Определения, состав и свойства экосистем

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение нераздельно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любое единство, включающее все организмы (т. е. «сообщество») на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовоее разнообразие и круговорбт" веществ (т. е. обмен веществами между биотической и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему.

В настоящее время широкое распространение получило следующее определение экосистемы. Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Следует подчеркнуть, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему. А. Тенсли (1935) предложил следующее соотношение:

Экосистема = Биотоп + Биоценоз

В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г. В. Н. Сукачевым. По его определению, биогеоценоз — «это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии». Существует мнение, будто содержание «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается прежде всего ее функциональная сущность.

Существующие на Земле экосистемы разнообразны. Выделяют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.), макроэкосистемы (континент, океан и др.) и глобальную — биосфера.

Сложение экосистем в значительной мере зависит от их функциональной «предназначенности» и наоборот. По Николаю Федоровичу Реймерсу (1994), это находит отражение в принципе экологической комплементарности (дополнительности): никакая функциональная часть экосистемы (экологический компонент, элемент и т. д.) не может существовать без других функционально дополняющих частей. Близок к нему и расширяющий его принцип экологической конгруэнтности (соответствия): функционально дополняя друг друга, живые составляющие экосистемы вырабатывают для этого соответствующие приспособления, скоординированные с условиями абиотической среды, в значительной мере преобразуемой теми же организмами (биоклимат и т. д.), т. е. наблюдается двойной ряд соответствия — между организмами и средой их обитания — внешней и создаваемой ценозом. Например, виды, составляющие экосистемы пустыни, приспособлены одной стороны, к ее климатическим и другим абиотическим условиям, а с другой — к среде экосистемы и друг к другу. Это же характерно для организмов любого биома и другого более низко или высоко стоящего в иерархии систем подразделения биосферы. В связи с этим здесь уместно привести принцип (закон) формирования экосистемы (функционально-пространственной экологической целостности, связи биотоп — биоценоз): длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополняют друг друга и соответственно приспособлены друг к другу, что обеспечивает воспроизводство среды обитания каждого вида и относительно неизменное существование всех экологических компонентов. Совершенно очевидно, чти принцип формирования экосистемы есть суммарное отражение принципа экологической комплементарности (дополнительности и принципа экологической конгруэнтности (соответствия),

Свойства экосистем:

1. Эмерджентность (emergence - неожиданно возникающий) – степень несводимости свойств системы к свойствам составляющих ее элементов. Проявление у системы новых свойств, которые невозможно предсказать на основании свойств её элементов.

Система есть нечто большее, чем простая сумма слагающих её элементов.

2. Биоразнообразие. Принцип необходимого разнообразия элементов – нижний предел разнообразия равен двум, верхний - стремится к бесконечности. Основывается на непрерывном круговороте веществ, связанном с направленными потоками энергии. Механизмы поддержания целостности системы основываются на свойствах разнообразия и системности. Разнообразие - необходимое условие устойчивости любой кибернетической системы на фоне внешних и внутренних возмущений (принцип Эшби). Чем больше видовое разнообразие тем устойчивее система. Живые системы (организмы, биосфера) функционируют по принципу обратной связи.

3. Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Поскольку основной объединяющий фактор в биогеоценозах - это пищевые цепи, то, чем более многообразен состав, тем устойчивее экосистема. В тропических лесах большое разнообразие видов растений и животных гарантия стабильности. Но и малокомпонентные системы могут быть устойчивы. Дело в экологических особенностях видов. Например, при современной антропогенной нагрузке большое значение приобретают виды - эфемеры (короткоцикличные), которые успевают за короткий период к резко быстрой смене поколений и большой исленности приспособляться к необычным стрессам. При устойчивых, необратимых изменениях среды происходит направленная смена типов сообществ, формирование нового климакса.

В биосфере действует закон, связывающий размеры потребляющих органические вещества видов с их численностью и размерами. В потоках вещества и энергии главную роль играют мелкие организмы (бактерии, грибы и т.д.).

Выделяют упругую устойчивость – способность быстро возвращаться в состояние равновесия после оказанного воздействия; и резистентную – способность сопротивляться воздействию. Устойчивость должна учитываться при антропогенном воздействии на экосистему.

Чем выше видовое разнообразие экосистемы – тем больше вариантов развития, «степеней свободы», тем выше её устойчивость.

4. Гомеостаз - это состояние внутреннего динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением ее основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов. Это - постоянный газовый состав атмосферы, физические условия поверхности Земли (через озоновый экран), устойчивого состава и концентрации солей Мирового океана. Механизм поддержания целостности системы основывается на свойствах разнообразия и системности. Биосфера ((по Вернадскому) как целостная система обладает организованностью, механизмами самоподдержания (гомеостаза).

С биологической точки зрения, в составе экосистемы выделяют следующие компоненты:

1) неорганические вещества (С, N, СО₂, Н₂О и др.), включающиеся в круговороты;

2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т. д.), связывающие биотическую и абиотические части;

3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы;

4) продуцентов, автотрофных организмов (зеленые растения, сине-зеленые водоросли, фото- и хемосинтезирующие бактерии), производящих пищу из простых неорганических веществ

5) консументов, или фаготрофов (от греч. phagos — пожиратель), — гетеротрофных организмов, главным образом животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества;

6) редуцентов и детритофагов — гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапрофитами из растений и других организмов.

Консументы питаются живым (биофаги) или мертвым (сапрофаги) органическим материалом. Среди биофагов могут быть выделены растительноядные организмы или фитофаги (консументы первого порядка (первичные), к ним относятся и повреждающие растения вирусы, грибы и паразитические сосудистые растения), хищники (консументы второго порядка (вторичные), в том числе и паразиты первичных консументов) и конечные потребители — вершинные хищники (консументы третьего порядка).

В экосистеме пищевые и энергетические связи между категориями всегда однозначны и идут в направлении: автотрофы ® гетеротрофы.

Или в более полном виде: автотрофы ® консументы ® редуценты (деструкторы).

Один из самых общих признаков экосистем — наземных, пресноводных или морских, создаваемых человеком или природных, — взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов.

Дата добавления: 2014-01-06