Тема: Синэкология- экология экосистем. Средомодифицирующая роль экосистем и проблема восстановления нарушенных экосистем
План лекции
Роль концепции экосистемы в экологии, блоковая модель экосистемы (биогеоценоза)
Видовое разнообразие биоценозов, как свойство, обеспечивающее устойчивость экоситем.
Трофическая (функциональная) структура экосистем.
Свойства и функции экосистем.
Понятие о гомеостазе экосистем.
Энергетика и продуктивность экосистем.
Понятие продуктивности экосистем.
Динамика экосистем (циклические изменения, сукцессия).
Экологическая система, или экосистема, — это «объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией».
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.
Совокупность абиотических и биотических условий, в которых живет особь, группа отдельных особей одного вида, или вид, называется местообитанием. Синоним местообитания, но с подчеркиванием абиотических факторов, является экотоп. Биоценоз — это система, состоящая из трех компонентов: растительности, животных и микроорганизмов. Стабильность сообщества существует за счет уравновешивания сил антагонизма между видами и определяется количественной регуляцией численности одних видов другими, а его размеры зависят от величины территории с однородными абиотическими свойствами; т.е. биотопа. Функционируя в непрерывном единстве, биоценоз и биотоп образуют биогеоценоз, или экосистему. Границы биоценоза совпадают с границами биотопа, т.е. и с границами экосистемы.
Видовой состав биоценоза представляет собой систематизированную совокупность видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, свойственных данному биоценозу. Видовой состав фитоценоза более или менее постянен по сравнению с зооценозом, так как животные перемещаются. Учет грибов и микроорганизмов из за их чрезмерного видового обилия или их микроскопических размеров затруднен. Наибольшим видовым разнообразием отличаются биоценозы влажных тропических лесов, наименьшим – полярных ледяных пустынь.
Под биотическим сообществом экосистемы понимается биоценоз, представляющий собой население биотопа — места жизни биоценоза.
Для существования сообщества важна не только величина численности организмов, но еще важнее видовое разнообразие, которое является основой биологического разнообразия в живой природе. Согласно конвенции о биологическом разнообразии Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992), под биоразнообразием понимается разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем. Разнообразие в рамках вида является основой стабильности в развитии популяций, разнообразие между видами и, следовательно, популяциями — основа существования биоценоза, как основной части экосистемы.
Наиболее благоприятные условия для существования множества видов — в переходных зонах между сообществами, которые называют экотонами, а тенденцию к увеличению здесь видового разнообразия называют краевым эффектом. Экотон (например, лесная «опушка») богат видами, потому, что они попадают сюда из всех приграничных сообществ, но, кроме того, он может содержать и свои характерные только для него виды. Виды, которые преобладают по численности, называют доминантными. Среди них есть такие, без которых другие виды существовать не могут. Их называют эдификато-рами (лат. — строители). Они определяют микросреду сообщества, и их удаление грозит полным разрушением биоценоза — ель, сосна, кедр, ковыль и др.
Трофическая (функциональная) структура экосистем.
С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса: 1) верхний —автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий фотосинтезирующие организмы и 2) нижний — гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ снова до простых минеральных образований. Однако в экосистеме следует выделять ряд компонентов, об экологической роли которых мы уже говорили: 1) неорганические вещества, участвующие в круговоротах; 2) органические соединения, связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушная, водная и субстратная среда с абиотическими факторами; 4) продуценты — автотрофные организмы; 5) консу менты, или фаготрофы (пожиратели), — гетеротрофные организмы; 6) редуценты, или сапротрофы (питающиеся гнилью), — гетеротрофные организмы.
Трофический уровень — это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень — это продуценты, все остальные — консументы. Второй уровень — это растительноядные консументы; третий — плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый — консументы, потребляющие других плотоядных, и т.д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням:консументы первого, второго, третьего и т.д. порядков.
Свойства и функции экосистем. Процессы образования и разложения органических веществ, их экологическое значение.
.Природные экосистемы — это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию. Запасы веществ, усвояемые организмами и прежде всего продуцентами, в природе не безграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы невозможна. Вечный круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, которые осуществляют и поддерживают поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.
Фотосинтезирующие организмы создают органические вещества на Земле — продукцию — в количестве 100 млрд т/год и примерно такое же количество веществ должно превращаться в результате дыхания растений в углекислый газ и воду. Однако 300 млн лет назад в соотношении 0/С0 баланс сдвинулся в сторону СО, возник избыток органического вещества, и часть продукции не расходовалась на дыхание и не разлагалась, а фоссилизировалась (окаменевала) в осадках, превратившись в уголь.
Дыхание — это процесс окисления, «сгорания» накопленного органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение. При обильном поступлении детрита в почву или в донный осадок деструкторы быстро расходуют кислород на его разложение, и оно резко замедляется .вследствие «работы» только организмов с анаэробным метаболизмом. Иными словами, происходит некоторое отставание во времени гетеротрофного разложения от продуцирования, являющееся одним из важнейших свойств экосистемы (Ю. Одум, 1975). По этой пртике разложение детрита путем его физического размельчения и биологического воздействия и доведение его сапрофагами до образования гумуса (гумификация) идет относительно быстро. Однако последний этап, минерализация гумуса, процесс медленный, обусловливающий накопление гумуса в почвах.