2. Экосистемы и системы природопользования: сущность, содержание, структура и закономерности развития.

Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

Состав и функциональная структура экосистемы. Каждая экоси­стема имеет собственное материально-энергетическое обеспечение и определенную функциональную структуру, основанную на пищевых (тро­фических) взаимоотношениях (смотри рис.1).

Рис.1 Упрощенная схема переноса веществ и энергии в экосистеме

___ перенос веществ, ------ перенос энергии

Эта структура составлена не­сколькими группами организмов, каждая из которых выполняет опреде­ленную работу в круговороте веществ. Организмы, относящиеся к одно­му такому звену, образуют трофический уровень, а последовательные связи между трофическими уровнями образуют цепи питания, или тро­фические цепи. В экосистему входят организмы, различаемые по способу питания — автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (самопитающие) — организмы, образующие орга­ническое вещество своего тела из неорганических веществ — в основ­ном из углекислого газа и воды — посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Синтезированная автотрофами новая биомасса органического вещества — это первичная продукция, а скорость ее образования — биологическая продуктивность экоси­стемы. Автотрофы образуют первый трофический уровень любой полночленной экосистемы.

Гетеротрофы (питающиеся другими) — организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жиз­недеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий.

В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как по­требители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В за­висимости от источников питания и участия в деструкции они подраз­деляются на консументов и редуцентов.

Консументы — потребители органического вещества организмов. К ним относятся:

- консументы I порядка — растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон);

- консументы II порядка — плотоядные животные (зоофаги), по­едающие других животных, — различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и других хищников. Существует немало животных со смешанным питанием, потребляющих и растительную и животную пищу — плотоядно-растительноядные и всеядные. Кон­сументы I и II порядка занимают соответственно второй, третий, а иногда и следующий трофические уровни в экосистеме.

Особенную группу консументов составляют паразиты и симбиотрофы. И те и другие живут (по меньшей мере на протяжении части жизненного цикла) за счет веществ организма-хозяина. Это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные мик­роорганизмы, а также некоторые грибы и растения.

Еще одну группу консументов образуют детритофаги, или сапрофаги — животные, питающиеся мертвым органическим веществом — остатками и продуктами жизнедеятельности растений и животных. Это различные черви, членистоногие (клещи, многоножки, личинки насе­комых, жуки-копрофаги) и другие животные — все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты — бактерии и низшие грибы — завершают деструктив­ную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы молекулярный азот, минеральные элементы и последние порции двуокиси углерода.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаи­модействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, формируя и поддерживая эколо­гическую среду экосистемы.

Никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в эко­системе заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать в круговороте ве­ществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется однократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапе трансформации энергии значи­тельная ее часть неизбежно рассеивается в виде теплоты.

Пищевые цепи и трофические уровни. Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза («кто кого и сколько поеда­ет»), можно построить пищевые цепи питания различных организмов. Примером длинной пищевой цепи может служить последовательность обитателей арктического моря: «микроводоросли (фитопланктон)  мелкие растительноядные ракообразные (зоопланктон)  плотоядные планктонофаги (черви, ракообразные, моллюски, иглокожие)  рыбы (возможны 2-3 звена последовательности хищных рыб)  тюлени  белый медведь». Цепи наземных экосистем обычно короче. Пищевая цепь, как правило, искусственно выделяется из реально существующей пищевой сети — сплетения многих цепей питания. Благодаря определенной последовательности пищевых отношений раз­личаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Сово­купности трофических уровней различных экосистем моделируются с помощью трофических пирамид чисел (численностей), биомасс и энер­гий. Обычные пирамиды чисел, т.е. отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы, для пастбищных цепей имеют широкое основание и резкое сужение к конечным консументам. При этом числа ступеней различаются не менее чем на 1-3 порядка.

Стабильность и развитие экосистем. В природных экосистемах про­исходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Они вызываются разными причинами. Кратковременные — погодными услови­ями и биотическими воздействиями; сезонные (особенно в умеренных и высоких широтах) — большим годовым ходом температуры; от года к году — различными случайными сочетаниями абиотических и биотичес­ких факторов. Однако все эти колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят за границы устойчивости экосистемы — ее обычного размера, видового состава, биомассы, продуктивности, соответ­ствующих географическим и климатическим условиям местности. Такое состояние экосистемы называется климаксным.

Климаксные сообщества характеризуются устойчивым динамиче­ским равновесием между биотическими потенциалами входящих в со­общество популяций и сопротивлением среды. Постоянство важнейших экологических параметров обозначают как гомеостаз экосистемы. Ус­тойчивость экосистемы тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.

Стремясь к поддержанию гомеостаза, экосистемы, тем не менее, спо­собны к изменениям, к развитию, к переходу от более простых к более сложным формам. Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния биогеоценозов местности — сукцессиям (от англ — последовательность).

Различают первичную сукцессию — постепенное заселение организмами появившейся девственной суши, оголенной материнской порода (отступившее море или ледник, голые скалы и застывшая лава после вулканического извержения и т.п.). В этих случаях решающую роль играет процесс почвообразования. Вторичные сукцессии имеют характер постепенного восстановле­ния свойственного данной местности сообщества после нанесенных повреждений (последствий бури, пожара, вырубки, наводнения, выпаса скота, запуска полей). Возникшая в результате вторичной сукцессии климаксная система может существенно отличаться от первоначальной, если изменились некоторые характеристики ландшафта или климатиче­ские условия. Сукцессии происходят путем замещения одних видов другими и поэтому их нельзя приравнивать к реакциям гомеостаза.

Объектом природопользования явл природноресурсные системы и человек.

Разделяют два процесса ПП:

- изъятие природных ресурсов

- антропогенное изменение.

ПП делится на ресурсопользование и ландшафтопользование (природное, антропогенное).