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 стабильностьюво 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 входеисреды 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.

4. Структура биогеоценоза и экосистемы

Биогеоценоз включает две главные составляющие:совокупностьна определенной территорииабиотических факторов, то естьэкотоп, исовокупность живых организмов–биоценоз. Экотоп еще иногда называют биотопом (топос– от греч. значит место, местность,эко–ойкос– дом).Биотоп– это совокупность абиотических условий среды.

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

БИОГЕОЦЕНОЗ

Экотоп

Атмосфера Почвогрунт

(климатоп) (эдафотоп)

Растительность Животный мир

(фитоценоз) (зооценоз)

Микроорганизмы

(микробиоценоз)

Биоценоз

Одно из важнейших свойств биогеоценоза – взаимосвязьивзаимозависимостьвсех 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:

1. 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;

2. 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 точкизрения, 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.