Классификация и свойства экосистем

       Экосистемы. Основные понятия и  структура экосистем

       Основные понятия экосистем 

     Экосистема - информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов  и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах характерного для определенного участка биосферы времени и пространства обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (и между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих.

     Сложение  экосистем в значительной мере зависит  от их функциональной «предназначенности» и наоборот. Это замечание исходит из принципа экологической комплементарности: никакая функциональная часть экосистемы (экологический компонент, элемент и т. п.) не может существовать без других функционально дополняющих частей.

     Закон формирования экосистемы: длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополняют друг друга и соответственно приспособлены друг к другу. Это обеспечивает воспроизводство среды обитаний каждого вида и относительно неизменное существование всех экологических компонентов.

     Второй  экологический закон, по Ю. Н. Куражсковскому: «закон сохранения жизни: жизнь может  существовать только в процессе движения через живое тело потока вещества, энергии и информации. Прекращение движения в этом потоке прекращает жизнь». Этот принцип справедлив и для любых экологических образований и вообще многих природных систем, даже непосредственно не связанных с живым.

     В начале 70-х гг. Реймерс Н. Ф. сформулировал  закон внутреннего динамического равновесия, а затем четыре основных следствия из него. Формулировка закона: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем (в том числе экосистем) и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии. Важные следствия из закона внутреннего динамического равновесия:

     1. Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических  качеств экосистем) неизбежно  приводит к развитию природных  цепных реакций, идущих в сторону  нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер;

     2. Взаимодействие вещественно-энергетических  экологических компонентов (энергия,  газы, жидкости, субстраты, организмы-продуценты, консументы и редуценты), информации и динамических качеств природных систем количественно нелинейно, т. е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других (и во всей системе в целом);

     3. Производимые в крупных экосистемах изменения относительно необратимы - проходя по их иерархии снизу вверх, от места воздействия до биосферы в целом, они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень;

     4. Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала (правило «тришкина кафтана»), увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений.

     Исходя  из данных, накопленных экологией, с  учетом вышеприведенных обобщений  возможно сформулировать принцип экологической (рабочей) надежности: эффективность  экосистемы, ее способность к самовосстановлению и саморегуляции (в пределах естественных колебаний) зависит от ее положения в иерархии природных образований, степени взаимодействия ее компонентов и элементов, а также от частных приспособлений организмов, составляющих биоту экосистемы. Разнообразие, сложность и другие морфологические черты экосистемы имеют неодинаковое значение и подчинены степени ее эволюционной и сукцессионной зрелости. Если снижение разнообразия приводит к резкому дисбалансу в «притертости» частей экосистемы, а это случается достаточно часто, то упрощение системы чревато заметным снижением ее надежности.

     Сдвигая динамически равновесное состояние  природных систем с помощью значительных вложений энергии (путем агротехнических  приемов), люди нарушают соотношение  экологических компонентов, достигая увеличения полезной продукции (урожая) или состояния среды, благоприятного для жизни человека. Если эти сдвиги «гаснут» в иерархии природных систем и не вызывают термодинамического разлада, положение благоприятно. Однако излишнее вложение энергии и возникающий в результате вещественно-энергетический разлад ведут к снижению природно-ресурсного потенциала вплоть до опустынивания территории, происходящего без компенсанции: вместо цветущих садов возникают пустыни. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Структура экосистем 

     Экосистемы существуют везде - в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них. 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.

     Самая крупная природная экосистема на Земле - это биосфера. Граница между крупной экосистемой и биосферой столь же условна, как и между многими понятиями в экологии. Различие преимущественно состоит в такой характеристике биосферы, как глобальность и большая условная замкнутость (при термодинамической открытости). Прочие же экосистемы Земли вещественно практически не замкнуты.

     Биомы - наиболее крупные наземные экосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли (пустынные, травянистые, лесные); водные экосистемы - основные экосистемы, существующие в водной сфере (гидросфере).

     Любую экосистему прежде всего можно разделить  на совокупность организмов и совокупность неживых (абиотических) факторов окружающей природной среды.

     В свою очередь экотоп состоит из климата  во всех многообразных его проявлениях  и геологической среды (почв и  грунтов), называемой эдафотопом. Эдафотоп - это то, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты жизнедеятельности.

     Структура живой части биогеоценоза определсяется  трофоэнергетическими связями и  отношениями, в соответствии с которыми выделяют три главных функциональных компонента: комплекс автотрофных организмов-продуцентов, обеспечивающих органическим веществом и, следовательно, энергией остальные организмы (фитоценоз (зеленые растения), а также фото- и хемосинтезирующие бактерии); комплекс гетеротрофных организмов-консументов, живущих за счёт питательных веществ, созданных продуцентами; во-первых, это зооценоз (животные), во-вторых, бесхлорофилльные растения; комплекс организмов-редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробиоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мертвым органическим веществом).

     Примеры экосистем: участок лесного массива, пруд, гниющий пень, особь, заселенная микробами или гельминтами - являются экосистемами. Понятие экосистемы, таким образом, применимо к любой совокупности живых организмов и их местообитания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Экологические факторы 

     Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания. Множество отдельных компонентов среды, влияющих на организмы, называются экологическими факторами.

     По  природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

     Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга.

     Раньше  к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые  организмы, однако в настоящее время  выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.

     Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе и  человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.

     Законы  воздействия экологических факторов на живые организмы.

     Несмотря  на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения, существуют некоторые общие правила  и закономерности их воздействия на живые организмы.

     Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия  среды обитания благоприятны, за исключением  одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.

     В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либиха американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности. Согласно закону толерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору.

     Благоприятный диапазон действия экологического фактора  называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно.

     В соответствии с законом толерантности  любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.

     Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические  условия, называют стенобиотными, а  виды, приспосабливающиеся к экологической  обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибиотными.

     Среди законов, определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей его средой, выделим правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.

     Абиотические  факторы среды обитания.

     Абиотические  факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.