3. Гомеостаз и открытость экосистем

Естественные экосистемы, например леса, степи, водоемы, существуют в течение длительного времени – десятков и даже сотен лет, то есть обладают определенной стабильностью во времени и пространстве. Для поддержания стабильности системы необходима сбалансированность потоков веществ и энергии, процессов обмена веществ между организмами и окружающей их средой. Конечно, ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, неподвижной: численность одних видов может увеличиваться, а других уменьшаться. Подобные процессы имеют более или менее правильную периодичность и в целом не выводят систему из равновесия.

Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит название гомеостаза. Гомеостатичность – важнейшее условие существования любой экосистемы.

В естественном биогеоценозе гомеостаз поддерживается тем, что такая система открыта, то есть непрерывно получает энергию и вещество из окружающей среды. Поток энергии направлен во внутрь системы. Часть поступающей солнечной энергии преобразуется сообществом живых организмов экосистемы 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).

Итак, все экосистемы, даже самая крупная – биосфера, являются открытыми системами: они должны получать и отдавать энергию, быть открытыми для потоков веществ, для иммиграции и эмиграции организмов. Поэтому концепция экосистемы должна учитывать существование связанных между собой и необходимых для функционирования и самоподдержания экосистемы среды на входе и среды на выходе.

Т. о., экосистема = среда на входе + собственно система + среда на выходе.

Данная схема решает проблему, связанную с проведением границ рассматриваемой единицы, поскольку в этом случае не имеет значения, как мы вычленяем исследуемую часть экосистемы. Часто удобным оказываются естественные границы, например, берег озера или опушка леса, или административные границы, например, границы города, в любом случае мы может ограничиться условными границами.

Масштабы изменений среды на входе и на выходе чрезвычайно сильно варьируют и зависят от нескольких переменных, например от:

1. размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей);

2. интенсивности обмена (чем он интенсивней, тем больше приток и отток);

3. сбалансированности между производством и потреблением пищи (чем сильнее нарушено это равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления);

4. стадии и степени развития системы.

Следовательно, для обширной, поросшей лесом горной местности перепад между средой на входе и средой на выходе значительно меньше, чем у небольшого ручья или у города.