§ 1. Концепция экосистемы

Экологическая система. Принципы и концепции

§ 1. Концепция экосистемы

1. Концепция экосистемы.

2. Изучение экосистем.

3. Стабильность экосистем.

Если мы хотим, чтобы наше общество перешло к целостному решению проблем, возникающих на уровне биомов и биосферы, то должны прежде всего изучать экосистемный уровень организации.

Концепция экосистемы

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.

Любая биосистема, включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой в неживой частями, представляет собой экологическую систему или экосистему.

Долговременное функционирование экосистемы обеспечивают три основных компонента – сообщество, поток энергии и круговорот веществ.

Поток энергии направлен в одну сторону; часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом и переходит на качественно более высокую ступень, трансформируясь в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии деградирует, проходит через систему и покидает ее в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток). Энергия может накапливаться, затем снова высвобождаться или экспортироваться но ее нельзя использовать вторично.

В отличие от энергии элементы питания, в том числе биогенные элементы, необходимые для жизни (углерод, азот, фосфор и т. д.), и вода не только могут, но и должны использоваться многократно.

Все экосистемы, даже самая крупная – биосфера, являются открытыми системами: они должны получать и отдавать энергию. Разумеется, экосистемы, входящие в биосферу, также в разной степени открыты для потоков веществ, для иммиграции и эмиграции организмов.

Поэтому концепция экосистемы должна учитывать существование связанных между собой и необходимых для функционирования и самоподдержания экосистемы среды на входеи среды на выходе: в концептуально законченную экосистему входит среда на входе, среда на выходе и система , т.е.

Экосистема = IE + S + OE.

Данная схема решает проблему, связанную с проведением границ рассматриваемой единицы, поскольку в этом случае не имеет значения, как мы вычленяем исследуемую часть экосистемы.

Часто удобными оказываются естественные границы, например берег озера или опушка леса, или административные, например границы города, но эти границы могут быть и условными, если их точно определить геометрически.

Конечно, экосистема не ограничена «ящиком» в центре схемы, поскольку если бы этот «ящик» был герметичным, то его живое содержимое (озеро или город) не вынесло бы такого заключения. Функционирующая реальная экосистема должна иметь вход и в большинстве случаев пути оттока переработанной энергии и веществ.

Изучение экосистем

При изучении больших сложных экосистем, таких, как озера и леса, экологи используют четыре основных подхода:

1) холистический(от греч. holos – целый) , который предполагает измерение поступлений и выхода энергии и различных веществ, оценку совокупных и эмерджентных свойств, а затем в случае необходимости – изучение его составных частей; экосистема рассматривается как черный ящик,т. е. как объект, функция которого может быть описана без выяснения его внутреннего содержания.

2) мерологический(от греч. meros – часть), при котором сначала изучаются свойства основных частей, а затем эти сведения экстраполируются на систему в целом. Очевидно, что важные эмерджентные свойства при мерологическом подходе могут быть упущены.

Но, что самое главное, конкретный организм в разных системах может вести себя совершенно по-разному, и эта изменчивость, очевидно, связана с тем, как данный организм взаимодействует с другими компонентами экосистемы.

Например, многие насекомые в агроэкосистеме являются опасными вредителями, а в своих естественных местообитаниях они не опасны, так как там их держат под контролем паразиты, конкуренты, хищники пли химические ингибиторы.

3) экспериментальные методы, т.е. нарушение тем или иным способом структуры или функции экосистемы в надежде, что реакция системы на такое нарушение позволит проверить гипотезы, основанные на наблюдениях. Экспериментальные методы – основа «стрессовой», или «пертурбационной» экологии.

4) методы моделирования. Модель-это абстрактное описание того или иного явления реального мира, позволяющее делать предсказания относительно этого явления.

В своей простейшей форме модель может быть словесной или графической (неформализованной).

Однако если мы хотим получить достаточно надежные количественные прогнозы, то модель должна быть статистической и строго математической (формализованной).

Моделирование обычно начинают с построения схемы, или графической модели, часто представляющей собой блок-схему.

В работающей модели экологической ситуации имеется как минимум четыре ингредиента или компонента, а именно: 1) источник энергии или другая внешняя движущая сила,2) свойства, которые системоаналитики называют переменными состояний,3) направления потоков,связывающих «действа между собой и с действующими силами через потоки энергии и вещества; и 4)взаимодействия или функции взаимодействийтам, где взаимодействуют между собой силы и свойства, изменяя, усиливая или контролируя перемещения веществ и энергии или создавая эмерджентные свойства.

Характеристика хорошей модели должна включать три компонента: 1) анализируемое пространство (границы системы), 2) субсистемы (компоненты), считающиеся важными для общего функционирования, и 3) рассматриваемый временной интервал.

После того как мы правильно определили экосистему, экологическую ситуацию или проблему и установили ее границы, мы выдвигаем доступную для проверки гипотезу или серию гипотез, которую можно принять или отвергнуть хотя бы предварительно, ожидая результатов дальнейших экспериментов или анализа.

Более подробные сведения об экологическом моделировании можно найти в работах Холла и Дэя (1979), а также Медоуза (1982).

Стабильность экосистем

Стабильность экосистемы обеспечивается непрерывным потоком энергии, который задает и поддерживает круговороты веществ; а также развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, связывающих все части системы и управляющих (или регулирующих) ею как одним целым.

В результате взаимодействия круговоротов веществ и потоков энергии, а также сигналов обратной связи от субсистем (когда часть сигналов с выхода поступает на вход) в экосистемах возникает саморегулирующийся гомеостаз без регуляции извне ( как это бывает в механических системах; например, в обычной системе регулировки температуры в помещении термостат управляет печью) или «постоянной точки» ( так у теплокровных животных регуляция температуры тела осуществляется специальным центром в мозгу). Управляющие функции экосистемы сосредоточены внутри нее и диффузны (а не направлены вовне и специализированы). В число управляющих механизмов, действующих на уровне экосистемы, входят микробные субсистемы, регулирующие накопление и высвобождение биогенных элементов, поведенческие механизмы и субсистемы «хищник-жертва», регулирующие плотность популяции, а также многие другие.

Помимо системы обратной связи стабильность обеспечивается избыточностью функциональных компонентов. Например, если в сообществе имеется несколько видов автотрофов, каждый из которых характеризуется своим температурным диапазоном функцнонирования, то скорость фотосинтеза сообщества в целом может оставаться неизменной, несмотря на колебания температуры.

По определению, стабильность – это свойство любого тела, заставляющее его возвращаться к исходному состоянию после того, как это тело выведено из состояния равновесия.

Это представляется достаточно ясным, но на практике люди разных профессий (например, инженеры, экологи или экономисты) могут вкладывать в термин «стабильность» разный смысл, особенно при попытках оценить меру стабильности и выразить ее количественно. Для целей экологии можно выделить два «типа» стабильности.

Резистентная устойчивость- это способность экосистемы сопротивляться пертурбациям (нарушениям), поддерживая неизменной свою структуру и функцию. Упругая устойчивость – этоспособность системы восстанавливаться после того, как ее структура и функция были нарушены. Эти два типа стабильности связывает обратная зависимость – системе трудно одновременно развить оба типа устойчивости.

Так, калифорнийский лес из секвойи довольно устойчив к пожарам (для этих деревьев характерны толстая кора и другие адаптации), но если он все же сгорит, то восстанавливается очень медленно или вовсе не восстанавливается.

Напротив, калифорнийские заросли чапарраля очень легко выгорают (низкая резистентная устойчивость), но быстро восстанавливаются за несколько лет (отличная упругая устойчивость).

Как правило, при благоприятных физических условиях среды экосистемы в большей степени проявляют резистентную, а не упругую устойчивость, а в изменчивых физических условиях наблюдается прямо противоположное.

Гомеостатические механизмы функционируют в определенных пределах, за которыми уже ничем не ограничиваемые положительные обратные связи, усиливающие отклонения, приводят к гибели системы, если невозможно произвести дополнительную настройку.

По мере нарастания стресса система, продолжая оставаться управляемой, может оказаться неспособной к возвращению на прежний уровень.

На самом деле, согласно нашедшей широкое признание теории Холдинга (1973), для популяций и, как можно предположить, для экосистем характерно не одно, а несколько состояний равновесия и после стрессовых воздействий они часто возвращаются не в то состояние равновесия, из которого были выведены, а в другое.

Вспомним, например, что значительное, хотя и не все количество СО2, поступающей в атмосферу в результате деятельности человека, поглощается карбонатной и другими системами моря, но по мере увеличения притока СО2 в атмосфере устанавливаются новые равновесия на несколько более высоком уровне. В этом случае даже небольшое нарушение может иметь далеко идущие последствия.

Во многих случаях подлинно надежный гомеостатический контроль устанавливается только после периода эволюционной «подгонки». Для новых экосистем (например, систем, создаваемых современным сельским хозяйством) или недавно сложившихся комплексов «паразит-хозяин» обычно характерны более резкие колебания и чрезмерный рост численности по сравнению со зрелыми системами, компоненты которых имели возможность приспособиться друг к другу.

Степень стабильности, достигаемая конкретной экосистемой, зависит не только от ее истории и эффективности ее внутренних управляющих механизмов, но и от характера среды на входе и, возможно, от сложности экосистемы.

Как правило, экосистемы имеют тенденцию становиться сложнее в благоприятной физической среде, чем в среде со схоластическими (случайными, непредсказуемыми) нарушениями на входе, например штормами.

Функциональная сложность, по-видимому, в большей степени, чем структурная, увеличивает стабильность системы, так как возрастает потенциально возможное число петель обратной связи; однако причинно-следственные взаимоотношения между сложностью и стабильностью изучены еще не достаточно.

Таким образом, одним из главных действующих лиц в экологии является поток энергии. Он обеспечивает стабильность экосистем; он – основа движения веществ в биогеохимических циклах. Поэтому мы свое изучение экологии начнем с поведения энергии в экосистемах.

Лекция 3.

Просмотров 806 Эта страница нарушает авторские права

Источник: https://allrefrs.ru/1-49920.html

2.1. Концепция экосистемы

§ 1. Концепция экосистемы

Понятие об экосистемах и их место в организации биосферы

Концепция экосистемы

1.1.1. Определение экосистемы

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Рассматривая совокупность этих взаимодействий и объектов в них участвующих с системной точки зрения как единое целое, в живой природе можно выделить множество различных биосистем.

Любая биосистема, включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему.

Таким образом, совокупность  совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в устойчивой закономерной взаимосвязи друг с другом, называют экологической системой или экосистемой.

Экосистема – основная функциональная единица в экологии, поскольку в нее входят и организмы, и неживая природа – компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Если мы хотим перейти к целостному решению проблем, возникающих на уровне биомов и биосферы, то мы должны прежде всего изучать экосистемный уровень организации.

Примером экосистемы могут быть луг, лес, озеро и т. п.

С этих позиций можно предложить, например, следующее определение леса: «Лес есть географически организованная саморегулирующаяся совокупность популяций растительных и животных организмом, для которых ведущую средообразующую роль играет популяция древесных растений одного вида или совместно обитающие популяции нескольких видов». Самой крупной на Земле экосистемой является биосфера.

1.1.2. Краткая история термина «экосистема»

Термин «экосистема» впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли, но, разумеется, само представление об экосистеме возникло значительно раньше.

Упоминание о единстве организмов и среды (а также человека и природы) можно найти в самых древних письменных памятниках истории. Но в системном виде подход к экосистеме стал появляться в конце прошлого века. Так, немецкий ученый Карл Мёбиус писал в 1877 г.

о сообществе организмов на устричной банке как о «биоценозе», а в 1887 г. американский биолог С. Форбс опубликовал свой классический труд об озере как «микрокосме». Большой вклад в этот вопрос внесли русские и советские экологи. Так, известный ученый В.В.

Докучаев (1846-1903) и его ученик Г.Ф. Морозов, специализировавшиеся в области лесной экологии, придавали большое значение представлению о «биоценозе».

В отечественной литературе по экологии осознание недостаточности биоценотического подхода при решении задач изучения и управления природными  комплектами   проявилось   в   разработке    академиком В. Н. Сукачевым в 1944 г. учения о«биогеоценозе».

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая специфику взаимодействий слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и с другими явлениями природы.

Понятие «экосистема» и «биогеоценоз» близки друг к другу, но не являются синонимами. По определению А. Тэнсли, экосистемы – это безразмерные устойчивые системы живых и неживых компонентов, в которых совершается внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.

Таким образом, экосистема – это и капля воды с ее микробным населением, и горшок с цветком, и космический пилотируемый корабль, и индустриальный город. Под определение биогеоценоза они не подпадают, так как им не свойственны многие признаки этого определения.

Экосистема может включать несколько биогеоценозов.

Таким образом, понятие «экосистема» шире, чем «биогеоценоз», то есть любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом, причем биогеоценозы – это сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

После того, как, благодаря бурному развитию радиоэлектроники и компьютерной техники, была разработана общая  теория систем, началось развитие нового, количественного направления – экологии экосистем.

Вопрос о том, в какой мере экосистемы подчиняются законам функционирования целостных систем, например, таких, как хорошо изученных сейчас физических систем, и насколько экосистемы способны к самоорганизации, подобно организмам, до настоящего времени остается открытым, и изучение его продолжается.

1.1.3. Гомеостаз и открытость экосистем

Естественные экосистемы, например леса, степи, водоемы, существуют в течение длительного времени – десятков и даже сотен лет, то есть обладают определенной стабильностью во времени и пространстве.

Для  поддержания стабильности системы необходима сбалансированность потоков веществ и энергии, процессов обмена веществ между организмами и окружающей их средой. Конечно, ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, неподвижной: численность одних видов может увеличиваться, а других уменьшаться.

Подобные процессы имеют более или менее правильную периодичность и в целом не выводят систему из равновесия.

Состояние подвижно-стабильного равновесия  экосистемы носит название гомеостаза. Гомеостатичность – важнейшее условие существования любой экосистемы.

В естественном биогеоценозе гомеостаз поддерживается тем, что такая система открыта, то есть непрерывно получает энергию и вещество из окружающей среды. Поток энергии направлен во внутрь системы.

Часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом живых организмов экосистемы и переходит на качественно более высокую ступень, трансформируясь в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет; но большая часть энергии деградирует, проходит через систему и покидает ее в виде низкокачественной тепловой энергии (тепловой сток).

Итак, все экосистемы, даже самая крупная – биосфера,  являются открытыми системами: они должны получать и отдавать энергию, быть открытыми для потоков веществ, для иммиграции и эмиграции организмов.

Поэтому концепция экосистемы должна учитывать существование связанных между собой и необходимых для функционирования и самоподдержания экосистемы среды на входе и среды на выходе.

Т. о., экосистема = среда на входе + собственно система + среда на выходе.

Данная схема решает проблему, связанную с проведением границ рассматриваемой единицы, поскольку в этом случае не имеет значения, как мы вычленяем исследуемую часть экосистемы. Часто удобным оказываются естественные границы, например, берег озера или опушка леса, или административные границы, например, границы города, в любом случае мы может ограничиться условными границами.

Масштабы изменений среды на входе и на выходе чрезвычайно сильно варьируют и зависят от нескольких переменных, например от:

1)    размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей);

2)    интенсивности обмена (чем он интенсивней, тем больше приток и отток);

3)    сбалансированности между производством и потреблением пищи (чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления);

4)    стадии и степени развития системы.

Следовательно, для обширной, поросшей лесом горной местности перепад между средой на входе и средой на выходе значительно меньше, чем у небольшого ручья или у города.

1.1.4. Структура биогеоценоза и экосистемы

Биогеоценоз включает две главные составляющие: совокупность на определенной территории абиотических факторов, то есть экотоп, и совокупность живых организмовбиоценоз. Экотоп еще иногда называют биотопом (топос – от греч. значит место, местность, экоойкос – дом). Биотоп – это совокупность абиотических условий среды.

В свою очередь экотоп состоит из совокупности климатических факторов – климатопа и из совокупности почвенно-грунтовых факторов – эдафотопа. Биоценоз включает в себя сообщества животных (зооценоз), растений (фитоценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз).

БИОГЕОЦЕНОЗ

Одно из важнейших свойств биогеоценоза – взаимосвязь и взаимозависимость всех его компонентов. Так, климат обусловливает состояние и режим почвенных факторов, создает среду обитания живых организмов.

В свою очередь, почва в какой-то мере определяет климатические особенности (за счет окраски почвы меняется ее отражательная способность – альбедо), а также влияет на животных, растения и микроорганизмы.

Все живые организмы теснейшим образом связаны между собой, являясь друг для друга  либо источником пищи, либо средой обитания, либо факторами смертности.

С точки зрения трофической структуры, то есть структуры питания, экосистему можно разделить да два яруса:

·        верхний – автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус, или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений;

·        нижний – гетеротрофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают трансформация и разложение сложных соединений.

С биологической точки зрения, в составе экосистемы удобно выделять следующие компоненты:

1)    неорганические вещества (С, N, CO2, H2O и др.), включающиеся в круговороты;

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

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

4)    продуцентов, автотрофных организмов, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ;

5)    первичных и вторичных консументов, или макроконсументов, или гетеротрофов, или фаготрофов – гетеротрофных организмов, в основном, животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества;

6)    редуцентов, или деструкторов, или сапротрофов, или микроконсументов – гетеротрофных организмов, в основном, бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапротрофами из растений и других организмов. В результате  деятельности сапротрофов высвобождаются неорганические элементы питания, пригодные для продуцентов; кроме того, сапротрофы поставляют пищу макроконсументам и часто выделяют гормоноподобные вещества, ингибирующие или стимулирующие функционирование других биотических компонентов экосистемы.

1.1.5. Структура водной и наземной экосистем

Экосистемы, как наземные, так и водные, не являются совершенно однородными структурами и в пространстве, и во времени.

Наземные экосистемы многоярусны, то есть для них характерно вертикальное расслоение на разновысокие структурные части.

Так, в лесу соответственно размещению корней, стволов, крон деревьев можно выделить ряд ярусов: деревья первой величины, подлесок из кустарников и молодого поколения деревьев, живой надпочвенный покров (травянистые растения и кустарники), мхи. Аналогично можно расчленить и луговые сообщества.

Животные, обитающие в лесу, также занимают различные ярусы. Ряд птиц гнездится непосредственно на земле или около нее (дрозды, козодой), другие – в стволах деревьев (дуплогнездники, дятлы, некоторые утки), третьи – в кронах деревьев. 

В пределах каждого яруса наблюдается достаточно тесная взаимосвязь обитающих здесь растений, позвоночных и беспозвоночных животных. Горизонтальные структурные части наземных биогеоценозов называют синузиями.

Горизонтальная неоднородность, например, лесного биогеоценоза, связана с особенностями мезо- и микрорельефа, а следовательно, с динамикой влажности, температуры. Поэтому в лесу деревья очень часто растут группами, состоящими из одной или нескольких пород.

В подобных случаях говорят о парцеллярности биогеоценоза, причем отдельным парцеллам присущи свои синузиальные группировки животных.

Кроме пространственного разделения, основные функции компонентов экосистемы частично разделены и во времени, поскольку возможен значительный временной разрыв между продуцированием органического вещества автотрофными организмами и его потреблением гетеротрофами. Например, основной процесс в пологе лесной экосистемы – фотосинтез.

Лишь малая часть продуктов фотосинтеза немедленно и непосредственно используется самим растением, растительноядными животными  и паразитами, питающимися листвой и другими, активно растущими тканями растения.

Большая часть синтезированного материала (листьев, древесины, запасов пищи, отложенных в семенах и корневищах) не подвергается немедленному потреблению и постепенно переходит в подстилку и почву.

Участие разных видов в составе сообщества также неодинаково: одни виды преобладают, или доминируют, занимая ведущее положение; другие виды живут за счет доминантов и называются предоминантами.

Кроме того, в биогеоценозе могут быть и так называемые эдификаторы, которые не просто доминируют здесь, а играют роль «образователей» сообщества, определяя режим температуры, влажности, освещенности, специфику почвенно-грунтовых условий.

Все сказанное по поводу структуры экосистем касается и водных систем. Известно, что разные виды рыб и другие водные животные, а также растительные организмы обитают на разной глубине. Вместе с тем в строении водных и наземных экосистем есть существенная разница, проистекающая из специфики «образующей» среды – воды или воздуха.

Прежде всего, водоёмы подразделяются на две большие группы: стоячие водоёмы, или лентическая среда, к которым относятся озёра, пруды, болота; и проточные водоёмы, или лотическая среда, куда входят реки и ручьи.

В любом лентическом водоёме можно выделить три главные зоны: литоральную – мелководные участки, куда свет проникает до дна и где обычно располагаются высшие растения и некоторые водоросли; лимническую – т.е. предельную толщу воды, глубины которой достигает активный свет; профундальную – глубоководные участки, куда свет не проникает.

В реках и ручьях в основном выделяют две зоны: мелководные перекаты и глубоководные плесы. Каждой из этих зон свойственны свои обитатели и свои сообщества организмов.

1.1.6. Кибернетическая природа и стабильность экосистем

Признание экосистемы специфическим предметом экологии с необходимостью приводит к тому, что методологической основой этой науки становится системный подход как особое направление исследования, ориентированное на изучении специфических характеристик сложноорганизованных объектов, многообразие связей между элементами, их разнокачественность и соподчинение.

Формированию на естественнонаучной базе системного подхода, получившего различные конкретные воплощения в работах В.И.Вернадского, Л. Берталанфи, У. Росс Эшби, Н.А. Бернштейна и др., в немалой степени способствовало проникновение в биологию идей кибернетики.

Помимо потоков энергии и круговоротов веществ, о которых мы уже говорили, экосистемы характеризуются развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, связывающих все части системы и управляющих ею как одним целым. Поэтому можно считать, что экосистемы имеют кибернетическую природу, хотя в отличие от созданных человеком кибернетических устройств её управляющие функции сосредоточены внутри её и диффузны (а не направлены вовне и специализированы).

Схематически разницы между искусственными автоматическими управляющими системами и экосистемами можно показать при помощи упрощенных схем, приведенных ниже.

В первом случае – целенаправленная автоматическая система с внешним управлением, во втором – экосистема – нетелеологическая система с диффузной регуляцией входящих в неё субсистем.

В обоих случаях управление основано на обратной связи, которая осуществляется, когда часть сигналов с выхода поступает на вход. Если эта обратная связь положительна, то значение управляемой переменной возрастает.

Положительная обратная связь – это связь, усиливающая отклонения, и, без сомнения, она в значительной мере определяет рост и выживание организмов.

Однако для того чтобы действительно осуществлять контроль, например, чтобы избегать перенаселения, необходима также и  отрицательная обратная связь, уменьшающая отклонения на входе.

Модель, пригодная для имитации искусственных автоматических управляющих систем и гомеостатических целенаправленных организменных системМодель нетелеологических (нецеленаправленных) систем, в том числе экосистем, в которых управляющие механизмы рассеяны внутри системы и основаны на взаимодействии между первичной и вторичной субсистемами

Энергия сигнала отрицательной обратной связи крайне мала по сравнению с потоком энергии через систему. Низкоэнергетические компоненты, многократно усиливающие и управляющие прохождением высокоэнергетических компонентов – основная характерная особенность кибернетических систем.

Подсистемы, осуществляющие обратную связь, принято называть гомеостатическими механизмами.

В число управляющих механизмов, действующих на уровне экосистемы, входят и микробные субсистемы, регулирующие накопление и высвобождение биогенных элементов, и поведенческие механизмы, и субсистемы «хищник-жертва», регулирующие плотность популяции, а также многие другие.

Естественно, что важную роль в осуществлении обратной связи играют электромагнитные поля. Электромагнитная волна – идеальный агент для быстрой передачи информации на расстояние, и это её свойство целенаправленно используется природой  для реализации гомеостатического механизма.

Сильно выраженная реакция организмов в экосистеме на низкие концентрации некоторых веществ – это некоторая аналогия гормонального контроля в организме. Низкоэнергетические стимулы, вызывающие высокоэнергетические реакции, весьма распространены в экосистемах.

Например, в лугопастбищной экосистеме мелкие паразитические перепончатокрылые ответственны лишь за очень малую часть общего метаболизма сообщества (менее 0.

1%), но они могут  обусловливать очень сильный управляющий эффект на общий поток первичной продукции, паразитируя на растительноядных насекомых.

На протяжении всей эволюции такие взаимодействия поддерживали стабильность экосистем, предупреждая полное выедание растений, катастрофические колебания численности хищников и жертв и т.д.

Избыточность связей  в экосистеме, когда какая-то функция выполняется несколькими компонентами, повышает стабильность системы.

Степень достигаемой стабильности весьма различна и зависит как от жесткости окружающей среды, так и от эффективности внутренних управляющих механизмов. Выделяют два типа стабильности: резистентная устойчивость, т.е.

способность оставаться в устойчивом состоянии под нагрузкой, и упругая устойчивость, т.е. способность быстро восстанавливаться.

Таким образом, помимо системы обратной связи стабильность экосистемы обеспечивается избыточностью функциональных компонентов. Например, если в сообществе имеется несколько видов автотрофов, каждый из которых характеризуется своим температурным диапазоном функционирования, то скорость фотосинтеза сообщества в целом может оставаться неизменной, несмотря на колебания температуры.

Гомеостатические механизмы функционируют в определённых пределах, за которыми уже ничем не ограничиваемые положительные обратные связи приводят к гибели системы, если невозможно произвести дополнительную настройку. По мере нарастания стресса система, продолжая оставаться управляемой может оказаться неспособной к возвращению на прежний уровень.

Во многих случаях подлинно надёжный гомеостатический контроль устанавливается только после периода эволюционной «подгонки».

Для новых экосистем (например, создаваемых современным сельским хозяйством) или недавно сложившихся комплексов «паразит-хозяин» обычно характерны более резкие колебания и чрезмерный рост численности по сравнению со зрелыми системами, компоненты которых имели возможность приспособиться друг к другу.

Степень стабильности, достигаемая конкретной экосистемой, зависит не только от её истории и эффективности её внутренних управляющих механизмов, но и от характера среды на входе и, возможно, от сложности экосистемы.

Функциональная сложность увеличивает стабильность систем в большей степени, чем структурная, так как возрастает потенциально возможное  число петель обратной связи.

Как правило, экосистемы имеют тенденцию становиться сложнее в благоприятной физической среде, чем в среде со стохастическими нарушениями на входе, например штормами.

Источник: https://studizba.com/lectures/105-jekologija/1358-osnovy-jekologii/25036-21-koncepcija-jekosistemy.html

§ 1. Концепция экосистемы

§ 1. Концепция экосистемы

«Любаяединица (биосистема), включающая всесовместно

функционирующиеорганизмы (биотическое сообщество) на

данномучастке и взаимодействующая с физическойсредой таким

образом,что поток энергии создает четкоопределенные

биотическиеструктуры и круговорот веществ междуживой и

неживойчастями, представляют собой экологическуюсистему, или

экосистему»(Ю. Одум, 1986).

Главнымпредметом исследования при экосистемном

подходев экологии становятся процессытрансформации вещества

иэнергии между биотой и физическойсредой, т. е.

возникающийбиогеохимический круговорот веществв экосистеме в

целом(рис. 5.1). Это позволяет дать обобщенную

интегрированнуюоценку результатов жизнедеятельностисразу многих

отдельныхорганизмов многих видов, так как по

биогеохимическимфункциям, т. е. по характеру осуществляемыхв природе

процессовпревращения вещества и энергии, организмыболее

однообразны,чем по своим морфологическим признаками

строению.Например, все высшие растения потребляютодни и

теже вещества, все они используют свет иблагодаря

фотосинтезуобразуют близкие по составу органическиевещества и

выделяюткислород.

Внастоящее время концепция экосистемы— одно из

наиболееважных обобщений биологии — играетвесьма важную

рольв экологии. Во многом этому способствовалидва

обстоятельства,на которые указывает Г. А. Новиков (1979):

во-первых,экология как научная дисциплина созреладля такого рода

122

бобшенийи они стали жизненно необходимы, аво-вторых,

сейчаскак никогда остро встали вопросы охраныбиосферы и

теоретическогообоснования природоохранных мероприятий,

которыеопираются прежде всего на концепциюбиотических

сообществ— экосистем. Кроме того, как считает Г.А. Новиков,

распространениюидеи экосистемы способствовала гибкость

самогопонятия, так как к экосистемам можноотносить

биотическиесообщества любого масштаба с их средойобитания — от

прудадо Мирового океана, и от пня в лесу дообширного

лесногомассива, например тайги. В связи с этимвыделяют:

микроэкосистемы(подушка лишайника и т. п.); мезоэкосистемы

(пруд,озеро, степь и др.); макроэкосистемы(континент,

океан)и, наконец, глобальную экосистему(биосфера Земли), или

экосферу,— интеграцию всех экосистем мира.

Типичнымпримером экосистемы может быть подушка

лишайникана стволе дерева. Выше мы уже приводилипример

классическогомутуализма, к которому пришли грибы и

водоросличерез паразитизм последних. Здесьпродуценты — сим-

биотическиеводоросли, консументы — различныемелкие чле-

Рис.5.1.Схема переноса вещества (сплошнаялиния) и энергии

(пунктирнаялиния) в природных экосистемах

123

нистоногиеи др. Гифы грибов и большинство

микроскопическихживотных выступают так же и в ролиредуцентов, живу,

щихза счет тканей отмерших водорослей.

Замкнутостькруговорота в такой системе невелика:часть

продуктовраспада выносится за пределы лишайника

дождевымиводами, часть животных мигрирует вдругие

местообитания.

Границыэтой экосистемы очерчены границами

лишайника,но ее существование будет достаточностабильным, если

выносбудет компенсироваться поступлениемвещества. Но есть

экосистемы,в которых внутренний круговорот вещества

вообщемалоэффективен — реки, склоны гор, —здесь стабильность

поддерживаетсятолько перетоком вещества извне. Многие

системыдостаточно автономны — пруды, озера,океан, леса и др.

Нодаже биосфера Земли часть веществ отдаетв Космос и

получаетвещества из Космоса.

Такимобразом, природные экосистемы — этооткрытые

системы:они должны получать и отдавать веществаи

энергию.

Запасывеществ, усвояемые организмами, и преждевсего

продуцентами,в природе небезграничны. Если бы эти

веществане использовались многократно, а точнее,не были бы

вовлеченыв этот вечный круговорот, то жизнь наЗемле была бы

вообщеневозможна. Такой «бесконечный»круговорот (рис. 5.1)

биогенныхкомпонентов возможен лишь при наличии

функциональноразличных групп организмов, способных

осуществлятьи поддерживать поток веществ, извлекаемыхими из

окружающейсреды.

Дляподдержания круговорота веществ вэкосистеме

необходимынеорганические молекулы в усвояемойдля

продуцентовформе, консументы, питающиеся продуцентамии

другимиконсументами, а также редуценты,восстанавливающие

органическиевещества снова до неорганических молекулдля

питанияпродуцентов (рис. 5.2).

Сточки зрения пищевых взаимодействийорганизмов,

трофическаяструктура экосистемы делится на дваяруса: 1)

верхний— автотрофный ярус, или «зеленый пояс»,включающий

124

Рис.5.2. Пищевая цепь в озере в сильно упрощенномвиде:

сплошныелинии со стрелками направлены от пищик консументам;

пунктирныелинии со стрелками отражают деятельность

деструкторов(по П. Арессу)

фотосинтезирующиеорганизмы, создающие сложные

органическиемолекулы из неорганических простыхсоединений, и

2)нижний —гетеротрофныйярус, или«коричневый пояс» почв

иосадков, в котором преобладает разложениеотмерших

органическихвеществ снова до простых минеральныхобразований.

Однако,чтобы разобраться в сложных биологических

взаимодействияхв экосистеме, следует выделить рядкомпонентов,

°бэкологической роли которых мы ужеговорили выше: 1)

неорганическиевещества (С, N, С02, Н20, Р, О и др.),

участвующиев круговоротах; 2) органические соединения(белки,

углеводы,липиды, гумусовые вещества и др.),связывающие

биотическуюи абиотическую части; 3) воздушную, воднуюи

субстратнуюсреду, включающую абиотические факторы;4) про-

125

дуцентов— -автотрофные организмы, в основномзеленые рас,

тения,способные производить пищу из простых

неорганическихвеществ; 5) консументов, или фаготрофов

(пожирателей),— гетеротрофы, в основном животные,питающиеся дру,

гимиорганизмами или частицами органическоговещества;

6)редуцентов, или сстротрофов (питающихсягнилью), —

гетеротрофныеорганизмы, в основном бактерии и грибы,

получающиеэнергию путем разложения отмершей или

поглощениярастворенной органики. Сапротрофывысвобождают

неорганическиеэлементы питания для продуцентов и,кроме того,

являютсяпищей для консументов.

Источник: https://studfile.net/preview/4032021/page:14/

Экологическая система: понятие, суть, типы и уровни

§ 1. Концепция экосистемы

Экосистема включает в себя все живые организмы (растения, животные, грибы и микроорганизмы), которые в той или иной степени, взаимодействуют друг с другом и окружающей их неживой средой (климат, почва, солнечный свет, воздух, атмосфера, вода и т.п.).

Экосистема не имеет определенного размера. Она может быть столь же большой, как пустыня или озеро, или маленькой, как дерево или лужа. Вода, температура, растения, животные, воздух, свет и почва – все взаимодействуют вместе.

Суть экосистемы

В экосистеме каждый организм имеет свое собственное место или роль.

Рассмотрим экосистему небольшого озера. В нем, можно найти все виды живых организмов, от микроскопических до животных и растений. Они зависят от неживой природы, такой как вода, солнечный свет, воздух и даже от количества питательных веществ в воде. (Нажмите здесь, чтобы узнать подробнее о пяти основных потребностях живых организмов).

Схема экосистемы озера

Каждый раз, когда “постороннее” (живое существо(а) или внешний фактор, например, повышение температуры) вводятся в экосистему, могут произойти катастрофические последствия. Это происходит потому, что новый организм (или фактор) способен искажать естественный баланс взаимодействия и нести потенциальный вред или разрушение неродной экосистеме.

Как правило, биотические члены экосистемы, вместе с их абиотическими факторами зависят друг от друга. Это означает отсутствие одного члена или одного абиотического фактора может повлиять на всю экологическую систему.

Если нет достаточного количества света и воды, или, если почва содержит мало питательных веществ, растения могут погибнуть. Если растения погибают, животные, которые от них зависят также оказываются по угрозой.

Если животные, зависящие от растений гибнут, то другие животные, зависящие от них также погибнут. Экосистема в природе работает одинаково.

Все ее части должны функционировать вместе, чтобы поддерживать баланс!

К сожалению, экосистемы могут разрушиться в результате стихийных бедствий, таких как пожары, наводнения, ураганы и извержения вулканов. Человеческая деятельность также способствует разрушению многих экосистем и биомов планеты.

Основные виды экосистем

Экологические системы имеют неопределенные размеры. Они способны существовать на небольшом пространстве, например под камнем, гниющем пне дерева или в небольшом озере, а также занимать значительные территории (как весь тропический лес). С технической точки зрения, нашу планету можно назвать одной огромной экосистемой.

Схема небольшой экосистемы гниющего пня

Виды экосистем в зависимости от масштаба:

  • Микроэкосистема – экосистема небольшого масштаба, как пруд, лужа, пень дерева и т.д.
  • Мезоэкосистема – экосистема, такая, как лес или большое озеро.
  • Биом. Очень большая экосистема или совокупность экосистем с аналогичными биотическими и абиотическими факторами, такими как целый тропический лес с миллионами животных и деревьев, и множеством различных водных объектов.

Границы экосистем не обозначены четкими линиями.

Их часто разделяют географические барьеры, такие как пустыни, горы, океаны, озера и реки. Поскольку границы не являются строго установленными, экосистемы, как правило, сливаются друг с другом.

Вот почему озеро может иметь множество небольших экосистем со своими собственными уникальными характеристиками. Ученые называют такое смешивание “Экотон”.

Виды экосистем по типу возникновения:

Помимо вышеперечисленных видов экосистем, существует также разделение на естественные и искусственные экологические системы. Естественная экосистема создается природой (лес, озеро, степь и т.д.), а искусственная – человеком (сад, приусадебный участок, парк, поле и др.).

Типы экосистем

Существует два основных типа экосистем: водные и наземные. Любые другие экосистемы мира относятся к одой из этих двух категорий.

Наземные экосистемы

Наземные экосистемы могут быть найдены в любом месте мира и подразделены на:

Лесные экосистемы

Это экосистемы, в которых есть обилие растительности или большое количество организмов, живущих в относительно небольшом пространстве.

Таким образом, в лесных экосистемах плотность живых организмов достаточно высока. Небольшое изменение в этой экосистеме может повлиять на весь ее баланс.

Также, в таких экосистемах можно встретить огромное количество представителей фауны. Кроме того, лесные экосистемы подразделяются на:

  • Тропические вечнозеленые леса или тропические дождевые леса: тропические леса, получающие среднее количество осадков более 2000 мм в год. Они характеризуются густой растительностью, в которой преобладают высокие деревья, расположенные на разных высотах. Эти территории являются убежищем для различных видов животных.
  • Тропические лиственные леса: Наряду с огромным разнообразием видов деревьев, здесь также встречаются кустарники. Данный тип леса встречается в довольно многих уголках планеты и является домом для большого разнообразия представителей флоры и фауны.
  • Умеренные вечнозеленые леса: Имеют довольно небольшое количество деревьев. Здесь преобладают вечнозеленые деревья, которые обновляют свою листву в течение всего года.
  • Широколиственные леса: Расположены во влажных умеренных регионах, которые имеют достаточное количество осадков. В зимние месяца, деревья сбрасывают свою листву.
  • Тайга: Расположенная непосредственно перед природной зоной тундры, тайга определяется вечнозелеными хвойными деревьями, минусовыми температурами на протяжении полугода и кислыми почвам. В теплое время года здесь можно встретить большое количество перелетных птиц, насекомых и других животных тайги.

Пустынная экосистема

Пустынные экосистемы расположены в районах пустынь и получают менее 250 мм осадков в год. Они занимают около 17 % всей суши Земли. Из-за чрезвычайно высокой температуры воздуха, плохого доступа к водным ресурсам и интенсивного солнечного света, флора и фауна пустынь не столь богаты, как в других экосистемах.

Экосистема луга

Луга расположены в тропических и умеренных регионах мира. Территория луга в основном состоит из трав, с небольшим количеством деревьев и кустарников. Луга населяют пасущиеся животные, насекомоядные и растительноядные. Выделяется два основных вида экосистем луга:

  • Саванны: Тропические луга, имеющие сухой сезон и характеризующиеся отдельно растущими деревьями. Они обеспечивают пищей большое количество травоядных животных, а также являются местом охоты многих хищников.
  • Прерии (умеренные луга): Это область с умеренным травяным покровом, полностью лишенная крупных кустарников и деревьев. В прериях встречается разнотравье и высокая трава, а также наблюдаются засушливые климатические условия.
  • Степные луга: Территории сухих лугов, которые располагаются вблизи полузасушливых пустынь. Растительность этих лугов короче, чем в саваннах и прериях. Деревья встречаются редко, и как правило, находятся на берегах рек и ручьев.

Источник: https://NatWorld.info/raznoe-o-prirode/jekologicheskaja-sistema-ponjatie-sut-tipy-i-urovni

1. Концепция экосистемы

§ 1. Концепция экосистемы

В истории экологии20-40-е гг. XX в. примечательнытем, что именно в это время многие экологиискали ту основную структурную единицуприродного целого, которая может лежатьв основе биосферных процессов.

Английский ботаникАртур Тенсли предложил такой единицейсчитать экосистему. Термин «экосистема»был предложен им в 1935 г.

Под экосистемойпонимают любую совокупность совместнообитающих живых организмов и условийих существования, объединенную в единоефункциональное целое. Экосистемапредставляет собой природный комплекс,образованный живыми организмами(сообщество, биоценоз) и средой ихобитания.

Экосистемапредставляет собой функциональноеединство живых организмов (животные,растения, грибы, микроорганизмы) и средыих обитания (климат, почва, вода).

Понятие «экосистема»можно применить к объектам различнойстепени сложности и разного размера.Это может быть частичка почвы и капляводы, кочка на болоте и само болото,лужа, озеро и океан, луг, лес, Земля вцелом.

Таким образом, каждая конкретнаяэкосистема может характеризоватьсяопределенными границами (экосистемаелового леса, экосистема низинногоболота). Однако само понятие «экосистема»является безранговым, обладает признакомбезразмерности, ей не свойственнытерриториальные ограничения.

Обычноэкосистемы разграничиваются элементамиабиотической среды, например рельефом,видовым разнообразием, физико-химическимии трофическими условиями и т.п.

1.2 Классификация экосистем

Крупные экосистемы(мегаэкосистемы) чаще всего называютбиомами. Биом– это крупный тип биогеоценозов,характеризующийся сходным характеромрастительности и занимающий определенныерегионы планеты. Биомы регулируютсямакроклиматом и, в первую очередь, –количеством осадков и температурой(рис.).

Биомы обладаютопределенной целостностью. Так, междузонами листопадных лесов и степейрасположена лесостепная зона, где«встречаются» биомы леса и степи. Присуществующем климате на территориилесостепи могут быть устойчивыми обатипа биогеоценозов.

Лес требует большегоколичества воды, чем степь, но леснаяпочва эффективнее удерживает ее, чемстепная. Там, где уже существует лес, впочве задерживается достаточно влагидля существования леса.

Там, гдерасполагается степь, – для развитиялеса воды оказывается недостаточно.

Существует 2основных метода для отражениявзаимоотношения разных типов сообществдруг относительно друга:

ординация(расположение в каком-то пространствев определенном порядке, подчеркиваетконтинуальность изменений свойств, см.рис.)

классификация(распределение по отделенным друг отдруга группам – классам или таксонам,подчеркивает дискретность разрывов).

Согласно классификацииЮ. Одума основные биомы на Землетаковы:

I) Естественные

1 Наземные:

а) тундра;

б) тайга;

в) листопадныйлес;

г)степь;

д)саванна;

е)пустыня;

ж)чапараль;

з)сезонный тропический лес;

и)вечнозеленый дождевой лес.

2Водные:

а) пресноводные:

– лентические(стоячие) воды;

-лотические (текучие) воды;

-болота.

б)морские:

-пелагиаль;

-континентальный шельф;

-зоны апвеллинга;

-эстуарии.

II)Искусственные, или агроэкосистемы.

Естественныеэкосистемы

Наземные биомы

Тундра. Биомхолодного влажного климата, которыйхарактеризуется отрицательнымисреднегодовыми температурами, количествомосадков около 200-300 мм в год и, чаще всего,наличием слоя вечной мерзлоты. Выделяюттундры:

а) арктическую(расположена в высоких широтах)

б) альпийскую(расположена в высокогорьях).

Растительность –низкорослые многолетники: лишайники,мхи, травы и кустарники.

Тайга. Леснойбиом холодного климата с долгоймногоснежной зимой и количествомосадков, превышающим испарение. Основныелесообразующие породы – хвойные, видовоеразнообразие деревьев невелико (1-2доминирующих вида).

Листопадный лес.Лес умеренного пояса. Развивается врегионах с умеренно теплым летом иотносительно мягкой зимой с морозами.

Характерно равномерное распределениеосадков, отсутствие засух, превышениеосадков над испарением. Осенью по мересокращения длины светового дня происходитлистопад.

Листопадные леса относительнобогаты видами, характеризуются сложнойвертикальной структурой (наличиемнескольких ярусов).

Степь. Территориятравянистой растительности в полузасушливойзоне умеренного климата. Самыемногочисленные травы – злаки и осоки,многие из которых образуют плотнуюдерновину. Потенциальное испарениепревышает количество осадков. Характерныбогатые органическим веществом почвы– степные черноземы. Синонимы – прерия,пампа, вельд.

Саванна.Тропические злаково-древесные сообщества,развивающиеся в областях с устойчивымчередованием сухого и влажного сезонов.Отдельные деревья или массивы кустарниковразбросаны между открытыми травянистымиучастками.

Пустыня.Достаточно разнообразная группа биомов,расположенная в областях с крайнезасушливым климатом или, в случаеарктической или альпийской пустыни,крайне низких температур.

Известныпесчаные, каменистые, глинистые,солончаковые, ледяные и др.

Типично (заисключением ледовых пустынь, которыеразвиваются в очень холодных условиях)или среднегодовое количество осадковменее 25 мм, или условия, обеспечивающиеочень быстрое испарение влаги.

Чапараль.Жестколистные кустарниковые зарослив средиземноморском климате с мягкойдождливой зимой и засушливым летом.Характеризуется значительным накоплениемсухой древесины, приводящим к периодическимпожарам.

Сезонныйтропический лес. Распространен вобластях с жарким климатом и обилиемосадков, в которых осадки распределеныв течение года неравномерно, с наличиемсухого сезона. Чрезвычайно богат видами.

Вечнозеленыйдождевой лес. Самый богатый биом,расположенный в регионах с большимколичеством осадков (>2000) и почтипостоянной температурой (около 26°C). Вэтих лесах сосредоточено 4/5 всех видоврастений Земли, преобладает древеснаярастительность.

Пресноводныебиомы

Лентические(стоячие) воды. Лужи, старицы, естественныеи искусственные пруды, озера иводохранилища. Условия жизни определяютсяв первую очередь глубиной (и освещенностью)и количеством биогенов. Обмен биогенамии газами между поверхностью и глубинойчасто затруднен.

Лотические(текучие) воды. Ручьи, потоки и реки.Условия очень зависят от скороститечения. Способны перемещать значительныеколичества воды и других неорганическихи органических веществ, тесно связаныс окружающими наземными системами.

Болота. Водоемыс большим количеством органики, разрушениекоторой замедляется из-за недостаткав воде кислорода; в основном характерныдля умеренного и умеренно холодногоклимата.

Морские биомы

Пелагиаль.Открытый оке-ан и морские глубины вдалиот побережий. Продуценты (в первуюочередь, фитопланктон) сосредоточеныв относительно тонком приповерхностномслое воды, куда проникает свет. Характернонепрерывное опускание биогенов отповерхности в глубину.

Континентальныйшельф. Прибрежная зона морей и океанов,доходящая примерно до глубины 200 м.Богатые видами и разнообразные морскиесообщества.

Самые разнообразные водныеэкосистемы характерны для коралловыхрифов, также относящихся к континентальномушельфу.

«Горячие пятна» биоразнообразияхарактерны и для больших глубин –например, для мест выхода в морскую водувулканических газов («черные курильщики»и другие феномены).

Зоны апвеллинга.Относительно небольшие по площади зоныокеана, где происходит подъем наповерхность глубинных вод, обогащенныхбиогенами. Оказывают исключительноевлияние на продуктивность всего океанав целом. экосистема организмосадок биоценоз

Эстуарии. Зонысмешения речных и морских вод, образующиесяв морях напротив устьев больших рек.Характеризуются значительным количествоморганики, которую выносят в море реки,и постоянными колебаниями солености.

Источник: https://studfile.net/preview/8177482/

Концепция экосистемы

§ 1. Концепция экосистемы

Концепция экосистемы

Экосистема — сложная (по определению сложных систем Л. Берталанфи) самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы.

Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, Таковыми не являются аквариум или трухлявый пень.

Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми (аквариум), если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится.

Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии (пень), а являются лишь частью большей системы. Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами.

Иногда для них употребляют понятие — фация (например, в геоэкологии), но оно не способно в полной мере описать такие системы, особенно искусственного происхождения. В общем случае в разных науках понятию «фация» соответствуют различные определения: от систем субэкосистемного уровня (в ботанике, ландшафтоведении) до понятий, не связанных с экосистемой (в геологии), либо понятие, объединяющее однородные экосистемы (Сочава В. Б.), или почти тождественное (Берг Л. С., Раменский Л. Г.) определению экосистемы.

Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии.

Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света[8], который является следствием термоядерной реакции, — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем: «чёрных» и «белых»[9] курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

Строение экосистемы

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества.

Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы.

Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты[4], формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества.

Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы.

Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

Основные компоненты экосистемы

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1. климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

2. неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

3. органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;

4. продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;

5. макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот;

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

биофаги — организмы, поедающие других живых организмов,

сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Данное разделение показывает временно-функциональную связь в экосистеме, фокусируясь на разделении во времени образования органического вещества и перераспределении его внутри экосистемы (биофаги) и переработки сапрофагами. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет.

Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

Экотоп

Обычно понятие экотоп определялось как местообитание организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и др. Однако, в этом случае это понятие фактически почти идентично понятию климатоп.

На данный момент под экотопом в отличие от биотопа понимается определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов, микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде.

Примерами экотопа могут служить наносные грунты, новообразовавшиеся вулканические или коралловые острова, вырытые человеком карьеры и другие заново образовавшиеся территории.

В этом случае климатоп является частью экотопа.

Климатоп

Изначально «климатоп» был определён В. Н.

Сукачёвым (1964) как воздушная часть биогеоценоза, отличающаяся от окружающей атмосферы своим газовым составом, особенно концентарией углекислого газа в приземном биогоризонте, кислорода там же и в биогоризонтах фотосинтеза, воздушным режимом, насыщенностью биолинами, уменьшенной и изменённой солнечной радиацией и освещённостью, наличием люминесценции растений и некоторых животных, особым тепловым режимом и режимом влажности воздуха.

На данный момент это понятие трактуется чуть более широко: как характеристика биогеоценоза, сочетание физических и химических характеристик воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов. Климатоп задаёт в долговременном масштабе основные физические характеристики существования животных и растений, определяя круг организмов, которые могут существовать в данной экосистеме.

Эдафотоп

Под эдафотопом обычно понимается почва как составной элемент экотопа. Однако более точно это понятие следует определять как часть косной среды преобразованной организмами, то есть не всю почву, а лишь её часть.

Почва (эдафотоп) является важнейшей составляющей экосистемы: в нём происходит замыкание циклов вещества и энергии, осуществляется перевод из мёртвого органического вещества в минеральные и их вовлечение в живую биомассу.

Основными носителями энергии в эдафотопе выступают гуминовые вещества (в основном, фульво- и гуминовые кислоты), они в наибольшей степени определяют плодородие почв.

Биотоп

«Биотоп» — преобразованный биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза.

Устойчивость экосистем

Экосистема может быть описана комплексной схемой прямых и обратных связей, поддерживающих гомеостаз системы в некоторых пределах параметров окружающей среды. Таким образом, в некоторых пределах экосистема способна при внешних воздействиях поддерживать свою структуру и функции относительно неизменными.

Обычно выделяют два типа гомеостаза: резистентный — способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии (см. Принцип Ле Шателье — Брауна) и упругий — способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы. В англоязычной литературе используются сходные понятия: локальная устойчивость — англ.

local stability (резистентный гомеостаз) и общая устойчивость — англ. global stability (упругий гомеостаз).

Иногда выделяют третий аспект устойчивости — устойчивость экосистемы по отношению к изменениям характеристик среды и изменению своих внутренних характеристик.

В случае, если экосистема устойчиво функционирует в широком диапазоне параметров окружающей среды и/или в экосистеме присутствует большое число взаимозаменяемых видов (то есть, когда различные виды, сходные по экологическим функциям в экосистеме, могут замещать друг друга), такое сообщество называют динамически прочным (устойчивым). В обратном случае, когда экосистема может существовать в весьма ограниченном наборе параметров окружающей среды, и/или большинство видов незаменимы в своих функциях, такое сообщество называется динамически хрупким (неустойчивым). Необходимо отметить, что данная характеристика в общем случае не зависит от числа видов и сложности сообществ. Классическим примером может служить Большой Барьерный риф у берегов Австралии (северо-восточное побережье), являющийся одной из «горячих точек» биоразнообразия в мире — симбиотические водоросли кораллов, динофлагелляты, весьма чувствительны к температуре. Отклонение от оптимума буквально на пару градусов ведёт к гибели водорослей, а до 50-60 % (по некоторым источникам до 90 %) питательных веществ полипы получают от фотосинтеза своих мутуалистов.

Источник: https://mirznanii.com/a/24491/kontseptsiya-ekosistemy

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/9-22426.html

Book for ucheba
Добавить комментарий