СибАДИР с. 11. Белый медведь Рис. 12. Гималайский медведь

6. ЭКОСИСТЕМЫ

Экос стема: состав, структура, разнообразие

Экосистема (от греч. οίκος – жилище, местопребывание и σύστημα – сочетание, о ъединение) – совокупность всех популяций разных биологических видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой ( . Тэнсли, 1935). С совре-

менной точки зрения, экосистема – это безразмерная устойчивая система, представляющая собой совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных круговоротом веществ, обменом энергии и информации [10].

Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой неживой частями, представляет собой экосистему.

В зависимости от масштаба различают:

микроэкосистемы – ствол погибшего дерева, поляна, лужа; мезоэкосистемы – участок леса, поле, луг, река, озеро, пруд; макроэкосистемы – море, океан, континент, тундра, тайга, пустыня; глобальная экосистема – биосфера, объединяющая все существующие экосистемы.

Экосистемы классифицируются и по другим признакам. Напри-

мер, выделяют естественные и искусственные экосистемы.

60

Естественные экосистемы по экологической принадлежности к месту обитания разделяют на наземные и водные.

Наземные экосистемы, то есть экосистемы на определенном участке земной поверхности, называют биогеоценозами [10].

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной СибАДИпороды, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодейств й эт х слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществ энерг ей: между собой и с другими явлениями природы представляющая собой внутреннее противоречивое единство,

находящееся в постоянном движении и развитии (Сукачев, 1942). Пр родные экос стемы характеризуются следующими особенно-

стями:

1. Открытость. В термодинамическом отношении экосистема относится к открытым системам, относительно стабильным во времени. Элементами, поступающими в экосистему, являются солнечная энергия, м неральные вещества почвы и газы атмосферы, вода; выходящими элементами, покидающими экосистему, являются тепло, кислород, углекислый газ и другие газы, перегной и биогенные вещества, переносимые водой, и т.д.

2. Автономность. Экосистема, обеспеченная притоком энергии, сможет существовать практически неограниченное время.

3. Разнообразие. Разнообразие экосистем проявляется в видовом разнообразии, разнообразии сред обитания и природных зон. Все виды живых организмов систем, частью которых они являются – это биоразнообразие экосистемы. С видовым разнообразием связана устойчивость систем к неблагоприятным факторам среды.

4. Эмерджентность (англ. emergent – неожиданно появляющийся) – это появление у экосистемы свойств, которые не присущи составляющим её элементам, а появляются только как характеристика экосистемы в целом.

5. Саморегуляция – способность экосистем поддерживать свою устойчивость с помощью внутренних механизмов гомеостаза. Экосистема способна противостоять, по крайней мере в известных пределах, изменениям окружающих условий и резким колебаниям плотности популяций. Экосистемы подчиняются закону Ле Шателье – Брауна, согласно которому, если на экосистему воздействуют внешние силы, выводящие её из состояния равновесия, то внутренние процессы в экосистеме стремятся противодействовать этим силам.

61

6. Размытость границ как по вертикали, так и по горизонтали. 7. Способность существовать без какого-либо компонента. На-

пример, в болотных экосистемах нет почвы, в подземных (пещеры) нет притока световой энергии.

8. Однородность. С точки зрения рельефа местности, а также с климатической, ботанической и зоологической, почвенной, гидрологи-

СибАДИческой и геохимической экосистема в известной степени однородна. 9. Интенс вность обмена вещества и энергии между компонен-

тами экос стемы составляет один из ее отличительных признаков. Больш нство экос стем сложилось в ходе длительной эволюции и

является результатом пр способления видов к окружающей среде. Идеальным пр мером экосистемы может служить озеро. Это чет-

ко огран ченное соо щество, различные компоненты которого нераздельно связаны друг с другом и являются объектами многочисленных взаимодейств й. Пр мерами природных биогеоценозов являются заливной луг, аркт ческая тундра, хвойный лес и т.п.

Понят е экос стемы а страктное, то есть не привязано к какомулибо конкретному участку территории в отличие от биогеоценоза, который обычно привязан к конкретной территории. Широко использу-

ется классификация по ландшафтному признаку.

Ландшафт – это относительно однородная по своему происхождению территория, на которой на людается закономерное повторение участков, тождественных по геологическому строению, форме рельефа, гидрологии, микроклимату, биоценозам и почвам. Крупные наземные экосистемы называют биомами. Этот термин обозначает

крупную региональную экосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенно-

стью ландшафта. Географическое распределение на земной поверхности основных наземных экосистем зависит от таких абиотических факторов, как температура количество осадков. Различают следующие наземные биомы: тундра, бореальные хвойные леса, листопадный лес умеренной зоны, степь, саванна, пустыня, вечнозеленый тропический дождевой лес, заболоченные участки.

Водные экосистемы делятся на пресноводные (стоячие – лентические и текучие – лотические) и морские экосистемы (коралловые рифы; зоны апвеллинга, которые характеризуются интенсивным подъёмом со дна питательных веществ, привлекающих в большом количестве рыб; эстуарии – бухты, проливы, устья рек, соленые марши).

62

В структуре экосистемы выделяют биотический (живой) и абиотический (неживой) компоненты. Биотическим компонентом экосистемы является биота, представляющая совокупность всех живых организмов, населяющих данную территорию. В составе биогеоценоза живая составляющая: растения, животные, микроорганизмы – называ-

ется биоценоз.

СибАДИАбиотическим компонентом экосистемы является экотоп – относительно однородное по факторам среды пространство, занятое сообществом. В б огеоценозе неживая составляющая называется биотопом. труктура б отопа включает в себя:

1) совокупность кл матических факторов, сочетающих в себе физическ е х м ческ е характеристики воздушной среды, характеризующие экос стему оказывающие влияние на живые организмы экосистемы, называются климатопом;

2) совокупность почвенных характеристик экосистемы, названная

эдафотопом;

3) совокупность всех поверхностных и подземных вод – гидро-

топ.

Почва (эдафотоп) является важнейшей составляющей экосистемы: в ней происходит замыкание циклов вещества и энергии, осуществляется перевод из мёртвого органического вещества в минеральные и их вовлечение в живую биомассу. Основными носителями энергии в эдафотопе выступают органические соединения углерода, они в наибольшей степени определяют плодородие почв.

Переходную зону между соседними экосистемами называют экотоном. Экотон всегда отличается более высоким видовым разнообразием и плотностью популяций по отношению к центральной части биогеоценоза. Например, опушка леса всегда более насыщена видами древесной, травянистой и кустарниковой растительности, по отношению к участкам, расположенным в глубине лесного массива. Фауна экотонов в видовом отношении и численно богаче соседних биоценозов, так как здесь происходит смешение видов. В этом состоит проявление так называемого краевого эффекта.

Экосистема (биогеоценоз) имеет трофическую, пространствен-

ную и видовую структуру.

Трофическая структура (от греч. τροφή – питание) – это разделение биотической части экосистемы по типу питания. Для трофической структуры характерно разделение экосистемы на автотрофный

и гетеротрофный ярусы. Автотрофы (в дословном переводе - само-

63

питающиеся) усваивают солнечную энергию и простые неорганические вещества, из которых они синтезируют органическое вещество.

Гетеротрофы (в дословном переводе – питающиеся за счет других) используют для построения своих тел и в качестве источника энергии готовое органическое вещество, созданное автотрофами. Гетеротрофы в основном представлены животными, которые получают

СибАДИорганическое вещество с пищей, а также бактериями и грибами, получающ ми энерг ю путем усвоения веществ в процессе разложения мертвого орган ческого вещества. Образующиеся в процессе жизнедеятельности гетеротрофов неорганические соединения усваиваются автотрофами.

Под в довой структурой понимается количество видов, образующих экос стему, соотношение их численности. Видовое разнообразие обычно тем значительнее, чем богаче условия (биотоп) экосистемы. В этом отношении самыми богатыми по видовому разнообразию являются экос стемы дождевых тропических лесов. Только древесные в ды сч сляются в них сотнями.

В экос стемах о ычно выделяется один или два – три вида, которые явно преобладают по численности особей. Такие виды называются доминантными (лат. dominantos – господствующий). Например, в еловом лесу это – ель, в смешанном – ель, береза и осина, в степи – ковыль и типчак. Эти виды занимают большую часть пространства, оставляя меньше места для других видов. Наряду с доминантами в экосистемах выделяются виды – эдификаторы (лат. edificator – строитель). К ним относят те виды, которые оказывают существенное влияние на формирование окружающей среды. Обычно вид – доминант одновременно является и эдификатором. Например, ель в еловом лесу наряду с доминантностью обладает высокими эдификаторными свойствами. Они выражаются в ее способности сильно затенять почву, создавать кислую среду своими корневыми выделениями при разложении мертвого органического вещества образовывать специфические для кислой среды подзолистые почвы. В то же время под пологом елового леса доминантным видом может быть черника, но она не является эдификатором.

В некоторых случаях эдификаторами могут быть и животные. На территориях, занятых колониями сурков, именно их деятельность определяет в основном характер ландшафта, микроклимат и условия произрастания травянистых растений.

64

Виды, существующие за счет доминантных, называются предоминантами. К примеру, в дубовом лесу предоминантами являются кормящиеся на дубе насекомые, сойки, мышевидные грызуны.

Виды, численность которых значительно уступает доминантным, называются второстепенными. Чем больше разнообразие второсте-

пенных видов, тем выше устойчивость экосистемы.

СибАДИнее требовательными к свету; травянистый покров леса в результате отмирания листьев, стеблей, корней участвует в процессе почвообразования и тем самым влияет на растения верхнего яруса.

Биоценозы, обладающие потенциальной способностью принять в

свой состав новые в ды, называются ненасыщенными.

Пространственная структура экосистемы характеризует рас-

пределен е орган змов, в первую очередь растений, в пространстве. Как прав ло, раст тельные сообщества разделены на обособленные в пространстве (по верт кали и по горизонтали), а иногда и во времени, элементы структуры, ли ценоэлементы. К основным ценоэлементам

Ярусы особенно хорошо заметны в лесах умеренного пояса (рис. ). В них можно выделить 5–6 ярусов: первый (верхний) ярус образуют деревья первой величины (дуб черешчатый, липа сердцевидная, вяз гладкий др.); второй – деревья второй величины (рябина обыкновенная, дикие яблоня и груша, черемуха и др.); третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная, крушина ломкая, бересклет европейский и др.); четвертый ярус состоит из высоких трав (чистец лесной, крапива, сныть обыкновенная) и кустарничков (черника); пятый ярус сложен из низких трав (осока волосистая, копытень европейский); в шестом ярусе – мхи, лишайники.

65

СибАДИРис. Ярусность в лесном фитоценозе

Ж вотные также преимущественно приурочены к тому или иному ярусу раст тельности. Например, среди птиц есть виды, гнездящиеся только на земле (фазановые, тетеревиные, трясогузки, коньки, овсянки), друг е – в кустарниковом ярусе (дрозды, славки, снегири) или в кронах деревьев (зя лики, щеглы, корольки, крупные хищники

и др.).

Неоднородность экосистемы в горизонтальном направлении называется мозаичностью, она свойственна практически всем биогеоценозам. Мозаичность выражается наличием в бигеоценозе различных микрогруппировок, которые различаются видовым составом, количественным соотношением разных видов, сомкнутостью, продук-

тивностью другими признаками и свойствами.

Мозаичность может возникнуть как результат проявления осо-

бенностей вида в данных условиях, а также в результате деятельности животных (образованием муравейников, вытаптыванием травостоя копытными др.) или человека (выборочная рубка, кострища и т. д.).

Каждый биогеоценоз состоит из определенных экологических групп организмов, соотношение которых отражает экологическую структуру сообщества, формирующуюся в течение длительного времени в определенных климатических, почвенно-грунтовых и ландшафтных условиях строго закономерно. Так, в зависимости от потребности во влаге растения подразделяют на гигрофиты (обитают в местах с высокой влажностью), мезофиты (приспособлены к обитанию в среде с более или менее достаточным, но не избыточным увлажнением почвы) и ксерофиты (способны переносить засуху).

Другим примером экологической структуры служит разделение морских обитателей на группы в зависимости от глубины их места оби-

66

тания. Так, совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водной среды, называется бентос, а крупные организмы, свободно плавающие в толще воды – нектон. Мелкие водоросли, способные к фотосинтезу, расположенные в верхних слоях воды– этофитопланктон, а мелкие животные, которые не могут противостоять течению и переносятся вместе с водными массами, называютсязоопланктоном.

СибАДИКаждый вид занимает в экосистеме свое определенное место. Это не только терр тор я, на которой обитает данный вид, но место вида, включающее его положение в пространстве, отношение к абиотическим услов ям среды, функциональная роль в сообществе. Это назы-

вается эколог ческой н шей.

Искусственные, ли антропогенные экосистемы – природные эко-

системы, коренным о разом прео разованные в результате человеческой деятельности ли созданные человеком целенаправленно. Примерами так х экос стем могут ыть космический корабль, город, поле, засеянное пшен цей, крупный промышленный комбинат, автомагистраль т.п. В скусственных экосистемах отсутствует замкнутый круговорот веществ. Так е экос стемы тре уют большого притока энергии и поступления веществ извне, а также производят отходы, которые не могут быть переработаны естественным образом.

Для агроэкосистем (экосистем, измененных человеком в процессе сельскохозяйственного производства) характерно снижение разнообразия организмов, что ведет к упрощению их структуры. К агроэкосистемам относятся сельскохозяйственные ландшафты, созданные человеком: поля, огороды, сады, парки, искусственные пастбища, цветники. Агроэкосистемы, такие как пшеничное поле, обладают низкой устойчивостью, так как для них характерно меньшее биоразнообразие видов по сравнению с природным лугом, богатым видами растений, насекомых, животных, птиц.

Примерами водных антропогенных экосистем служат пруд, водохранилище.

Второй вид антропогенных экосистем – урбоэкосистема. Она представляет собой городской ландшафт, образованный в результате застройки природных территорий.

Индустриальный вид антропогенных экосистем формируется под действием крупных промышленных предприятий, а техногенные экосистемы образуются в результате воздействия на природную среду крупной техники.

67

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ЭКОСИСТЕМЫ

Цель работы: научиться классифицировать экосистемы по различным признакам, знать составляющие элементы экосистемы и био-

СибАДИгеоценоза, понимать их принципиальное отличие.

Порядок выполнения:

1. Из переч сленного списка экосистем выпишите: а) естественные наземные экосистемы;

б) естественные пресноводные лентические экосистемы; в) естественные пресноводные лотические экосистемы; г) естественные морские экосистемы; д) антропогенные ландшафты.

Тайга; конт нентальный шельф; поле, засеянное пшеницей; саванна; озеро; родн к; прерия; горно-обогатительный комбинат; дельта реки; зал вной луг; ерёзовая роща; зона апвеллинга; экваториальный лес; ручей; океан; степь; городская застройка; пустыня; высокогорье; песчаный карьер.

2. Из перечисленного списка экосистем выпишите: а) микроэкосистемы; ) мезоэкосистемы; в) макроэкосистемы.

Тундра; озеро; океан; пень, заросший мхом; опушка леса; лесостепь; болото; аквариум; космический корабль; ручей; цветочная клумба; смешанный лес; лужа; кустарниковая пустыня.

3. Укажите, какие из перечисленных экосистем являются антропогенными.

Озеро; бореальный хвойный лес; водохранилище; эстуарии; плодовый сад; снегозадерживающие лесополосы; река; пустыня; космический корабль; море; дендрарий; горные вершины.

4. Что из перечисленного не является экосистемой?

Лесная чаща; стая птиц; открытый океан; болото; ливень; городской квартал; ботанический сад; вирусы; озеро; хвойный лес; зубр; арктическая пустыня.

5.Укажите, какие составляющие элементы экосистем относятся

кбиотической, а какие – к абиотической части.

Насекомые; скальные породы; глинистые почвы; млекопитающие; рыбы; песчаное дно; ручьи; птицы; атмосферные осадки; сапро-

68

фиты; океан; ветер; вирусы; кустарники; травы; ледяной покров; люди.

6.Дайте определение экосистемы. Как называется биотическая

иабиотическая часть экосистемы? На какие виды экосистемы подразделяются по размерам?

7.Укажите принципиальное отличие антропогенных экосистем СибАДИот природных. Устойчивость каких экосистем выше и почему? Что

необход мо предпр нять для повышения устойчивости экосистем?

8.Назов те основные виды антропогенных ландшафтов. Чем отличается антропогенный ландшафт от природного? Что такое «субсидированные экос стемы»?

9.Что называется иогеоценозом? Укажите принципиальное отличие огеоценоза от экосистемы? Как называют биотическую и абиотическую части огеоценоза?

10.Что собой представляет видовая и пространственная структуры оценоза? Пр ведите примеры доминантных, предоминантных видов, эд ф каторов, второстепенных видов. Поясните понятия «ярусность» «моза чность». Чем они определяются? Что такое экотон и в чем суть краевого эффекта?

69