Принципы функционирования
Компоненты и процессы, обеспечивающие функционирование экосистемы, показаны на рисунке 7. Упрощенная блоковая модель схематично представляет взаимодействие трех основных компонентов, а именно: сообщества, потока энергии и круговорота веществ. Поток энергии направлен в одну сторону; часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом и переходит на качественно более высокую ступень, трансформируясь в органическое вещество, представляющее собой более концентрированную форму энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии деградирует, проходит через систему и покидает ее в виде низкокачественной тепловой энергии(тепловой сток). Энергия может накапливаться, затем снова высвобождаться или экспортироваться, как показано на схеме, но ее нельзя использовать вторично. В отличие от энергии элементы питания, в том числе биогенные элементы, необходимые для жизни (углерод, азот, фосфор и т.д.), и вода могут использоваться многократно. Эффективность повторного использования и размеры импорта и экспорта элементов питания сильно варьируют в зависимости от типа экосистемы.
На рисунке 7 в схеме блоковой модели каждому блоку диаграммы придана определенная форма, которая указывает ее общую функцию. Из надписи на схеме видно, что кругом обозначен источник энергии, фигурами U-образной формы с крышечкой - хранилища энергии, u-образной - автотрофы (зеленые растения, способные переводить солнечную энергию в органические вещества), а шестиугольниками - гетеротрофы (организмы, нуждающиеся в готовой пище).
На функциональной схеме (рис. 7) сообщество изображено в виде пищевой сети, образованной автотрофами и гетеротрофами, связанными между собой соответствующими потоками энергии, круговоротами биогенных элементов и депонирующими единицами.
Все экосистемы, даже самая крупная - биосфера, являются открытыми системами: они должны получать и отдавать энергию. Разумеется, экосистемы, входящие в биосферу, также в разной степени открыты для потоков веществ, для иммиграции и эмиграции организмов. Поэтому необходимо учитывать существование связанных между собой и необходимых для функционирования и самоподдержания экосистемы сред: среды на входе и среды на выходе. Эта особенность подчеркивается рисунком 8: в концептуально законченную экосистему входит среда на входе, среда на выходе и система (определение которой уже дано), т.е. экосистема=IE+S+OE. Данная схема решает проблему, связанную с проведением границ рассматриваемой единицы, поскольку в этом случае не имеет значения, как мы вычленяем исследуемую часть экосистемы. Часто удобными оказываются естественные границы (например берег озера или опушка леса) или административные (например границы города), но если эти границы можно точно определить геометрически, то они могут быть и условными. Конечно, экосистема не ограничена "ящиком" в центре схемы, поскольку если бы этот "ящик" был герметичным, то его живое содержимое (озеро или пруд) не вынесло бы такого заключения. Функционирующая реальная экосистема должна иметь вход и в большинстве случаев пути оттока переработанной энергии и веществ. Масштабы изменений среды на входе и на выходе чрезвычайно сильно варьируются и зависят от нескольких переменных, например: 1) от размеров экосистемы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей); 2) интенсивности обмена (чем он интенсивнее, тем больше приток и отток); 3)сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов(чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления); 4) стадии и степени развития системы (молодые системы отличаются от зрелых). Следовательно, для обширной, поросшей лесом горной местности перепад между средой на входе и средой на выходе значительно меньше, чем у небольшого ручья или города.
Таким образом, в структуре и функциях экосистемы воплощены все виды активности всех организмов, входящих в данное биологическое сообщество, - их взаимодействия с физической средой и друг с другом. Следует, однако, постоянно помнить о том, что организмы живут для самих себя, а не для того, чтобы играть туили иную роль в экосистеме, подобно тому как актер играет определенную роль в спектакле. Свойства экосистемы слагаются из деятельности входящих в нее растений и животных.Лишь учитывая это, мы можем прийти к пониманию ее структуры и функции.