Лекция №4. 1. Определение экосистемы, процессы в ней

Тема 2.2. Экосистема

1. Определение экосистемы, процессы в ней

2. Классификация экологических систем

3. Глобальная экосистема – биосфера земли.

1.Определение экосистемы, процессы в ней

Экосистема – модель взаимосвязей живых организмов и окружающей их среды в рамках решения конкретной задачи.

Принципиальное отличие выражения природного объекта в виде экосистемы от прочих заключается в соблюдении одного обязательного условия: необходимо, чтобы хотя бы одна из компонент природного объекта была представлена в виде характеристики живой материи.

Системное представление природного объекта требует разделения его как минимум на две взаимодействующие части.

На основе наиболее общих понятий о живом и его окружении природный объект может быть представлен как экосистема в следующем виде:

Природный объект = биота ↔ окружающая среда

Стрелки указывают на то, что части взаимодействуют. Наполнение их содержанием и есть решение конкретной экологической проблемы.

Принцип системности, как метод исследования в экологии.

Прежде всего, необходимо сказать о том, что объектом исследований в экологии являются взаимоотношения между живыми биотическими компонентами окружающей среды и экологическими факторами.

До развития НТР в области экологии господствовал механистический подход. Но в конце прошлого века стало ясно, что необходим новый подход – системный, так как все компоненты окружающей среды образуют определенные системы, которые являются основным понятием экологии. Для этого рассмотрим центральное звено экологических исследований – биологические объекты.

Для системного метода характерно:

1. рассмотрение биологических объектов, как целостного комплекса взаимосвязанных элементов (в рамках экологии нельзя рассматривать один объект в отрыве от других);

2. единство объектов со средой (невозможность существования биологических объектов вне среды);

3. любая система является элементом другой системы, более высокого порядка (схема):

Для системного подхода характерно:

· сложность;

· целостность;

· внутреннее взаимодействие;

Системность – круг понятий, которые определяются друг через друга и хотя бы один из элементов невозможно определить. Невозможно изучать экологию без существования системного, механистического подхода и их дополнения и существования друг с другом.

Процессы, происходящие в экосистемах

Круговорот веществ в экосистеме происходит за счет пищевых цепей: продуценты забирают из неживой природы неорганические вещества и делают из них органические; в конце пищевой цепи редуценты делают наоборот.

Поток энергии: большинство экосистем получают энергию от солнца. Продуценты запасают ее в органических веществах. Проходя по пищевым цепям, эта энергия постепенно расходуется (правило 10%), в конце концов вся солнечная энергия, поглощенная продуцентами, превращается в тепло.

Саморегуляция – главное свойство экосистем: за счет биотических связей количество всех видов поддерживается на постоянном уровне.

Саморегуляция позволяет экосистемам выдерживать неблагоприятные воздействия. Например, лес может сохраниться (восстановиться) после нескольких лет засухи, бурного размножения майских жуков и/или зайцев.

Устойчивость экосистемы. Чем больше в экосистеме видов, тем больше там пищевых цепей, и тем более устойчивым (сбалансированным) является круговорот веществ и сама экосистема. Если количество видов (биологическое разнообразие) уменьшается, то экосистема становится неустойчивой и теряет способность к саморегуляции.

Смена экосистемы. Экосистема, в которой производится больше органических веществ, чем потребляется, неустойчива. Она зарастает, это нормальный процесс саморазвития экосистемы (живые организмы сами меняют свою среду обитания). Например, лесной пруд превращается в болото, степь – в лесостепь, березняк – в дубраву и т.п. К смене экосистемы могут приводить и внешние воздействия, например, пожар или вырубка леса.

2. Классификация экологических систем

Так как экосистемы являются сложными системами, то их классифицируют по нескольким признакам.

По размеру выделяют:

· Микроэкосистемы. Экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: небольшой водоем, гниющий ствол упавшего дерева, зубная полость человека и т.п.

· Мезоэкосистемы. Примерами могут служить лес, река и т.п.

· Макроэкосистемы. Имеют очень большое распространение (в пределах морей, океанов, материков), например, горы Анды, материк Австралия.

· Глобальную экосистему, которая является аналогом биосферы.

Стабильность экосистем увеличивается вместе с широтой охвата территории.

По степени антропогенного воздействия экосистемы подразделяют на три вида:

·Природные (или естественные) – экосистемы не нарушенные влиянием человека. Например, отдаленные от человеческих поселений джунгли в Амазонии, заповедники, океанические впадины.

·Социоприродные – естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище)

·Антропогенные – системы, созданные человеком для извлечения выгоды. Делятся на техногенные и агроэкосистемы.

Также экосистемы можно классифицировать по многим другим признакам: структуре (наземные, пресноводные, морские, прибрежные и т.д.); источникам энергии (основной источник – Солнце, но присутствуют также другие субсидирующие источники).

Так как биомы (макроэкосистемы) распределены согласно консорциям, экосистемы принято классифицировать по типу преобладающего фитоценоза:

Наземные биомы

·Вечнозеленый тропический дождевой лес.

·Полувечнозеленый тропический лес.

·Пустыня: травянистая и кустарниковая.

·Чапараль – районы с дождливой зимой и засушливым летом.

·Тропические степи и саванна.

·Степь умеренной зоны.

·Листопадный лес умеренной зоны.

·Бореальные хвойные леса.

·Тундра: арктическая и альпийская.

Водные экосистемы классифицируются по отличительным признакам: солености воды, особенностям водоема.

Типы пресноводных экосистем

·Стоячие воды: озера, пруды и т.д.

·Текучие воды: реки, ручьи и т.д.

·Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.

Типы морских экосистем

·Открытый океан.

·Воды континентального шельфа (прибрежные воды).

·Районы апвеллинга (районы подъема глубинных вод к поверхности; плодородные районы с продуктивным рыболовством).

·Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.).

Следует учитывать то, что приведенная классификация охватывает только крупные экосистемы – биомы.

3. Глобальная экосистема – биосфера земли.

Вся совокупность живых организмов планеты - живое вещество, обладающее способностью расти, размножаться и расселяться по планете, составляет биомассу Земли. Вещество биосферы состоит из:

Ø живого вещества - биомасса современных живых организмов;

Ø биогенного вещества - всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения;

Ø биокостного вещества - смесей биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо и нефтеносные сланцы);

Ø костного вещества - горных пород, минералов, осадков не затронутых прямых биохимических воздействий организмов.

В устойчивой биосфере должны быть представлены три экологических категории организмов.

Продуценты, как правило, аутотрофы, то есть сами себя обеспечивают пищей. Это в первую очередь водоросли и растения, они используют внешние источники энергии (солнечную, геотермальную) и минеральных веществ для построения своих организмов. Процессы их жизни идут с накоплением рассеянного вещества и концентрацией превращенной энергии солнца или тепла Земли в химическую энергию биомассы.

Консументы - потребители, они используют по большей части уже произведенную органику, то есть растения, насекомых, животных. В своих клетках они преобразуют старые и создают новые органические вещества (белки, липиды, ферменты и другие), а в окружающую среду выделяют шлаки.

Редуценты необходимы для обратного процесса - деполимеризации белков и других, сложных по структуре и составу органических соединений в более простые формы, которые могут быть использованы продуцентами, наряду с неорганическими материалами.

Экологическая ниша – понятие, по мнению Ю. Одума, более емкое. Экологическая ниша, как это показал английский ученый Ч. Элтон (1927), включает в себя не только физическое пространство, занимаемое организмом, но и функциональную роль организма в сообществе. Элтон различал ниши как позицию вида в зависимости от других видов в сообществе. Представление Ч. Элтона о том, что ниша не есть синоним местообитания получило широкое признание и распространение. Организму очень важно его трофическое положение, образ жизни, связи с другими организмами и т.п. и его положение относительно градиентов внешних факторов как условий существования (температура, влажность, рН, состав и тип почвы и др.).

Биосфера - это совокупность частей земных оболочек (лито, гидро и атмосфер), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Биосфера - это глобальная экосистема, она не образует сплошного слоя с четкими границами, а как бы пропитывает другие геосферы планеты, охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю атмосферы.

Эти три аспекта экологической ниши (пространство, функциональная роль организма, внешние факторы) удобно обозначить как пространственную нишу (нишу места), трофическую нишу (функциональную нишу), в понимании Ч. Элтона, и многомерную нишу (учитывается весь объем и набор биотических и абиотических характеристик, гиперобъем). Экологическая ниша организма зависит не только от того, где он обитает, но включает также общую сумму его требований к окружающей среде. Организм не только испытывает на себе действие экологических факторов, но и сам предъявляет к ним свои требования.

Ноосфера - это не что-то внешнее по отношению к биосфере, а новый этап в её развитии, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.

Контрольные вопросы

1. Что понимается под экосистемой?

2. Какие признаки положены в основу классификации экосистем?

3. Что такое биосфера и чем она отличается от других оболочек Земли?

4. Почему возникает цепная реакция в биосфере?

5. Почему человек абсолютно зависим от жизнедеятельности и разнообразия других организмов?

6. Что такое ноосфера и почему возникло это понятие?

http://biofile.ru/bio/

http://slovari.yandex.ru/экосистема/БСЭ/Экосистема/

http://ru.wikipedia.org/wiki/

http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/ekosistema.html