні сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди, гумус та ін.) об’єднують біотичну (живу) та абіотичну частини екосистеми. Це дуже важливі компоненти останньої. У процесі фотосинтезу зелені рослини використовують енергію сонячного світла для перетворення двох простих сполук із низьким умістом енергії (вуглекислий газ і вода) у складніші органічні сполуки, де частина сонячної енергії перебуває в запасі у формі хімічної енергії. У процесі фотосинтезу як побічний продукт утворюється кисень. Для здійснення фотосинтезу і створення складних органічних речовин зеленим рослинам необхідні не тільки сонячне світло, вода, вуглекислий газ, а й незначна кількість деяких мінеральних елементів, що розчинені у воді, оточують водні рослини або знаходяться у волозі ґрунту навколо коренів наземних рослин.

Органічні речовини, що утворюються в процесі фотосинтезу, можуть потім служити джерелом енергії для самої рослини або для якого-небудь організму, котрий живиться цією рослиною і в такий спосіб привласнює речовини, що містяться в рослині, використовуючи їх для задоволення власних потреб.

Органічні речовини — це не тільки джерело енергії, а й матеріал, що його використовує організм для побудови своїх тканин. Речовина та енергія в процесі фотосинтезу утворюють єдине ціле; продукти фотосинтезу можуть переходити від зелених рослин до інших організмів, що складають екосистему. Врешті-решт, продукти фотосинтезу розщеплюються в процесі дихання, а вивільнена при цьому енергія використовується для отримання поживних рослин та енергії, підтримання цілісності організму та його функцій, на ріст, рух, розвиток, розмноження тощо. Хімічні компоненти їжі — вуглекислий газ, вода і неорганічні речовини — можуть знову використовуватися зеленими рослинами, так що речовина в цій екосистемі може здійснювати безконечний кругообіг, і крок за кроком перетворюється в некорисну теплову енергію. Тому екосистемі потрібне постійне поновлення енергії ззовні.

Продуцентами в екосистемі називають зелені рослини, оскільки вони самі утворюють для себе їжу. На перший погляд здається, що зелені рослини незалежні від інших організмів; одначе вчені стверджують, що якби на Землі існували тільки зелені рослини, то, кінець кінцем, усі мінеральні речовини виявилися б зв’язаними в цих рослинах (у багатьох випадках — в їхніх мертвих рештках) і ріст рослин припинився б. Цього не відбувається тому, що інші організми — редуценти (або мікроконсументи) використовують поживні речовини, що містяться у мертвих рослинах, і як джерело енергії, і як їжу, розкладаючи при цьому органічні сполуки на простіші неорганічні. У такому вигляді їх здатні поглинати й використовувати живі рослини. До редуцентів належать бактерії, гриби, а також тварини, які живляться мертвими організмами, — деякі комахи, черва тощо.

Енергія та елементи живлення, що містяться в організмах живих продуцентів, споживаються в більшості природних екосистем не тільки редуцентами, а й макроконсументами, або фаготрофами. Макроконсументи — це гетеротрофічні організми, переважно тварини, які живляться іншими організмами або частинками органічної речовини. Серед них є травоїдні (тварини, що живляться рослинною їжею), всеїдні (тварини, що споживають як рослинну, так і тваринну їжу), м’ясоїдні, а також паразити.

Поверхня нашої планети являє собою оболонку, до складу якої входять багато шарів, і називається геосферою, або географічною оболонкою.

До основних сфер геосфери належать: літосфера (земна кора), гідросфера (водна оболонка) та атмосфера.

Межі геосфери встановлюються за термодинамічною ознакою: верхня межа — тропопауза, де спостерігається межа теплового впливу земної поверхні на атмосферні процеси; нижня межа визначається за рівнем річних нульових амплітуд температури в земній корі.

В особливу сферу виокремлено біосферу. Саме в цьому просторі розвивається розумне життя — людина, людське суспільство. Соціосфера, що об’єднує людей з компонентами навколишнього середовища, є складовою ландшафтної сфери.

Отже, геосфера, біосфера і соціосфера в сукупності становлять ландшафтну оболонку Землі, тобто оболонку, до складу якої входять особливі територіальні поєднання — (живої природи) та антропогенних (створених людиною) елементів, що розвиваються в тісній взаємодії.

Та частина географічної оболонки, яка освоєна людиною, втягнена в суспільне виробництво і становить матеріальну основу існування людського суспільства, називається географічним середовищем. Іншими словами, під географічним середовищем розуміють історично обумовлений комплекс природних, технічних і суспільних об’єктів у взаємодії, з якими людина реалізує свої життєві потреби.

«Географічна оболонка» — поняття, що не стосується до людини. Вона існувала задовго до появи людини. «Географічне середовище» — поняття, співвідносне з людиною, немислиме без існування людського суспільства. Синонімами цього поняття є «навколишнє середовище», «довкілля».

Коли мова йде про навколишнє середовище в межах земної поверхні, то мається на увазі географічне середовище. Але навколишнє середовище, довкілля, може бути й за межами земної поверхні — в космосі, а в майбутньому — і на поверхні інших планет. Отож, поняття «географічне середовище» містить два аспекти: з одного боку, соціально-виробниче середовище (машини, виробниче обладнання, споруди тощо). У цьому середовищі діють головні економічні та соціальні закони. З іншого боку, людину оточують об’єкти природного походження — гори, річки, поля, ліси. Таке оточення логічно називати природним середовищем. Звісно, соціально-виробниче і природне середовище тісно пов’язані між собою, і негативні явища в першому з них здатні виявити несприятливий вплив на друге і навпаки, створюючи цим якісно нове утворення, органічно поєднуючи елементи природного середовища з продуктами людської діяльності.

Компенсаційні можливості біосфери в цілому та її складових обмежені. Будь-яка людська діяльність — це антропогенне навантаження на біосферу. З появою машин воно почало набирати великої сили. Тому процес розвитку виробничої та соціальної сфер неминуче супроводжується збільшенням антропогенного навантаження на природні компоненти біосфери. Природна рівновага у будь-якому регіоні Землі зберігається завдяки саморегуляції та самовідновленню біосфери. Якщо ж відходи виробництва і споживання знищуються не так швидко, як надходять, виникає забруднення довкілля. Сучасні антропогенні процеси набувають надзвичайно великих масштабів і до того ж прискорюються високими темпами.

Масштаби впливу людини на природні компоненти біосфери стали воістину гігантськими. Так, надходження у вóди суходолу та океану, в атмосферу і ґрунти різних хімічних сполук (а їх приблизно 100 тис.), що утворилися внаслідок виробничої діяльності людини, в десятки разів перевищують природне надходження речовин за вивітрювання гірських порід і вулканізму. Щорічно з надр Землі видобувається понад 100 млрд. т корисних копалин, виплавляються сотні мільйонів тонн різних металів, які не зустрічаються у природі в чистому вигляді (мідь, залізо, алюміній та ін.), виробляються десятки мільйонів тонн невідомих у природі синтетичних матеріалів, з якими біосфера зможе «впоратися» тільки за досить тривалий час. Справжнім лихом обернулося для людства внесення мінеральних добрив, а надто отрутохімікатів.

Посилення техногенного впливу на компоненти біосфери не лише спричинило низку екологічних проблем, а й поставило під загрозу якість середовища проживання людини і всього живого. В окремих регіонах із розвитком продуктивних сил настає момент, коли вичерпується природно-ресурсний потенціал, а самовідновлення природного середовища і антропогенне навантаження на його компоненти перебувають у стадії рівноваги, але темпи останнього набагато вищі. Так виникає регіон критичної екологічної ситуації. У випадках, коли природно-ресурсний потенціал регіону вичерпано, а антропогенне навантаження на компоненти геосередовища значно перевищує темпи його самовідновлення, зміни природних властивостей значних територій, особливо в економічно розвинених регіонах, породжують конфліктну ситуацію між можливостями використання середовища для потреб виробництва та його придатністю для людського життя. Відтак формується зона екологічної катастрофи. І в першому, і в другому випадках має місце нехтування екологічних чинників під час розміщення продуктивних сил. Назріла необхідність у розробленні принципів розміщення продуктивних сил з урахуванням екологічних чинників.

Дата добавления: 2014-01-07