Экологические системы и закономерности их существования

Все организмы и факторы среды на Земле в конечном счете находятся в тесной или отдаленной связи между собой. Но так как земная поверхность неоднородна, возникли более или менее разграниченные комплексы таких взаимоотношений. Исторически сложившееся сообщество всех совместно обитающих организмов на определенной территории называют биоценозом. Совокупность всех абиотических факторов их местообитания — экотоп.

Совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом веществ, называют экологической системой (экосистемой). Этот термин был предложен в 1935 году английским ученым Артуром Тенсли.

В 1942 году Владимир Николаевич Сукачев предложил термин биогеоценоз.

Биогеоценоз — исторически сложившийся комплекс взаимосвязанных видов или популяций разных видов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования.

Экосистема и биогеоценоз — понятия близкие, но не синонимы. В обоих случаях это устойчивые взаимодействующие системы живых организмов и среды, в которых осуществляется поток энергии и круговорот веществ, но экосистема — понятие более широкое. Экосистема — это и капля воды, и тундра, и космическая станция, и сооружение для биологической очистки сточных вод. Биогеоценозы — образования, имеющие свои четкие границы, соответствующие определенному типу растительных сообществ. Они способны формироваться на любом участке земной поверхности, могут быть лесными, степными, луговыми, болотными. Пространственная структура большинства биогеоценозов связана с ярусами фитоценоза. Любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может являться биогеоценозом.

В структуре экосистемы можно выделить две главные составляющие.

Первая — абиотическое окружение, или экотоп, т. е. весь комплекс факторов неживой природы, из которой биоценоз черпает средства к существованию и куда выделяет продукты обмена. Экотоп состоит из совокупности климатических, атмосферных, почвенно-грунтовых и водных факторов.

Вторая составляющая экосистемы — биоценоз, который включает сообщества растений — фитоценоз, животных — зооценоз, грибов — микоценоз, микроорганизмов — микробоценоз.

Функциональная структура экосистемы Абиотические факторы среды.

• 2. Продуценты — автотрофные организмы (растения, фотои хемосинтезирующие бактерии).
• 3. Консументы — гетеротрофные организмы (животные).
• 4. Редуцентыдоводят распад использованной или отмершей биомассы до простых неорганических веществ (воды, углекислого газа, аммиака), пригодных для нового усвоения гетеротрофными организмами.

Таким образом, продуценты, консументы и редуценты объединены переносом энергии и веществ и представляют определенные трофические уровни в биогеоценозе.

Представители разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы в цепи питания.

Закономерности существования экологических систем Круговорот веществ. Он предполагает прохождение одних и тех же химических элементов по цепям питания и возвращение в экотоп:

Рис. 18.

2. Односторонний поток энергии. В отличие от химических элементов, круговорот энергии в экосистемах не происходит. Её поток однонаправлен. При переходе от одного трофического уровня к другому аккумулируется лишь около 10% поступившей энергии на построение вещества своего тела. Основная часть потребляемой с пищей энергии идет на поддержание процессов жизнедеятельности — испарение, дыхание, движение, то есть теряется.

В экологических системах действует правило экологической пирамиды — каждое последующее звено в цепи питания содержит вещества и энергии в десять раз меньше, чем предыдущее звено. Потеря энергии на каждом трофическом уровне означает, что на высших трофических уровнях количество ее невелико, поэтому пищевые цепи состоят обычно не более чем из 4−5 трофических уровней. Графическим изображением данного правила служат экологические пирамиды.

Экологическая пирамида — это графическое изображение соотношения между продуцентами и консументами разных порядков, выраженное в единицах энергии (заключенной в массе живого вещества) — пирамида энергий, в единицах биомассы (пирамида биомасс) или числа особей (пирамида чисел).

Биомасса, создаваемая за единицу времени продуцентами, составляет первичную продукцию, а консументами — вторичную продукцию.

3. Экологический гомеостаз. Экосистемы способны к поддержанию гомеостаза — относительного постоянства числа видов и численности популяций этих видов в биоценозе по принципу действия отрицательной обратной связи. Колебания растительной биомассы сопряжены с численностью травоядных, от которых зависит количество хищников. Саморегуляция биогеоценоза связана с поддержанием определенной численности организмов в популяциях на всех трофических уровнях пищевых цепей.

Пример: увеличение количества шишекувеличение числа белок увеличение числа куниц уменьшение числа белок уменьшение числа куниц увеличение числа белок и т. д.

4. Экологическая сукцессия. Экосистемы не являются стабильными образованиями. Любой биогеоценоз представляет собой открытую систему, непрерывно изменяющуюся и развивающуюся.

Сукцессия — закономерное изменение биогеоценоза во времени, возникающее, во-первых, за счет изменения организмами биогеоценоза среды обитания и общего количества органического вещества и, во-вторых, как результат сложных взаимодействий внутри биоценоза. Возможны сукцессии двух типов: конструктивные, в течение которых в экотопе постепенно накапливается до определенного предела биомасса, и деструктивные, при которых постепенно разрушается накопленная ранее биомасса, превращаясь в неорганические соединения. Конструктивные сукцессии могут быть первичными и вторичными. Первичные сукцессии заключаются в формировании нового биогеоценоза на первично свободном субстрате (скалы, песчаные наносы, вулканическая лава), а вторичные сукцессии восстанавливают повреждения (естественные или нанесенные человеком) на месте ранее существовавших сообществ (последствия бури, пожара, вырубки леса, выпаса скота).

Конструктивные сукцессии биоценозов заканчиваются формированием климаксного сообщества, характеризующегося длительной устойчивостью, большим видовым разнообразием. Каким будет конечный результат развития экосистем, прежде всего зависит от климатических, почвенно-водных и топографических условий. Например: в средней полосе России коренным биогеоценозом является лес; на севере — тундра; на юге — степь.