Законы функционирования экосистем
Открытие, знание и применение законов позволяет с большей долей разумности использовать природный потенциал, сохраняя при этом среду обитания в устойчивом пригодном для существования большинства видов планеты Земля, состоянии.
Закон минимума или закон Ю Либиха. Выносливость организма, определяемая самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. В соответствии с этим законом жизненные возможности организма лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму. При дальнейшем их снижении происходит гибель организма или деструкция экосистемы.
Если когда-то Ю. Либих иллюстрировал закон минимума образом дырявой бочки, уровень жидкости в которой определяется ниже всех расположенной дырой, то противоположный по смыслу закон максимума можно иллюстрировать верхним срезом той же бочки — выше максимального объема бочки ее не наполнить. Если пытаться ее «растянуть», то она распадется на отдельные клепки и не сможет уже вместить никакой жидкости. Модель процессов в природе не столь механистична, но перенапряжение любой экосистемы в конечном итоге ведет к ее саморазрушению, как правило, отзывающемуся на нескольких ступенях иерархии взаимосвязанных природных систем.
Закон необратимости взаимодействия человек-биосфера. Возобновляемые природные ресурсы делаются невозобновляемыми в случаях глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения видов или крайнего истощения природных ресурсов, а потому превышающей возможности их восстановления.
Закон обратимости биосферы действует только в определенных рамках. Если внешнее воздействие превышает буферные возможности биосферы, то в силу вступает закон необратимости взаимодействия «человек-биосфера». Например, животные ресурсы являются возобновляемыми, однако известны примеры, когда в результате перепромысла некоторые их виды исчезли с лица Земли.
Закон обратимости биосферы. Биосфера стремиться к восстановлению экологического равновесия, тем сильнее, чем больше давление на нее. Это стремление продолжается до достижения экосистемами климаксовых фаз развития (Климакс относительно стабильное состояние биоценоза, экосистемы). Так, заброшенные сельскохозяйственные поля постепенно (путем сукцессии) возвращаются в состояние дикой природы.
Закон внутреннего динамического равновесия. Вещество, энергия, информация, динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.
Действие данного закона четко связано с однонаправленностью потока энергии. Именно ограниченность этого потока и специфические свойства формируют всю массу связей в экосистеме в их разнообразии. Именно поэтому и соблюдается экологический аналог законов сохранения массы и энергии. Справедливость закона внутреннего динамического равновесия доказывается всей практикой ведения хозяйства и особенно характером региональных экологических катастроф типа приаральской, азовской, волжско-каспийской и других. Этот закон - одна из основных путеводных нитей в управлении природопользованием. Игнорирование закона внутреннего динамического равновесия приводит к серьезным ошибкам в природопользовании.
Закон незаменимости биосферы. Биосфера представляет собой единственную систему, обеспечивающую устойчивость среды обитания. Существование человечества возможно только в системе биосферы.
Закон убывающей отдачи. Повышение удельного вложения в агроэкосистемы не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности. Этот закон стал азбучной истиной сельскохозяйственной экологии. Падение энергетической эффективности сельскохозяйственного производства общеизвестно. Например, среднее соотношение вложения энергии в производство и энергия урожая в сельском хозяйстве США в 1910 г. составляло 1:1, ас 1970-х гг. оно подошло к 10:1. Это явление связано с заменой ручного труда механическим и техническим, а естественного плодородия почв - искусственным. Кроме того, увеличение урожаев требует сдвига в соотношении экологических компонентов (подавления консументов и активизации продуцентов в экосистеме), что дается только значительным вложением энергии.
Закон «бумеранга» или закон обратной связи взаимодействия «человек-биосфера». Между природой и человеком существует постоянная обратная связь. Любые изменении в хозяйственной деятельности вызывают перемены в природе, которые в свою очередь заставляют изменять хозяйственную деятельность. Ход исторических изменений связей между природой и человеком приводил к одновременным переменам в природе и в формах хозяйствования. Формы хозяйства менялись вследствие тех затруднений, которые вызывались переменами в природе. В свою очередь перемены в хозяйстве вызывали цепные реакции в природе. То есть, любое воздействие человека на природу, как бумеранг, возвращалось к нему обратно.
По Б.Коммонеру, «глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возвращено. Платежа по этому векселю нельзя избежать, он может быть только отстрочен».
Закон соответствия между развитием производительных сил и природно-ресурсным потенциалом общественного прогресса. Существует взаимная связь между природно-ресурсным потенциалом, производственными силами и производственными отношениями. Возникновение кризисных ситуаций при дисбалансе между выше названными составными частями этой системы приводят к серьезным повреждениям, восстанавливающим равновесие. Эта динамика, в конечном счете служит внешней причиной общественного развития.
Если проследить историю развитии человечества, то можно выделить несколько экологических кризисов, которые являлись толчками развития цивилизации. Так, 35-50 тыс. лет назад кризис обеднения ресурсов охоты и собирательства привел к биотехнической революции, а позднее к сельскохозяйственной революции. Кризис примитивного поливного земледелия привел ко второй сельскохозяйственной революции — широкому освоению неполивных земель и т.д. Современный экологический кризис наряду с чертами всех предшествующих, оказался кризисом редуцентов, которые не в состоянии разлагать весь состав загрязнителей, производимых человечеством (особенно тех, что не имеют природных аналогов), а потому и организмов для их утилизации и превращения в исходные химические элементы нет. Кроме этого, для современного экологического кризиса характерна угроза нехватки минеральных ресурсов. Данный кризис должен породить научно-техническую революцию, которая заставит использовать новые альтернативные источники энергии, и они, вероятно, будут более экологически безопасными по сравнению с современными. По прогнозам, следующим экологическим кризисом может стать глобальный кризис надежности экологических систем, что породит революцию экологического планирования.
Лекция 4,5 (4 часа) Учение В.И.Вернадского о биосфере – теоретическая база современной экологии. Понятие биосферы. Функции живого вещества в биосфере. Компоненты, границы и структура биосферы. Круговороты вещества в биосфере
Существование всех живых организмов неразрывно связано с окружающим миром или, говоря языком экологии, со средой обитания. В процессе своей жизнедеятельности не только взаимодействуют со средой, но и коренным образом преображают её. Поэтому в естествознании изучение жизни как целостного явления, связанного с окружающей природой, получило своё развитие в учении о биосфере.
Термин «биосфера» был введен австрийским геологом, профессором Венского университета Эдуардом Зюссом (1875) для обозначения оболочки Земли, образованной совокупностью живых организмов, оболочке, наполненной жизнью.
Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказались настолько велики, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании — учение о биосфере, основоположником которого является выдающийся русский ученый В. И. Вернадский.
Согласно учению Владимира Ивановича В.И.Вернадского (18631945) биосфера представляет собой оболочку Земли, включающую как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Биосфера возникла 3,4-4,5 млрд. лет назад и представляет собой не просто сочетание абиотической области распространения живого вещества, но и тесное их взаимодействие. Как живое вещество есть функция биосферы, так и биосфера есть результат развития живого вещества как планетарного явления, служащего могучей геологической силой, связанной с другим веществом биосферы биогенной миграцией атомов.
Живое органическое вещество рассматривается В.И. Вернадским в качестве носителя свободной энергии в биосфере. Таким образом, биосфера – это оболочка Земли, включающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхние слои литосферы, состав, структура и энергетика которых в значительной степени обусловлены прошлой и современной жизнедеятельностью живых организмов.
Два главных компонента биосферы – живые организмы и среда их обитания – постоянно взаимодействуют между собой, образуя целостную динамическую систему.
По В.И.Вернадскому, биосфера – это наружная оболочка земли, область существования живого вещества (совокупности всех живых организмов), включающая все живое вещество и взаимодействующие с ним элементы неживой природы.
Эта оболочка включает:
живое вещество – совокупность всех живых организмов;
биогенное вещество – созданное ранее в процессе геологической истории Земли и переработанное в процессе жизнедеятельности организмов (газы в атмосфере, уголь, нефть, газ, сланцы, торф, известняк и др.);
косное вещество – образующееся на планете без участия живых организмов (термальные воды, продукты вулканической деятельности, метеориты);
биокосное вещество – совместный результат жизнедеятельности живых организмов и неживой природы (почвы)
В.И. Вернадский в своем учение о биосфере особое место уделял живому существу.
Живое вещество – это совокупность всех форм жизни в биосфере.
Характеризуя его В.И. Вернадский отмечал, что живое вещество проявляется как физико-химическое единство. Такое единство в свойствах живого вещества Вернадский объесняет единством возникновения и развития жизни, в результате чего на нашей планете наблюдается не только родство всех многообразных живых организмов, но проявляется и их физико-химическое сродство. Единство действия живого вещества в биосфере, сформулированное В.И. Вернадским, считается одним из основных законов всего органического мира.
Другое важное обобщение, сделанное В.И. Вернадским и названное им «биогеохимический принцип», заключается в том, что в биосфере с помощью живого вещества постоянно совершается «биогенная миграция» химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду. Организм выбирает из среды нужные ему элементы в виде соединений и атомы в виде изотопов. При этом биохимические процессы распадаются на два типа: одни связаны с питанием, дыханием, размножеиием организмов; другие – с разрушением тела отмерших организмов, т.е. с разрушением тела живого вещества и переходом его в косную материю. Эти два функционально разнокачественных типа живых организмов, характеризующих гетерогенность биосферы, являются важнейшими функциональными компонентами в структуре биосферы.
1. Несмотря на удивительную разницу форм и размеров живых организмов, живое обладает одним общим свойством – оно проявляется в биосфере как физико-химическое единство.
2. Все химические реакции в живом веществе, благодаря участию ферментов, протекают значительно быстрее, чем в других веществах планеты, и наоборот, химические реакции, протекающие в неживой материи очень быстро, в живых организмах идут намного медленнее. Химические реакции протекают в живых организмах с удивительной упорядочностью и в менее жестких условиях, чем вне их. Упорядочивающую роль в химических реакциях живого вещества выполняют преимущественно ферменты.
3. В возникающих химических связях живого вещества заключено огромное количество свободной энергии. Термином «свободная энергия» Вернадский называл солнечную энергию. Поэтому живое вещество выступает как «накопитель и трансформатор» лучистой энергии мирового пространства.
4. Живому веществу свойственна подвижность, обеспечивающая перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. С помощью движения живое вещество способно заполнить собой все возможное пространство путем «растекания живого» под «давлением жизни». В.И. Вернадский выделяет две формы движения живого вещества: пассивную – осуществляется путем роста и размножения организмов и активную – путем направленного перемещения организмов (животных, растений, бактерий, грибов и человека).
5. Живое вещество характеризуется значительно большим морфологическим и химическим разнообразием, чем любое косное вещество. Притом оно постоянно обновляется, так как благодаря размножению существует на земле в форме непрерывного чередования поколений.
6. Живое вещество, в отличие от косного, постоянно производит «геологическую работу», т.е. увеличивает биологическую массу и разнообразие форм жизни, изменяет среду обитания и тем преобразовывает физико-химические параметры биосферы. Вся масса осадочных пород – это результат «работы» живого вещества.
7. Живое вещество представлено в биосфере в виде дискретных тел – отдельных особей. Будучи дисперсным, живое вещество на Земле никогда не существует в виде обособленных организмов, а всегда представлено сообществами популяций разных видов (биоценозами), между которыми существуют различные взаимосвязи, важнейшими среди них выступают пищевые связи. Возникновение биоценозов идет в истории Земли одновременно с появлением живых организмов.
8. Характерным для живого вещества является способность к эволюционному процессу. В истории Земли появилось огромное количество разнообразных видов, способных существовать в тех или иных условиях биосферы. Путем эволюции у животных сформировались разные типы обмена веществ, способность создавать из неорганических органические вещества, способность их утилизировать и возвращать в косную среду. Разнообразие живых форм, отличающихся разным типом взаимодействия с внешней средой: одни из нее потребляют вещества, другие разлагают и выделяют в среду продукты жизнедеятельности, имеет большое значение в поддержании жизни как планетарного явления.
9. Специфические свойства живого вещества показывают, что в биосфере Земли нет другого вещества, более мощного и активного в геологическом отношении.
Все живое вещество нашей планеты приблизительно составляет 1/1000000 часть массы земной коры. Однако по активному воздействию на окружающую среду оно занимает особое место, поэтому биосфера качественно отличается от всех других оболочек земного шара.
Благодаря биотическому круговороту, живому веществу биосферы присущ ряд функций:
газовая
концентрационная
окислительно-восстановительная
биохимическая (геохимическая)
энергетическая
деструктивная .
транспортная
историческая
средообразующая и средорегулирующая
самовоспроизводящая
Границы биосферы определяются областью распространения живых организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Взаимодействие абиотической части биосферы — воздуха, воды и горных пород и органического вещества — биоты обусловило формирование почв и осадочных пород. Последние, по В. И. Вернадскому, несут на себе следы деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые геологические эпохи.
В.И. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от +500С до -500С и давлением около 1 атм. Биосфера, охватывающая весь земной шар, имеет определенные границы. Они определяются распространением живого вещества.
Живыми организмами освоены четыре среды жизни: водная, наземно-воздушная, почвенная и внутренняя среда самих организмов, каждый из которых является целым миром для населяющих его симбионтов и паразитов.
Главным компонентом и преобразующей силой в биосфере является живое вещество. Оно составляет по массе всего 0,01-0,02% от вещества биосферы, но играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря непрерывно идущему обмену веществ. Живые организмы представлены примерно 500 тысячами видов растений и 1,5 млн. видов животных, среди которых 93% сухопутных и 7% водных (такое количество видов описано и систематизировано). Биомасса живых организмов на суше на 99% определена растительностью, и около 1% - животными и микроорганизмами. В океане на долю растений приходится 6,3% биомассы, на животных – 93,7%.
Верхняя граница биосферы проходит на высоте в 15-20 км. Лимитирующим фактором расселения микроорганизмов на такой высоте является нарастающая с высотой интенсивность ультрафиолетового излучения, и всё живое, попавшее выше озонового слоя, погибает. В гидросфере живые организмы проникают на всю глубину Мирового океана (до 11 км). В литосфере область распространения жизни определяется уровнем проникновения воды в жидком состоянии – т.е. до глубин 7,5-8 км. Некоторые бактерии обнаружены как в нефтяных скважинах на глубине 5-7 км, так и геотермальных источниках, где температура может превышать +900С.
Таким образом, биосфера распространяется в гидросфере, верхних слоях литосферы и нижних слоях атмосферы. В ней наблюдается наибольшая концентрация живого вещества. Здесь самые благоприятные условия жизни – температура, влажность, содержание кислорода и химических элементов, необходимых для питания организмов, являются оптимальными. В остальной части биосферы живое вещество находится в разреженном состоянии.
Следует отметить, что четкая граница между литосферой, гидросферой и тропосферой (нижний слой атмосферы) отсутствует, т.к. в водах рек, например, всегда есть взвешенные твердые частицы и пузырьки воздуха, в которых обитают микроорганизмы.
Литосфера - земная кора, внешняя твердая оболочка Земли. Составляет 1,5 % от общего объема планеты и 0,8 % от ее массы. Толщина литосферы колеблется в пределах 50-200 км. Слой литосферы, состоящий из кремнезема и алюминия – «сиалитный слой», называют «земной корой». Она покрывает всю поверхность планеты и на материках, и под слоем гидросферы. Толща земной коры неоднородна: континентальная кора имеет толщу слоя от 70 до 25 км, океаническая кора -5-10 км. В биосферу входит лишь самый верхний слой земной коры (почва), толщиной от 15-20 см до 3-6 м. Почва образована в результате тесного взаимодействия гидросферы, литосферы, атмосферы и при активном участии живого вещества: растений, животных, грибов и бактерий. В почве происходит постоянный обмен веществом и энергией между всеми геосферами нашей планеты. В почве около 50% массы представлено твердой фазой, а остальные 50% представлены живым веществом, биогенными остатками, водой и газом. Преобладающей формой жизни в почве являются микроорганизмы, осуществляющие разложение органических остатков и образование гумуса.
Гидросфера – водная оболочка земли, включает в себя Мировой океан, поверхностные и грунтовые воды, ледники, снежный покров. Основной объем воды сосредоточен в Мировом океане – 94% всего объема гидросферы. Мировой океан занимает большую часть поверхности Земли – 70,8%.Отавшиеся 6% объема гидросферы распределены следующим образом: подземные воды – около 4%, ледяной и снежный покров – 1,6-1,7%, остальное – воды озер, рек, водохранилищ, болот, почв и пары воды в атмосфере.
В отличие от литосферы и атмосферы гидросфера полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А, следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы:
1) планктон — организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;
2) нектон — активно передвигающиеся в толще воды;
3) бентос — организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.
В водной среде наблюдается преобладание животного населения над растительным – здесь более 90% биомассы приходится на долю животных. Гидрросфера – основной источник обеспечения жизни на Земле, в том числе – вода, животная пища, и создания благоприятных климатических условий на планете.
Вода – универсальный растворитель, на нашей планете играет ведущую роль в круговороте веществ. Считается, что жизнь зародилась в воде. Все функционирующие живые организмы состоят в основном из воды в жидкой фазе. В растениях содержится до 85- 95% воды, в организме человека – 57 – 66%.
Атмосфера – газовая воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести. Основные компоненты атмосферы: азот – 78,8% объема; кислород – 20,95%; аргон – 0,93%; углекислый газ – 0,03% и другие различные газы- 0,01%. В атмосфере кроме газов присутствуют частицы пыли и воды, находящиеся во взвешенном состоянии.
Нижняя граница атмосферы соприкасается с земной и водной поверхностями, а верхняя граница лежит примерно на высоте 3 тыс. км. В атмосфере различают ряд слоев в зависимости от высоты и характера изменений в них температуры. Самый нижний слой – тропосфера, в нем в основном формируется погода планеты. Величина тропосферы: до 9 км у полюсов и до 18 км у экватора. Вышележащие слои – стратосфера (до 50 км.), мезосфера (до 80 – 85 км.), ионосфера или термосфера (до 500 – 800 км.), экзосфера (свыше 800 км.).
В биосферу входит лишь тропосфера. Физическим пределом распространения жизни служит озоновый слой, который располагается на высоте около 8-35 км. Основное размещение живого мира сосредоточено в толще приземного слоя атмосферы, не более 50-70 м., хотя отдельные залеты птиц, насекомых и заносы бактерий и спор растений наблюдались и на значительных высотах (бактерии встречались даже на высоте 77 км).
В отличие от гидросферы, в атмосфере преобладающее место занимают растения с их автотрофным способом обмена.
Состояние атмосферы оказывает важное влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, необходимый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества; углекислый газ, расходуемый на фотосинтез, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения.
Взаимосвязь между тремя частями биосферы протекает прежде всего в форме различных круговоротов веществ и потоков энергии, реализуемых активным участием живого вещества.
Главная функция биосферы - обеспечение круговоротов различных химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов и заключается в циркуляции и трансформации вещества и энергии между компонентами геосреды (атмосферой, гидросферой и литосферой) и живыми организмами. Ежегодная продукция живого вещества оценивается в 230-240 млрд. тонн сухого органического вещества, половина из которого образуется в процессах фотосинтеза.
Лекция 6 (2 часа) Основные среды жизни. Экологические факторы среды. Лимитирующие факторы и толерантность живых организмов. Адаптации живых организмов и условия их формирования
С позиций экологии среда обитания организма – это природные условия, объекты и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагается из множества динамичных во времени и пространстве явлений, процессов, элементов и условий, которые могут рассматриваться в качестве факторов.
Экологическим фактором называют любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы, по крайней мере, на протяжении хотя бы одной из фаз их индивидуального развития. Свойства среды постоянно меняются, и чтобы выжить, любое существо должно приспособиться к таким изменениям. Следовательно, организм реагирует на любой экологический фактор специфическими приспособительными реакциями, которые называют адаптациями.
Экологические факторы могут быть природными и антропогенными (вызванные человеческой деятельностью). Природные факторы делят на абиотические (определяемые воздействием неживой природы) и биотические (вызываемые влиянием живых организмов).
Абиотические факторы представляют совокупность климатических и почвенно-грунтовых факторов, воздействующих как друг на друга, так и на живые существа. К ним относятся:
Климатические (свет, температура, влажность, движение воздуха, давление и др.).
Эдафические (механический состав, плотность, влагоёмкость, воздухопроницаемость и др.) – связанные с почвами.
Орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона и др.)
Химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и химический состав почв и др.).
Действие абиотических факторов всегда бывает совокупным.
Биотические факторы - совокупность взаимных влияний жизнедеятельности одних организмов на другие, которые могут быть прямыми и косвенными. Прямые определяются непосредственным воздействием одних организмов на другие (например, хищничество); косвенные проявляются в том, что одни организмы своим присутствием либо продуктами жизнедеятельности меняют условия среды обитания для других.
Взаимодействия живых организмов можно классифицировать по их реакциям друг на друга: выделяют гомотипические реакции между особями одного и того же вида (групповой и массовый эффекты, защита кормового участка или потомства, каннибализм) и гетеротипические (взаимодействие между особями разных видов).
В целом все взаимодействия и взаимосвязи между живыми организмами можно разделить на взаимополезные (мутуализм, симбиоз, протокооперация), полезно-нейтральные (комменсализм), полезно-вредные (хищничество, паразитизм, синойкия) и взаимовредные (аменсализм). С общебиологических позиций все живые организмы взаимно необходимы друг другу, поскольку в процессе их взаимодействия осуществляется естественный отбор и реализуется адаптационная изменчивость. В естественных условиях ни один вид не стремится к полному уничтожению другого.
Наиболее распространёнными видами взаимоотношений между живыми организмами являются:
хищничество – непосредственное преследование и поедание одних видов другими;
паразитизм – постоянное или временное существование организма-паразита на теле или внутри организма-хозяина;
форезия – перенос одних видов другими;
комменсализм (сотрапезничество) – один вид питается остатками пищи другого;
синойкия – использование нор и гнёзд других видов;
мутуализм – способность одних видов развиваться только в присутствии других;
нейтрализм – взаимонезависимое существование совместно обитающих видов;
аменсализм – один из видов не может нормально питаться и размножаться в присутствии другого;
протокооперация – совместное гнездование нескольких видов птиц, способствующее защите от хищников;
симбиоз – совместное неразделимое существование нескольких видов, и т.д.;
конкуренция – каждый вид оказывает неблагоприятное воздействие, подавляя другой и вытесняя более слабый.
Одно из главных биотических воздействий – конкуренция. Конкурентные взаимоотношения среди животных могут иметь характер прямой физической борьбы на уничтожение (прямая конкуренция) или создания «невыносимых» условий для соперника (косвенная конкуренция). Если два вида с одинаковыми потребностями оказываются в одном сообществе, неизбежно вытеснение одного вида другим. Это отражается в законе конкурентного исключения Г.Гаузе: два вида с близкими экологическими требованиями не могут занимать одну экологическую нишу и входить в одну экосистему. Однако благодаря многообразию связей и ресурсов в природе чаще всего наблюдается лишь частичное совмещение экологических ниш. В этом случае сначала происходит взаимное угнетение конкурирующих видов, но в конечном счёте между ними устанавливается режим сосуществования, называемый конкурентным равновесием.
Среди растений конкуренция может возникнуть в виде борьбы за почвенную влагу, за питательные вещества в почвах, за «место под солнцем», за места размножения и распространения. В результате конкурентной борьбы доминирующий вид-эдификатор может постепенно вытеснить слабые и менее приспособленные виды или снизить их жизнеспособность.
В целом все взаимодействия и взаимосвязи между живыми организмами можно разделить на взаимополезные (мутуализм, симбиоз, протокооперация), полезно-нейтральные (комменсализм), полезно-вредные (хищничество, паразитизм, синойкия) и взаимовредные (аменсализм). Одно из главных биотических воздействий – конкуренция, суть которой заключается в соперничестве и антагонистических отношениях (а не сотрудничестве) видов в сходных экологических условиях, определяемых стремлением и необходимостью достигнуть преимущества по сравнению с другими организмами. Как виды, так и отдельные организмы конкурируют за пищу, территорию, условия размножения и др. Конкуренция является одним из главных механизмов регулирования численности организмов в живой природе и проявлением борьбы за существование. Ч. Дарвин считал конкуренцию движущей силой эволюции, поскольку в процессе естественного отбора побеждает и оставляет потомство сильнейший.
Антропогенные факторы. Биосфера как совокупность всех природных экосистем постоянно меняется не только под воздействием абиотических и биотических факторов. По мере возникновения, совершенствования и распространения научных достижений и передовых технологий, особенно во второй половине XX века, биосфера Земли стала испытывать влияние небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий, вызванных человеческой деятельностью. Под антропогенными воздействиями понимается деятельность, связанная с реализацией экономических, военных, культурных, рекреационных и других интересов человека, вносящие физические, химические, биологические изменения в ОПС. Ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного воздействия на экосистемы и биосферу, как антропогенная деятельность. Изменения, производимые человеком в природной среде, могут быть благоприятными или неблагоприятными; сознательными или случайными; а виды воздействия – прямыми или косвенными. Воздействие человека на природные сообщества и экосистемы имеет, как правило, и положительные, и отрицательные стороны, хотя с позиций экологии любые формы вмешательства в природные циклы считаются неблагоприятными, поскольку их последствия далеко не всегда продуманы, определимы и предсказуемы.
Свойства среды постоянно меняются, и чтобы выжить, любое существо должно приспособиться к таким изменениям. Следовательно, организм реагирует на любой экологический фактор специфическими приспособительными реакциями, которые называют адаптациями.
В природе трудно выделить воздействие какого-либо отдельного фактора. На живые организмы влияет одновременно целый ряд факторов, каждый из которых обладает определёнными количественными характеристиками: интенсивностью, диапазоном и длительностью воздействия.
По А.С. Мончадскому, приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам среды определяются силой, длительностью, постоянством воздействия. Поэтому выделяют первичные периодические факторы, связанные с вращением Земли (смена времён года, суточной освещённости, чередование дня и ночи); вторичные периодические факторы (влажность, температура, осадки и др.), непериодические факторы (не имеющие цикличности).
Любому живому организму необходим комплекс определённых условий окружающей среды, причём разные виды могут обладать некоей амплитудой допустимых колебаний того или иного фактора, которая определяет возможности выживания и адаптации. Чем шире пределы значений какого-то фактора, тем выше устойчивость организма к нему – т.е. его толерантность (выносливость, терпимость).
В то же время разные виды могут различаться широкими или узкими границами приспособления к факторам среды, причём требования организма к этим факторам обуславливают границы его распространения (ареал) и место в экосистемах. Совокупность множества параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида и его функциональных характеристик (преобразование веществ и энергии, обмен веществ со средой и т.д.), представляет экологическую нишу данного вида.
Весь диапазон значений фактора, при которых организм может существовать, называют зоной устойчивости или толерантности. Максимальное и минимальное значение фактора при которых может существовать организм называют порогами толерантности. Диапазон значений фактора наиболее благоприятный для жизнедеятельности организма, называют оптимумом, а значения, дающие худший эффект, но – пессимумом. В зоне пессимума организм испытывает определённый стресс в виде угнетения жизнедеятельности, а выход зону устойчивости может означать гибель организма.
Следовательно, для каждого вида растений и животных существует оптимум, стрессовые зоны угнетения и пределы (пороги) выносливости каждого фактора среды. Чем шире диапазон для экологического фактора, тем выше экологическая пластичность вида (экологическая валентность). Виды, способные существовать при небольших отклонениях от оптимальной величины фактора, называют узкоспециализированными, или стенобионтными, а имеющие широкий диапазон значений фактора – широко приспособленными, или эврибионтными.
Не все факторы, комплексно и одновременно воздействующие на живые организмы, являются для них равноценными. Избирательность видов и популяций по отношению к комплексу факторов обуславливает возможности заселения той или иной территории и соответственно регламентируют ареал расселения вида.
В экологии существует представление о т.н. лимитирующих факторах, сформулированное ещё в 1840 г. немецким химиком Ю.Либихом: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме – например, в почве полезные компоненты представляют достаточно сбалансированную систему, и недостаточное содержание хотя бы одного элемента снизит урожай. В конце XIX века Р.Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного воздействия всех факторов – температуры, влажности, освещённости, состава почв и др.
Несмотря на взаимное влияние факторов, они не могут в полной степени заменить друг друга: никакое растение не обойдётся без солнечного света, даже при оптимальном соотношении питательных веществ в почве. Это отражено в законе независимости факторов Вильямса: все условия жизни имеют равноправное значение, и ни один из жизненно важных (эссенциальных) факторов не может быть заменён другим.
В наиболее общем виде сложность влияния экологических факторов на организм отражена в законе толерантности Шелфорда: отсутствие процветания может определяться как максимумом, так и минимумом величины фактора, близким к пределам устойчивости данного организма. Это означает:
организмы могут иметь широкий диапазон толерантности по отношению к одному фактору, и узкий – для другого;
организмы с широким диапазоном толерантности являются, как правило, наиболее широко распространёнными;
пределы толерантности в период размножения растений и животных уже, чем в обычной жизнедеятельности: например, географическое распределение птиц чаще определяется влиянием климата на яйца и птенцов, а не на взрослых особей.
В зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия практически все экологические воздействия могут рассматриваться в качестве факторов экологического риска. Обычно их разделяют на две большие группы: природные и социально-экономические. Даже привычные условия обитания живых организмов при превышении порогов чувствительности или выносливости могут превратиться в причину заболевания. Так, метеозависимые люди остро реагируют на колебания атмосферного давления, смену погоды и т.д.
Негативные факторы окружающей среды редко вызывают одинаковые последствия у всех лиц, составляющих данную популяцию. Это обусловлено биологическими особенностями организма каждого человека, возрастом, интенсивностью и характером труда, бытовыми условиями и т.д. Поэтому отрицательные факторы создают только предпосылки ухудшения здоровья. Чаще всего факторы экологического риска воздействуют на продолжительность жизни индивидуумов и населения в целом.
Одним из фундаментальных свойств живой природы является цикличность большинства происходящих в ней процессов. Свойства периодического изменения своей жизнедеятельности выработано живыми организмами в процессе длительного исторического развития, и такие изменения физиологического состояния называют биологическими ритмами.
Живые организмы имеют внешние (экзогенные) ритмы, связанные с климатическими, солнечными, географическими факторами, и внутренние (эндогенные) ритмы, обусловленные функционированием клеток, тканей, органов и систем органов.
Экзогенные биологические ритмы определяются:
А) вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли, солнечной активностью, радиацией, геомагнитными полями; и как следствие, периодическими изменениями экологических факторов, связанных с вращением Земли (световой режим, температура, морские приливы и отливы и др.).
Б) поведением других живых существ, фазами их жизненного цикла, активностью во времени и пространстве, и т.д.
Первая группа факторов имеет космическое, а вторая – земное происхождение.
И растения, и животные обладают различными механизмами, позволяющими достаточно точно определять положение Солнца, движение Земли, фазы Луны и т.д. Они живут и размножаются в темпе, соответствующем смене времён года, продолжительности светового дня, смене дня и ночи. Совпадение фаз жизненного цикла с теми или иными природными процессами имеет важнейшее значение для существования как вида, так и отдельных особей, и подкреплено соответствующими адаптациями.
Внутренние ритмы объединены в целостную систему и выступают в виде общей периодичности поведения организма, который осуществляет свои физиологические функции в определённом ритме. Время при этом выступает в качестве одного из важнейших экологических факторов, на который реагируют живые организмы в процессе адаптации к внешним циклическим изменениям. Эндогенные ритмы часто совпадают с внешними географическими циклами, но могут иметь независимый характер (например, сердечный цикл и частота дыхания в большей степени зависят от внутренних свойств организма, связанных с гормональной регуляцией данных процессов или физической активностью).
Среди адаптивных биоритмов следует назвать суточные, сезонные, годовые, приливно-отливные, а также соответствующие лунному месяцу (28 дней). Суточный и близкий к нему циркадный ритм, обусловленные вращением Земли, свойственен многим живым организмам. Так, у растений суточный ритм проявляется в прохождении световой и темновой фазы фотосинтеза, открывании и закрывании цветков (т.н. «цветочные часы»), поднятии и опускании листьев и т.д. У животных может наблюдаться дневной и ночной образ жизни, дневные и ночные миграции к поверхности водоёмов и в глубину, и т.д. У человека суточной периодичностью затронуто около 100 физиологических функций, в том числе сон и бодрствование, изменение температуры тела, чувствительность к болевым ощущениям, мышечная и умственная работоспособность и др.
У многих животных такая циркадная периодичность не сопровождается существенными отклонениями физиологических функций, а проявляется в изменениях двигательной активности. При полном постоянстве внешних условий циклы, близкие к суточным, сохраняются в течение длительного времени.
Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности живых организмов чувствовать время, что получило название «биологических часов». Их проявлениями могут быть поведение листьев и цветков растений, дневной и ночной образ жизни животных, миграции и др. Организмы, обладающие такими внутренними биологическими часами, имеют важное преимущество: они способны «предвидеть» регулярно повторяющиеся события и поэтому могут соответствующим образом подготовиться к переменам: например, это позволяет экономить время на поиск пищи, точно ориентироваться по небесным светилам во время миграций.
Способность чувствовать временные интервалы хорошо развита и у человека. В его организме с определённой продолжительностью и периодичностью идут многие биохимические процессы, с большой точностью (90 ± 2 минуты) меняются фазы «быстрого» и «медленного» сна, что связано с изменениями электрической активности мозга.
Гораздо меньше фактов о влиянии на живые организмы получены при анализе связей биоритмов с фазами Луны (несмотря на широкую распространённость в СМИ разного рода лунных календарей и астрологических прогнозов). Существуют приметы, говорящие о влиянии луны на урожайность сельскохозяйственных культур, продуктивность естественных лугов и пастбищ, поведение человека и животных. Периодичность, приближенная к лунному месяцу, выявлена у ряда животных в реакции на свет и на слабые магнитные поля, в скорости ориентации. Влияние Луны на гидробионтов прибрежной полосы морей и океанов связано прежде всего с чередованием приливов и отливов.
Ярким проявлением биологических ритмов служит сезонная периодичность природных процессов – смена времён года, также обусловленная вращением Земли вокруг Солнца. Такие периодические изменения проявляются в выработке определённого ежегодного ритма в жизнедеятельности растений и животных, согласованного с климатическими и метеорологическими факторами: они как бы заранее готовятся к холодному или тёплому времени года.
Сезонная периодичность связана с продолжительностью светового дня, которая меняется на протяжении целого года. Смена времён года связана не только с периодами обилия или недостатка пищи, но и с ритмом размножения, когда потомство (например, у коров, лошадей, овец) обычно появляется весной и подрастает в наиболее благоприятный тёплый период. Однако такая зависимость не универсальна: существуют весенне- и осенненерестящиеся виды рыб, размножение многих мелких млекопитающих (полёвок, мышей, леммингов) не имеет строгой сезонной зависимости и может идти в любой период года.
Помимо циркадных и сезонных ритмов, в природе наблюдается многолетняя периодичность биологических явлений, которая определяется:
влиянием солнечной активности, имеющей 5, 6, 11, 80-летнюю цикличность;
чередованием урожайных и неурожайных, обильных или малочисленных поколений, что отражается в популяционных волнах численности, и др.
Имеются данные о связи солнечной активности с показателями сельскохозяйственного производства (прямая зависимость для удоев молока, прироста шерсти и мясной продуктивности у овец, для динамики роста хвойных деревьев и др.), с периодичностью изменений свойств вируса гриппа, и т.д.
Одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды является длина светового дня, ритм чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор служит большинству живых организмов для ориентации во времени года.
Ритмические изменения морфологических, физических и биохимических свойств и функций под влиянием чередования и длительности освещённости называют фотопериодизмом. Такая фотопериодическая реакция – способность живых организмов реагировать на продолжительность светового дня – свойственна растениям различных таксономических групп, и по этому признаку выделяют растения короткого дня (цветение и плодоношение которых наступает при 8-12-часовом освещении – табак и конопля); растения длинного дня, которым для цветения нужна продолжительность дня не менее 12 часов – картофель, пшеница; растения, безразличные (нейтральные) к длине дня – горчица, томаты. Однако при очень короткой длине светового дня (до 6 часов) у многих растений наблюдается световое голодание сопровождающееся угнетением роста.
Фотопериодизм имеет важное значение в географическом распространении растений и в регуляции их сезонного развития. В высоких и умеренных широтах большинство растений относится к «длинному дню» и приспособлены к продолжительному освещению. Тропические виды в большинстве своём короткодневные или нейтральные. Существует много видов с нейтральной фотопериодической реакцией, у которых физиологические перестройки в цикле развития не зависят от длины дня. У таких видов либо развиты другие способы регулирования жизненного цикла (например, озимость у растений), либо они не нуждаются в точном его регулировании. Например, там, где нет резко выраженных сезонных изменений, большинство видов не обладает фотопериодизмом. Цветение, плодоношение и отмирание листьев у многих тропических деревьев растянуто во времени, и на дереве одновременно встречаются и цветки и плоды. В умеренном климате виды, успевающие быстро завершить жизненный цикл и практически не встречающиеся в активном состоянии в неблагоприятные сезоны года, также не проявляют фотопериодических реакций, например многие многолетние эфемероидные растения и эфемеры.
Среди насекомых также встречаются виды короткого дня (саранчовые, тутовый шелкопряд) и длинного дня (капустная белянка). У них продолжительность дня регулирует процессы, связанные с размножением и эмбриональным развитием, линькой, спячкой и миграциями.
Суточная периодичность светового режима обуславливает многочисленные приспособления к дневному и ночному образу жизни, и все физиологические процессы имеют максимумы и минимумы в определённое время суток. Многие животные имеют приспособления к неблагоприятным сезонным явлениям: зимняя и летняя спячка у рыб и млекопитающих, диапауза у насекомых, миграции птиц и т.д.
Изучением закономерностей сезонного развития природы занимается особая прикладная отрасль экологии – фенология (дословный перевод с греческого – наука о явлениях).
Лекция 7,8 (4 часа) Концепция экосистемы. Состав, структура, разнообразие экосистем. Популяции в экосистеме. Основные процессы в экосистемах: продуцирование, разложение, биологическое накопление, самоочищение. Круговорот вещества и энергии в экосистемах
Живые организмы и их неживое окружение неразделимы друг от друга, постоянно взаимодействуют. В этом сочетании в экологии рассматривается экосистема — основная функциональная единица. Часто современную экологию называют учением об экосистемах, раскрывающем закономерности состава, структуры, функционирования и эволюцию. Термин «экосистема» предложен в 1935 году английским ботаником А. Тэнсли. Оформление современных представлений об этом понятии произошло в начале 20 века. Существует ряд определений экосистемы.
Термин экосистема был предложен А. Тенсли в 1935 году, который считал, что экосистема - это единая открытая функциональная система, образованная организмами и средой их обитания с которой они активно взаимодействуют.
Биоценоз - совокупность организмов разных видов,
Биотоп - пространство, занимаемое биоценозом. Это географическое пространство обладает достаточными для поддержания жизни ресурсами. Биотоп может быть как неорганической, так и органической природы (у паразитов).
В современном понимании экосистема – это совокупность совместно проживающих популяций и неживой среды их обитания, взаимодействующих с данной средой таким образом, что поток энергии и вещества создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри этой системы.
В отечественной литературе как синоним понятия «экосистема» применяется термин «биогеоценоз», предложенный В.И. Сукачевым в 1940 г.
«Биогеоценоз — динамическое и устойчивое сообщество растений, животных, микроорганизмов, находящиеся в непосредственном контакте и постоянном взаимодействии с компонентами атмосферы, гидросферы, литосферы».
Сущность понятий «экосистема» и «биогеоценоз» практически одна и та же, т.к. они в первую очередь характеризуют надвидовой уровень организации биологических систем.
Основные отличия заключаются в том, что термином «биогеоценоз» обозначается природный комплекс живых организмов и окружающей среды, осуществляющий круговорот веществ на конкретном участке земной поверхности, границы которого можно даже нанести на карту, к тому же биогеоценозы обычно имеют свои определенные названия (ельник, злаково-полынная степь и др.). Тогда как термином «экосистема» обозначают любую совокупность живых организмов и условий среды, в которой может осуществляться круговорот веществ между живой и неживой частями, независимо от того, на какой конкретной поверхности Земли протекают эти события. Примером отдельных экосистем может быть разлагающаяся лепешка коровьего помета, небольшой временный водоем (канава, пруд, аквариум) или луг, лес, поле, озеро, или целый океан, материк, город или вся биосфера нашей планеты. Во всех этих и других случаях между живым населением и абиотической средой существуют теснейшие материально-энергетические связи, определяющие тип круговорота веществ и скорость протекающих процессов. Однако все это свойственно и биогеоценозу.
Несмотря на некоторые различия в смысловых нюансах, вполне правомерны оба термина, хотя они и не являются синонимами, главное, что они обозначают одно и тоже природное явление – многовидовую биосистему как систему надвидового уровня организации живой материи.
Так как все экосистемы, включая биосферу, являются открытыми, то для своего функционирования, они должны получать и отдавать энергию, т.е. реальная функционирующая экосистема должна иметь вход и выход переработанной энергии. Энергия солнечного света поступает в экосистему, где фотоавтотрофными организмами превращается в химическую энергию, используемую для синтеза органических веществ из неорганических. В экосистеме поток энергии направлен в одну сторону: часть поступающей энергии солнца, преобразуется растениями и переходит на качественно более высокую ступень, превращаясь в органическое вещество, которое представляет собой более концентрированную форму энергии. Большая часть солнечной энергии приходит через экосистемы и покидает ее. В отличие от энергии, вода и элементы питания, необходимые для жизни, могут использоваться многократно (после отмирания органические вещества превращаются в неорганические).
В настоящее время концепция экосистемы играет весьма важную роль в экологии благодаря гибкости самого понятия: к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания – от пруда до мирового океана и от пня в лесу до обширного лесного массива – тайги и т.п.
В состав экосистемы входит два компонента: сообщество живых организмом или биоценоз (биотический компонент) и физико-химическая среда или биотоп (абиотический компонент).
К абиотическим относятся важнейшие элементы неживой природы:
- неорганические вещества и химические элементы, участвующие в биогенных круговоротах веществ (углекислый газ, кислород, азот, фосфор, сера, кальций, калий, и т.д.);
-органические вещества, являющиеся отходами жизнедеятельности живых организмов или отмершими организмами (белки, жиры, углеводы и др.);
- воздушная, водная или литосферная среда обитания;
- климатический и погодный режимы;
- уровень фонового ионизирующего излучения и т.д.
Биотические компоненты представлены тремя группами организмов: продуцентами, консументами и редуцентами.
Процессы создания первичного органического вещества продуцентами в результате фото- или хемосинтеза (автотрофные процессы), процессы дальнейшего преобразования органического вещества консументами (гетеротрофные процессы) и редуцирующие процессы (процессы разложения мертвого органического вещества), происходящие в экосистеме, разделены в пространстве. Процессы фотосинтеза активно протекают в верхних слоях, куда проникает солнечный свет, гетеротрофные и редуцирующие – в почве, донных отложениях, т.е. в нижних слоях, поэтому пространственную структуру экосистем представляют в виде двух ярусов: верхнего и нижнего.
Верхний (автотрофный) ярус включает хлорофиллоносные части растений, в которых происходит синтез и накопление сложных органических соединений, а также преобразование солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ и накопление этой химической энергии. Этот ярус называют «зеленым поясом» Земли.
Нижний (гетеротрофный) ярус представлен консументами, редуцентами и их средой обитания (почва, донные отложения). Здесь преобладают процессы преобразования первичного органического вещества и процессы разложения мертвого органического вещества животных и растений. Данный ярус носит название «коричневый пояс» Земли.
Автотрофные и гетеротрофные процессы разделены не только в пространстве, но и вов времени. Так, на лугу, не используемом человеком для своих нужд, только небольшая часть зеленой массы используется консументами немедленно. Основная часть органического вещества растений отмирает и попадает в почву или донные осадки. Там оно может быть разложено до минералов редуцентами, а при избытке – частично перейти в ископаемое топливо.
Термин «экосистема» применим к взаимодействию биоценозов и биотопов различного размера. При этом различают:
микроэкосистемы, подобные стволу погибшего дерева;
мезоэкосистемы, например лес или пруд;
макроэкосистемы, такие, как океан;
мегаэкосистемы, биосфера, объединяющая все существующие экосистемы.
Широко используется классификация по биомам. Этот термин обозначает крупную региональную экосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта.
Различают наземные биомы, пресноводные экосистемы, морские экосистемы.
Наземные экосистемы (перечисление идет от полюсов к экватору и от уровня моря к высокогорью). Типы экосистем:
Тундра арктическая и альпийская.
Бореальные хвойные леса (бореальный — северный).
Листопадный лес умеренной климатической зоны.
Степь умеренной зоны.
Тропические грассленды и саванны.
Чапараль — районы с засушливым летом и дождями зимой.
Пустыня травянистая и кустарниковая.
Полувечнозеленый тропический лес в условиях чередования влажных и сухих сезонов.
Вечнозеленый тропический дождевой лес.
В основе классификации наземных экосистем положены климатические условия и естественные черты растительного покрова.
Пресноводные экосистемы
Лентические (стоячие воды: озера, пруды, болота).
Лотические (текучие воды: реки, ручьи).
Заболоченные угодья (болото, болотистые леса, марши— болота со стекающей водой).
Морские экосистемы
Открытый океан — пелагиаль.
Воды континентального шельфа.
Районы апвеллинга — (плодородные районы с продуктивным рыболовством)
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек).
.При разделении морских и пресноводных экосистем определяющим является фактор солености воды. Разделение внутри пресноводных экосистем - по движению вод и соотношению испарения и осадков.
В связи с развитием цивилизации естественная среда обитания человека стала представлять совокупность природных техногенных, социальных и экономических условий жизни. Наряду с естественными элементами в окружающей человека среде появилось множество искусственных сооружений. Этому соответствует классификация экосистем по степени хозяйственного воздействия:
Естественные экосистемы — сохранившиеся практически в первозданном виде, незатронутые человеческой деятельностью. Таких экосистем на Земле не более 1/3. значительная часть их находится в северных районах России, Латинской Америки и высокогорье.
Модифицированные экосистемы — в наибольшей степени изменившиеся под воздействием антропогенных факторов, не затронуты промышленной деятельностью (заливные луга, сенокосы, пастбища).
Трансформированные экосистемы — сильно преобразованные человеком и сохранившие отдельные элементы естественной природной среды - урбоэкосистемы
Искусственные экосистемы — полностью созданные человеком даже с использованием принципов функционирования живой природы.
Существует достаточно обоснованное мнение, что в силу трансграничного переноса загрязнителей на Земле не осталось естественных экосистем, которые не подвержены прямому антропогенному воздействию, но страдают от косвенного воздействия в виде кислотных дождей, накопления поллютантов, исчезновение отдельных видов.
Переход от одной экосистемы к другой может быть более или менее резким. Однако во всех случаях существует переходная зона, которая может захватывать территорию от нескольких метров (береговая зона озера) до десятков километров (переходная зона между лесами и степями). Переходную зону называют экотоном. К нему относятся, например, болотистые пространства, располагающиеся между прудом и окружающими его наземными формациями; заросли кустарника, отделяющие лес от поля. Фауна экотонов и в видовом отношении, и численно богаче соседних биоценозов, так как здесь происходит смешение видов. В этом состоит проявление так называемого краевого эффекта.