Экологические системы

Индивиды любого вида живого всегда представлены в природной среде не изолированными отдельности, а только определенным образом организованными совокупностями.

Особи любого вида живых организмов распределены в пределах ареала неравномерно. Наблюдения показывают, что существует “островная” форма распределения групп особей и форма “сгущений”. Участки с относительно высокой встречаемостью особей данного вида чередуются с участками с низкой плотностью. “Центры плотности” населения каждого вида и являются, как правило, популяциями. Популяция - первая надорганизменная структурная единица вида.

Популяция - это минимально самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.

Основными экологическими характеристиками популяции являются;

• величина по занимаемому пространству и численности особей;

• структура – возрастная, половая и т.д.;

• динамика.

Популяции разных видов в природных условиях объединяются в системы более высокого ранга - сообщества и биоценозы. Термин “биоценоз” был предложен немецким зоологом К. Мебиусом и обозначает организованную группу популяций растений, животных и микроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию в пределах определенного объема пространства.

Любой биоценоз занимает определенный участок абиотической среды. Пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов, называют биотопом.

Биоценоз населяет строго определенный биотоп, а потому более или менее четко ограничен в пространстве. Он обязательно состоит из продуцентов, консументов и редуцентов.

Размеры биоценотических группировок организмов чрезвычайно разнообразны - от сообщества на стволе дерева или на болотной моховой кочке до биоценоза ковыльчатой степи.

В пределах биоценоза различают фитоценоз, зооценоз и микробиоценоз. При этом ни фитоценоз, ни зооценоз, ни микробиоценоз в чистом виде в природе не встречаются, как и биоценоз в отрыве от биотопа.

Академик Сукачев В.Н. предложил термин биогеоценоз, который определил как совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира организмов, почвы и гидрологических условий) на определенном участке поверхности Земли. Граница биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).

Экологическая система – это совокупность популяций различных видов растений, животных и микроорганизмов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что вся эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время. Примером экологических систем являются луг, озеро, лес, океан.

Провести четкую грань между биоценозом, всегда занимающим определенный биотоп, и экосистемой, представляющей единство биоценоза и биотопа, достаточно трудно.

Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экосистемы, является принцип Ле Шателье – Брауна: «При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется».

Термины экосистема и биогеоценоз не являются синонимами. Понятие экосистема шире и полностью охватывает понятие биогеоценоз.

Самой крупной природной экосистемой Земли является биосфера.

Наиболее крупные наземные биосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли (пустынные, травянистые, лесные), называют биомами, а основные экосистемы, существующие в водной сфере (гидросфере), - водными экосистемами. Каждый биом включает себя целый ряд меньших по размеру экосистем.

Принцип экологической комплиментарности (дополнительности): «Никакая функциональная часть экосистемы (экологический компонент, элемент, вид, популяция и др.) не может существовать без других функционально дополняющих частей».

Принцип экологической конгруэнтности (соответствия): «Дополняя друг друга, живые и неживые составляющие экосистемы взаимно приспосабливаются».

Исходя из того, что любая экосистема делится на совокупность организмов и совокупность абиотических факторов, Сукачев В.Н. предложил следующую структуру биогеоценоза:

• живая составляющая – фитоценоз, зооценоз и микробиоценоз;

• экотоп – то, откуда биоценоз черпает средства для

существования и куда выделяет продукты жизнедеятельности.

В свою очередь, экотоп состоит из климата во всех многообразных его проявлениях (климатопа) и геологической среды (почв, грунтов), называемой эдафотопом (от греческого эдафос – почва).

В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется органическое вещество, то есть экосистема обладает определенной продуктивностью биомассы. Продуктивность – это скорость производства биомассы в единицу времени, которую нельзя взвесить, а можно только рассчитать в единицах энергии или накопления органического вещества.

При предании одних организмов другими пища (вещество и энергия) переходит с одного уровня на последующий. Непереваренная часть пищи выбрасывается. Животные, обладающие пищеварительным каналом, выделяют фекалии (экскременты) и конечные органические отходы метаболизма (экскреты), например мочевину; и в том и в другом содержится некоторое количество энергии. Как животные, так и растения теряют часть энергии при дыхании.

Энергию, оставшуюся после потерь из-за дыхания, пищеварения, экскреции, организмы используют для роста размножения и процессов жизнедеятельности. Расход потребленной животными энергии определяется уравнением:

Рост + дыхание (жизнедеятельность) + размножение + фекалии + экскреты = потребленная пища.

Различают первичную и вторичную продуктивность. Первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами в ходе фотосинтеза или химического синтеза (хемопродуцентами). Вторичная продуктивность – скорость накопления энергии консументами.

Ежегодно на Земле растения образуют в пересчете на сухое вещество 170 миллиардов тонн биомассы, эквивалентной 3,2, умноженной на 10 в 18-ой степени кДж.