2. Экосистема, ее свойства и структура.

«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, представляют собой экологическую систему, или экосистему».

В настоящее время концепция экосистемы это одно из наиболее важных обобщений биологии и она играет весьма важную роль в экологии.

Например, вопросы охраны биосферы и теоретического обоснования природоохранных мероприятий, прежде всего, опираются на концепцию биотических сообществ — экосистем. Распространение идеи экосистемы способствовала гибкость самого понятия, так как понятие экосистема приложимо к объектам разной сложности и размеров. Можно выделить экосистему озера в целом, и в то же время различать экосистему прибрежных зарослей водных растений. Массив леса – экосистема, в пределах которой находятся экосистемы почв разного типа, экосистема гниющего пня, подушка лишайника на стволе дерева и др.

В зависимости от размеров выделяют:

- микроэкосистемы (подушка лишайника, гниющий пень и т. п.),

- мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.),

- макроэкосистемы (континенты, океаны) и, наконец, глобальную экосистему или биосферу нашей планеты.

Чаще всего под экосистемой понимают совокупность организмов и неживых компонентов среды при взаимодействии которых происходит полный биотический круговорот с участием продуцентов, консументов и редуцентов.

Экосистема = биоценоз + биотоп.

Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экосистемой. Термин был предложен в 1935 г. английским экологом А.Тенсли, который подчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты, и мы не можем отделить организмы от окружающей их конкретной среды.

В русскоязычной литературе вы можете часто встретить такое определение – экосистема = биоценоз+биотоп.

А. Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли, хотя они и не имеют определенного объема и могут охватывать пространство любой протяженности.

Независимо от степени сложности экосистема характеризуется видовым составом, численностью входящих в нее видов, их биомассой, соотношением отдельных трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и деструкции органического вещества.

Основные свойства экосистем — ее способности:

1) осуществлять круговорот веществ в среде обитания;

2) противостоять внешним воздействиям;

3) производить биологическую продукцию.

Структура экосистемы

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

1. неорганические вещества (С, N, СОа, HzO 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 и климатический режим и другие физические факторы;

4. продуцентов, автотрофные организмы, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ;

5. консументов, — гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами;

6. деструкторов или редуцентов — гетеротрофные организмы, в основном бактерии и грибы, получающие энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного редуцентами из растений и других организмов. В результате деятельности редуцентов высвобождаются неорганические элементы питания, пригодные для продуцентов;

Каждое сообщество (биотическая составляющая экосистемы) имеет определенную трофическую структуру – соотношение трофических групп.

С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса:

1) верхний автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус, или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где при использовании энергии света идет созидание и накопление сложных органических соединений, и

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

Одна из общих черт всех экосистем, — это взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов. Организмы, участвующие в различных процессах круговорота, частично разделены в пространстве; автотрофные процессы наиболее активно протекают в верхнем ярусе («зеленом поясе»), где доступен солнечный свет. Гетеротрофные процессы наиболее интенсивно протекают в нижнем ярусе («коричневом поясе»), где в почвах и осадках накапливаются органические вещества.

4. ПОТОК ЭНЕРГИИ. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ

В конечном итоге вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений. Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т. е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах — это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть. Организмы любого вида являются потенциальной нищей многих других видов. Врагами тлей, например, являются личинки и жуки божьих коровок, личинки мух-сирфид, пауки, насекомоядные птицы и многие другие. Хищники обычно легко переключаются с одного вида жертв на другой, а многие кроме животной пищи способны потреблять в некотором количестве и растительную. Таким образом, трофические сети в биоценозах очень сложные и создается впечатление, что энергия, поступившая в них, может долго мигрировать от одного организма к другому.

На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленной зелеными растениями, короток. Она может передаваться не более чем через 4 — 6 звеньев ряда, состоящего из последовательно питающихся друг другом организмов. Такие ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют цепями питания.

Листгусеницаптицакрупная дневная хищная птицапаразит

Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень — это всегда продуценты, создатели органической массы; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, — к третьему; потребляющие других плотоядных — соответственно к четвертому и т.д. Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания. Естественно, что основную роль при этом играет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевые цепи на разных трофических уровнях. Так, например, человек, в рацион которого входит как растительная пища, так и мясо травоядных и плотоядных животных, выступает в разных пищевых цепях в качестве консумента первого, второго и третьего порядков. Виды, специализированные на растительной нище, например тли, зайцеобразные, копытные, всегда являются вторым звеном в цепях питания.

Существование экосистемы возможно только при притоке из окружающей среды энергии и вещества. Все реальные существующие экосистемы – открытые системы.

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотой и физической средой, т. е. возникающий круговорот веществ в экосистеме в целом (рис.1). Это позволяет дать обобщенную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих отдельных организмов многих видов.

Рис. 1. Схема переноса вещества (сплошная линия) и энергии (пунктирная линия) в природных экосистемах