2 Объект изучения экологии
Основной объект изучения экологии –энергосистемы планеты всех уровней и их элементы. С целью более точного определения объекта экологии предоставим спектр уровней организации природных объектов в следующем виде (рис.1.).
Природные объекты в (широком понимании –материя) по размерам и уровням сложности организации условно делятся на 20 уровней.
20.Вселенная
19.Группа галактик
М
ЕГАМИР
18.Галактика
17.Солнечная система Э
16.Планеты К
15.Земля Э О
14.Биосфера к Л
13.Экосистема о О
12.Сообщество л Г
МАКРОМИР 11.Популяция о И
10.Организм г Я
9.Система орг. и
8.Орган я ХХI в.
7.Ткань ХХв.
6.Клетка
5.Протоплазма
4.Молекулы
МИКРОМИР 3.Атомы
2.Элементарные частички
1.Субъэлементарные частички
Рис.1.1 Уровни организации природных обьектов (материи) и сфера деятельности современной экологии
Экология XX в. охватила уровни 10-14, но в будущем, кооперируясь с другими науками, может распространить свое внимание как высшие (15-17), так и на низшие уровни (6-9).
Сфера компетенции экологии простирается от организменного уровня до биосферы, среди них стержневым является уровень экосистем:
Клетка → Ткань → Орган → Система органов →
О
рганизм
→ Популяция → Сообщество →Экосистема
→
Биосфера →
Э К О Л О Г И Я XX в.
Аутэкология Демэкология Синэкология
Земля → Планеты → Солнечная система → …
Термин «экосистема» впервые был предложен английским биоботаником А. Тенсли в 1935 году:
|
«Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом». |
Однако не каждый комплекс живых организмов и окружающей среды является экосистемой. Ею является такое взаимодействие организмов со средой, которое характеризуется стабильностью, устойчивостью во времени. Как правило, природные экосистемы складываются в процессе длительной эволюции. Различают:
I. микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макроэкосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера Земли).
II. Экосистемы естественные (лес,озеро, океан и др.) и искусственные (аквариум, пшеничное поле и др.).
III. Наземные и водные экосистемы. (Рис.2)
В основе классификации для наземных экосистем лежит такой признак, как тип растительности, для пресноводных - физические свойства воды.
Понятию «экосистема» близок термин «биогеоценоз» ( от греч. bio – жизнь, geo – земля, coinos – общий), введенный в науку советским ученым В.Н. Сукачевым в 1944 году.
Наземные
(биомы)
Тундра
Тайга
Леса
степи
пустыни Саванны
и др.
Пресноводные
реки
озера
пруды
водохранилища
болота
Морские Открытый
океан Прибрежные
воды шельфа
Эстуарии – бухты рек, устья рек, лиманы Глубоководные
рифовые зоны Районы
апвеллинга – с продуктивным рыбоводствомЭкосистемы
Рис. 1.2. Некоторые типы природных экосистем
|
Биогеоценоз – исторически сформированный взаимообусловленный комплекс живых (биоценоз) и неживых (биотоп, экотоп) компонентов определенного участка земной поверхности, связанный между собой обменом вещества и энергии. |
Каждому биогеоценозу присущи однородность структуры, состава компонентов, а также определенный характер материально – энергетического обмена между ними.
А Б
1 2 3
Рис. 3. Структурная схема геосистемы (А) и биогеоценоза (Б)
1 – абиотические компоненты; 2 – биота; 3 – взаимосвязи между компонентами.
Термины «экосистема» и «биогеоценоз» – близки, но не являются синонимами.
Экологическая система – это любая совокупность организмов и окружающей их среды. Так, в качестве экосистемы можно рассматривать, например, горшок с цветком, террариум, фитотрон (станция или камера искусственного климата, полностью автоматизированная установка, в которой регулируются все основные факторы роста и развития растений по заданной программе), сооружения биоочистки сточных вод: аэротенки, (биофильтры), пилотируемый космический корабль. У всех названных совокупностей организмов и среды отсутствует ряд признаков, приведенных в определении В.Н. Сукачева, и в первую очередь, элемент «гео» – Земля. Биогеоценозы – это природные образования. В то же время биогеоценоз может рассматриваться и как экосистема. Таким образом, понятие «экосистема» шире, чем «биогеоценоз». Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз..
Эквивалентным понятием биогеоценозу является геосистема (ландшафт, природно-территориальный комплекс) – с той лишь разницей, что понятие биогеоценоза более биоцентрично: если в нем живые организмы являются его основой, а неживые компоненты – лишь средой, то в теории о географическом ландшафте все его компоненты (горные породы, грунты, воды, воздух и биоценоз) – равнозначны. (Рис.3.)
А
Абиотическая
компонента
Допустимые
синонимы: косная среда, окружающая
среда, экотоп, биотоп Биотическая
компонента
Допустимые
синонимы:
Живое вещество,
биоценоз
Экосистема
Близкое понятие
биогеоценоз
А
экотоп биоценоз Б
Рис. 4. Структура экосистемы (А) и биогеоценоза
(по В.Н. Сукачеву,1972) (Б)
Биотическая компонента или биоценоз – совокупность растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробоценоз), населяющих относительно однородное жизненное пространство (биотоп) К. Мебиусом (1877).
Различают два основных типа биоценозов: естественный и антропогенный. Первый тип – это биотическое сообщество, в функционировании которого отсутствует влияние деятельности человека. Второй тип (или агробиоценоз) – это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и т. п.).
Между биоценозом ибиотопом существует тесное взаимодействие, основанное на постоянном обмене веществом и энергией. Этот обмен осуществляют следующие типы организмов по пищевым (трофическим цепям): (рис. 1.5): 1)организмы – продуценты; 2) организмы – потребители (консументы) и 3) организмы – редуценты (деструкторы)
Продуценты
Консументы I порядка
Консументы II порядка
Редуценты
Минеральные вещества
Рис. 5. Схема переноса веществ (сплошная линия) и энергии (пунктирная линия) в природных экосистемах.
Жизнедеятельность биогеоценоза определяется растительностью (фитоценозом). В ней аккумулируется солнеяная энергия, под воздействием которой протекают все химические и физиологические процессы. Энергия солнца накапливается только на первом энергетическом уровне – в земных растениях. Остальные уровни служат лишь для дальнейшей передачи и использования этой энергии. Поэтому именно земные растения называют продуцентами.
* Продуценты – это автотрофные (самопитающиеся) организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию, т.е. синтезирующие органические вещества из неорганической среды (это земные растения, микроскопические водоросли и др.).
* Консументы – это гетеротрофные организмы, которые потребляют первичную продукцию и накопленную в ней энергию, т.е. для них продуценты представляют собой единственный источник питания. Они бывают 1 порядка (растительноядные), 2 порядка (плотоядные), 3 порядка (хищники) и т.д.
* Редуценты (деструкторы) – это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки в процессе деструкции до неорганических соединений (бактерии, грибы, микроорганизмы).
Именно в однонаправленной последовательности по пищевым (трофическим) цепям от продуцентов к редуцентам (например, трава – кузнечик – лягушка – цапля – коршун или трава – курица – человек – червь) происходит ступенчатая передача биомассы, что обеспечивает постоянный поток свободной энергии (рис. .5.).
Взаимосвязь и взаимозависимость всех компонентов биогеоценоза (экосистемы) – это основная его особенность. Поскольку преобразующая антропогенная деятельность направлена прежде всего на биогеоценозы (экосистемы), человек прямо или косвенно влияет на эти связи и может существенно их нарушать.
Каждый человек должен помнить, что в процессе производства он влияет не на «природу» вообще, а на определенные «биогеоценозы». Человек не просто вырубывает лес, а уничтожает биогеоценоз, не выбрасывает отходы производства в окружающую среду, а нарушает связи в биогеоценозах, изменяет не природу, а участок экосистемы.