3.7 Системный подход и моделирование

Системный подход в экологии обусловил формирование целого направ­ления, ставшего ее самостоятельной отраслью – системной экологией.

Системный подход – это направление познания объектов как систем. Система – это множество взаимосвязанных элементов, образующих опреде­ленную целостность. Единство ее состава, структуру и свойства изучают пос­редством системного анализа.

Основными системными принципами являются: целостность, струк­турность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множествен­ность описания каждой системы.

Целостность – обобщенная характеристика системы, свойства которой несводимы к сумме свойств ее элементов и невыводимы из этих свойств. Целостность организмов будет более полной в популяции, популяции – в биоценозе и т.д.

Структурность – установление структуры и взаимозависимости структурных элементов, обусловленности поведения системы ее структурой (структура биоценоза, трофическая структура экосистемы и установление связей между трофическими уровнями).

Взаимозависимость системы и среды выражается в формировании и проявлении ее свойств в результате их взаимодействия (взаимодействие биоценоза и биотопа, популяций в биоценозе и т.п.).

Иерархичность – когда каждый компонент системы рассматривается как самостоятельная система (уровни биологической организации вплоть до глобальной системы – биосферы).

Экосистемы – это весьма сложные самоорганизующиеся и целенаправ­ленные, со сложной иерархической структурой системы, требующие мно­жественного описания каждой системы, что требует построения множества моделей.

Модель - это вспомогательный объект, находящийся в определенном объективном соответствии с познаваемым оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах познания.

Моделирование – это разработка, последование модели и распростра­нение модельной информации на оригинал.

Компьютерные модели делят на имитационные и самоорганизующиеся.

Имитационные модели отражают представления исследователя о вза­имосвязях в экосистеме и как они реализуются.

Самоорганизующиеся модели относятся к классу регрессионных урав­нений, в них широко используются вероятностно – статистические методы расчетов.

3.8 Вопросы для самоконтроля

1. Что такое экосистема?

2. Охарактеризуйте группы природных экосистем.

3. Чем отличаются искусственные экосистемы от природных?

4. Из каких основных частей состоят живые компоненты биогеоценоза?

5. Какая последовательность существует в передаче энергии в экосистеме?

6. Что такое сукцессия и какой стадией она завершается?

7. Охарактеризуйте межвидовые отношения, существующие в экосистемах.

8. Охарактеризуйте функциональные взаимосвязи в экологических пирамидах и их типы.

9. Дайте определение продуктивности экологической системы и ее уровням.

10. Назовите пищевые цепи в природе.

11. Какие принципы являются основными системными?

Что означает моделирование в экологии?

4. Сообщества и популяции

4.1 Экология популяций (демэкология)

Популяционный уровень занимает особое место в системе организации живого вещества, так как популяция есть не что иное, как первая надорганиз­менная биологическая макросистема. Как следствие этого, зародилось и успеш­но функционирует целое научное направление – демэкология.

Демэкология (от греч. demos – народ) – экология популяций – раздел об­щей экологии, изучающий динамику численности популяций, внутрипопуля­ционные группировки и их взаимоотношения. В рамках демэкологии выясня­ются условия, при которых формируются популяции. Демэкология описывает колебания численности различных видов под воздействием экологических факторов и устанавливает их причины, рассматривает особь не изолированно, а в составе группы таких же особей, занимающих определенную терри­торию и относящихся к одному виду.

Популяция – это группа особей одного вида, совместно населяющих определенные территории (акватории) и связанных между собой взаимоот­ношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование неограни­ченно, долгое время при постоянном обновлении состава. При обновлении состава (отмирание одних особей и нарождение новых) происходит отбор и закрепление тех видовых признаков, которые оказываются полезными для поддержания существования популяции в сложившихся условиях среды.

Популяции обладают рядом специфических показателей, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. При этом выделяют две группы ко­личественных показателей – статистические и динамические.

Статистические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К ним относятся их численность, плотность и пока­затели структуры.

Численность – общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме. Этот показатель никогда не бывает постоянным. Он за­висит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смерт­ности.

Плотность – среднее число особей (или биомассы) на единицу пло­щади или объема занимаемого пространства.

Плотность изменчива, она зависит от численности.

Показатели структуры: половой – соотношение полов, размерный – соотношение количества особей разных размеров, возрастной – соотноше­ние количества особей различного возраста в популяции.

Важнейшим условием существования популяции или ее экотипа явля­ется их толерантность к факторам среды. Толерантность у разных особей и к разным частям спектра разная, поэтому этот показатель популяции значи­тельно шире, чем у отдельных особей.

Динамические показатели популяции включают рождаемость, смерт­ность, прирост и темп роста.

Рождаемость (плодовитость) – число особей, рождающихся за едини­цу времени. Она характеризуется биотическим потенциалом, представля­ющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (только те­оретически) особи определенного вида могут покрыть земной шар равномер­ным слоем.

Смертность – число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени. Она изменяется в зависимости от условий среды обитания, возраста и состояния популяции, выражается в процентах к начальной или чаще средней величине ее.

Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть положительным, нулевым и отрицательным.

Темп роста популяции – средний прирост ее за единицу времени.

Продолжительность жизни зависит от условий (факторов) среды. Различают физиологическую и максимальную продолжительность жизни.

Физиологическая продолжительность жизни определяется только физиологическими возможностями организма.

Максимальная продолжительность жизни та, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды.

Если численность популяции растет в геометрической прогрессии, которая выражается кривой, то на современном математическом языке эта кривая отображает экспоненциальный рост численности популяции – т.е. это рост ее особей в неизменяющихся условиях.