1.3. Экосистема, ее структура. Биотическое сообщество и абиотическая среда

Основным предметом экологии как науки, изучающей взаимодействие живых организмов с окружающей средой, является экологическая система или экосистема.

Экосистемой называется безразмерная устойчивая система компонентов живой и неживой природы, в которой осуществляется внешний и внутренний круговорот веществ, переход энергии и обмен информации. Термин "экосистема" был предложен в 1935г. английским экологом А. Тэнсни и в настоящее время является общепринятым.

Любая экосистема является сложной структурой, состоящей из двух основных частей: биотических компонентов (биота или биотическое сообщество) и абиотических компонентов (экотоп).

Структура экосистемы:

* Биотическое сообщество (биотоп) - совокупность всех живых организмов (живое вещество - растения, животные, микроорганизмы и пр.), входящих в данную экосистему.

* Абиотическая среда (экотоп) - совокупность компонентов неживой природы (биокосное и косное вещество), входящих в экосистему.

К абиотической среде относятся:

- химические вещества (органические и неорганические), находящиеся в постоянном круговороте между живой и неживой природой;

- вода, воздух, почва и горные породы, присутствующие в экосистеме;

- климатический режим местности (освещенность, температура, количество осадков и т. д.);

а также другие компоненты неживой природы, составляющие среду обитания живых организмов экосистемы.

Таким образом, экосистема включает в себя все живые организмы, обитающие на данном участке, а также находящееся с ними во взаимодействии косное и биокосное вещество.

В качестве примера можно привести экосистему водоема (см. рис. 3), которая состоит из биоты (планктона, высших растений, водных организмов и т.д.), находящихся в тесном взаимодействии с экотопом (водной средой, грунтом, климатическими факторами и т.д.). Причем между биотой и экотопом осуществляется постоянный обмен веществом, энергией и информацией.

Согласно современной терминологии, к экосистеме можно отнести любую, без учета масштаба, систему абиотических и биотических компонентов, находящихся в более тесном взаимодействии между собой, чем с окружающей средой. В зависимости от величины выделяют следующие уровни экосистем:

I. Глобальная экосистема - это биосфера Земли, представляющая собой совокупность биотических и абиотических компонентов планеты.

II. Макроэкосистемы - экосистемы, занимающие значительные территории на земной поверхности; к ним относятся океаны, континенты, тундра, тайга и т.п.

III. Мезоэкосистемы - экосистемы среднего уровня, меньше по масштабу, чем макроэкосистемы; это поля, реки, озера, степи и т.п. природные объекты.

IV. Микроэкосистемы - к ним можно отнести муравейник, старый пень в лесу собитающими на енем много численными живыми организмами, комнатный аквариум, обычную лужу и т.д.

Все экосистемы делятся на природные и антропогенные (то есть созданные человеком).

Природные экосистемы обычно достаточно устойчивы - они самопроизвольно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой и за счет этого могут существовать долгое время. Экосистемы, обладающие отлаженным обменом веществом и энергией с внешней средой, называются открытыми.

Многие антропогенные экосистемы являются закрытыми - они лишены возможности самостоятельно обмениваться необходимыми компонентами с окружающей средой. Для поддержания стабильности во времени закрытых экосистем необходимо искусственно создавать в них внешние потоки вещества и энергии.

Примером закрытой экосистемы является обычный комнатный аквариум. Без вмешательства человека такая экосистема постепенно деградирует. Для поддержания стабильности требуется искусственно осуществлять круговорот веществ: вносить корм, очищать дно и стенки аквариума, проводить аэрацию (насыщение воды воздухом).

Таким образом, для продолжительного существования природных и антропогенных экосистем любого уровня необходимо выполнение следующих условий:

1) Поступление достаточного количества энергии от окружающей среды, ее накопление, преобразование в другие виды энергии и экспорт в окружающую среду.

2) Круговорот веществ (самопроизвольный или искусственный) между экосистемой и внешней средой.

В экосистеме существует внутренний круговорот веществ: различные органические и неорганические вещества могут использоваться многократно и поочередно входить в состав различных компонентов экосистемы. Чем лучше организован внутренний круговорот веществ, тем автономней экосистема.

В отличии от потока веществ, поток энергии направлен в одну сторону: энергии поступает от окружающей среды, преобразуется в другие виды энергии или накапливается в виде запаса энергии в органическом веществе, и экспортируется в окружающую среду. Следует отметить, что большая часть получаемой экосистемой энергии рассеивается в виде тепла - в форме энергии, наименее пригодной для использования.

Таким образом, даже при хорошо отлаженном внутреннем круговороте веществ, необходимо постоянное поступление в экосистему новых порций энергии, компенсирующих энергетические потери.

Только выполнение перечисленных условий поддерживается экологическое равновесие и осуществляется развитие экосистем.