Способность экосистемы. Шпаргалка: Экосистема и ее свойства

Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам. Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

• 1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов
• 2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
• 3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера. Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических. Таким образом, устройство природы следует рассматривать как системное целое , состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Грозящая всему человечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которым должна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человека выведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразия взаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивое состояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед за ней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шанс приспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и скорее всего исчезнет первым. Поучительным и наглядным тому примером является история острова Пасхи. На одном из полинезийских островов, носящем название острова Пасхи, в результате сложных миграционных процессов в VII веке возникла замкнутая изолированная от всего мира цивилизация. В благоприятном субтропическом климате она за сотни лет существования достигла известных высот развития, создав самобытную культуру и письменность, до наших дней не поддающуюся расшифровке. А в XVII веке она без остатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затем погубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитян не осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные «ноевы ковчеги» - лодки или плоты. В память о себе исчезнувшее сообщество оставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами - свидетелями былого могущества. Итак, экосистема является важнейшей структурной единицей устройства окружающего мира. Как видно, основу экосистем составляют живое вещество, характеризующееся биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов.

Экосисте́ма , или экологи́ческая систе́ма (от древнегреческого οἶκος - жилище, местопребывание и σύστημα - система) - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз ), среды их обитания (биотоп ), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.

Ученые дифференцируют экосистемы на микроэкосистемы (например, дерево), мезоэкосистемы (лес, пруд) и макроэкосистемы (океан, континент). Глобальной экосистемой стала биосфера.

Существуют свойства-признаки, которые позволяют определить понятие экосистемы, выступающей в качестве объекта правового регулирования. К ним относятся:

1. Замкнутость экосистемы . Ее самостоятельное функционирование. Можно сказать, что, например, капля воды, лес, море и т.д. являются экосистемами, поскольку в каждом из этих объектов функционирует собственная устойчивая система организмов (инфузорий в капле, рыб в море и т.п.). Замкнутость экологических систем обязывает всех природопользователей учитывать экологические последствия своих действий даже в том случае, если нет видимых проявлений воздействия на природу. Так, прокладка дороги на открытой местности, на первый взгляд, не влияет на окружающую природную среду. Но при определенных условиях дорога может стать источником экологического бедствия, например, если она будет проложена без учета стока паводковых вод, которые, накапливаясь, могут разрушить земляной покров.

2. Взаимосвязь экосистем . Этот признак обусловливает необходимость комплексного подхода при использовании природных объектов, который на практике получил название ландшафтного. Например, при отводе земель под пахотные угодья или проведении мелиорации необходимо учитывать миграционные пути представителей дикой фауны, сохранять нетронутыми отдельные кустарники, болота, перелески и т.д., то есть не нарушать сложившийся в данной местности ландшафт. Ландшафтный подход позволяет обеспечить общий экологический приоритет в природопользовании, в соответствии с которым все виды использования природных объектов должны быть подчинены требованиям экологического благополучия окружающей природной среды.

3. Биопродуктивность. Данный признак способствует самовоспроизводству экосистемы, выполнению той или иной функции, что определяет в результате различный правовой статус природного объекта. Так, земли повышенного плодородия нужно отводить для нужд сельского хозяйства, а для других целей - малопродуктивные. Продуктивность также учитывают при установлении платы за пользование природным объектом, при налогообложении, в случае возмещения ущерба или наступления страхового события.

Пример экосистемы - пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма.

Другой пример экологической системы - лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов.

Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

Экосистема - это сложная, самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, таковыми не являются аквариум или трухлявый пень.

Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами. Иногда для них употребляют понятие - фация (например, в геоэкологии), но оно не способно в полной мере описать такие системы, особенно искусственного происхождения.

Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы - поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции Солнца, - в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде. Исключением являются глубоководные экосистемы («чёрных» и «белых» курильщики), источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

В соответствии с определениями между понятиями «экосистема» и «биогеоценоз» нет никакой разницы, биогеоценоз можно считать полным синонимом термина экосистема. Однако существует распространённое мнение, согласно которому биогеоценоз может служить аналогом экосистемы на самом начальном уровне, так как термин «биогеоценоз» делает бо́льший акцент на связь биоценоза с конкретным участком суши или водной среды, в то время как экосистема предполагает любой абстрактный участок. Поэтому биогеоценозы обычно считаются частным случаем экосистемы.

В экосистеме можно выделить два компонента - биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества - консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 - 1 %, редко 3 - 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

Обычно понятие экотоп определялось как местообитание организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и др. Однако, в этом случае это понятие фактически почти идентично понятию климатоп .

Например, изливающаяся в океан лава на острове Гавайи формирует новый прибрежный экотоп.

В настоящее время под экотопом, в отличие от биотопа, понимается определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов, микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде. Примерами экотопа могут служить наносные грунты, новообразовавшиеся вулканические или коралловые острова, вырытые человеком карьеры и другие заново образовавшиеся территории. В этом случае климатоп является частью экотопа.

Биотоп - преобразованный биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза.

Тема 1.2. : Экосистема и ее свойства

1.Экосистема - основное понятие экологии ……………………………………………4

2. Биотическая структураэкосистем……………………………………………………5.

3.Экологические факторы ……………………………………………………………….6

4.Функционирование экосистем………………………………………………………..12

5.Воздействие человека на экосистему………………………………………………...14

Заключение……………………………………………………………………………….16

Списоклитературы……………………………………………………………………….17

Введение

Слово «экология» образовано из двух греческих слов: «oicos», что означает дом, жилище,и «logos» - наука и дословно переводится как наука о доме,местообитании. Впервые этот термин использовал немецкий зоолог Эрнст Геккель в1886 году, определив экологию как область знаний, изучающую экономику природы,- исследование общих взаимоотношений животных как с живой, так и с неживойприродой, включающей все как дружественные, так и недружественные отношения, скоторыми животные и растения прямо или косвенно входят в контакт. Такоепонимание экологии стало общепризнанным и сегодня классическая экология - это наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

Живоевещество настолько многообразно, что его изучают на разных уровнях организациии под разным углом зрения.

Различаютследующие уровни организации биосистем (См. приложения (рис. 1)).

Уровниорганизмов, популяций и экосистем являются областью интересов классическойэкологии.

Взависимости от объекта исследования и угла зрения, под которым он изучается, вэкологии сформировались самостоятельные научные направления.

По размерностиобъектов изучения экологию делят на аутэкологию (организм и его среда),популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (сообщества и ихсреда), биогеоцитологию (учение об экосистемах) и глобальную экологию (учениео биосфере Земли).

Взависимости от объекта изучения экологию подразделяют на экологиюмикроорганизмов, грибов, растений, животных, человека, агроэкологию,промышленную (инженерную), экологию человека и т.п.

По средами компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, моря, пустынь,высокогорий и других средовых и географических пространств.

Кэкологии часто относят большое количество смежных отраслей знаний, главнымобразом из области охраны окружающей среды.

В даннойработе рассмотрены прежде всего основы общей экологии, то естьклассическиезаконы взаимодействия живых организмов с окружающей средой.

1.Экосистема - основное понятие экологии

Экология рассматриваетвзаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых,происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и,во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчиненозаконам.

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов,взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обменавеществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая системасохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

Таким образом, дляестественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательнопредставляет собой совокупность живых и неживых компонентов ((см. приложение(рис. 2));

2) в рамках экосистемыосуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества изаканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3) экосистема сохраняетустойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определеннойструктурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, лес,пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

Как видно из примеров, более простые экосистемы входятв более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организациисистем, в данном случае экологических.

Таким образом, устройствоприроды следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных однав другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема- биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всемиживыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Грозящая всемучеловечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которымдолжна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человекавыведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразиявзаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивоесостояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед заней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шансприспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и скорее всегоисчезнет первым. Поучительным и наглядным тому примером является историяострова Пасхи.

На одном изполинезийских островов, носящем название острова Пасхи, в результате сложныхмиграционных процессов в VII веке возникла замкнутая изолированная от всегомира цивилизация. В благоприятном субтропическом климате она за сотни летсуществования достигла известных высот развития, создав само-бытную культуру иписьменность, до наших дней не поддающуюся расшифровке. А в XVII веке она безостатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затемпогубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитянне осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные «ноевыковчеги» - лодки или плоты. В память о себе исчезнувшее сообществооставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами - свидетелямибылого могущества.

Итак, экосистема являетсяважнейшей структурной единицей устройства окружающего мира. Как видно из рис. 1(см. приложение), основу экосистем составляют живое вещество, характеризующеесябиотической структурой , и среда обитания,обусловленная совокупностью экологических факторов . Рассмотрим ихболее подробно.

2. Биотическая структура экосистем

Экосистема основана наединстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется вследующем. Из элементов неживой природы, главным образом молекул CO2 и H2O, подвоздействием энергии солнца синтезируются органические вещества, составляющиевсе живое на планете. Процесс создания органического вещества в природе происходитодновременно с противоположным процессом - потреблением и разложением этоговещества вновь на исходные неорганические соединения. Совокупность этихпроцессов протекает в рамках экосистем различных уровней иерархии. Чтобы этипроцессы были уравновешены, природа за миллиарды лет отработала определенную структуруживого вещества системы .

Движущей силой в любойматериальной системе служит энергия. В экосистемы она поступает главным образомот Солнца. Растения за счет содержащегося в них пигмента хлорофилла улавливаютэнергию излучения Солнца и используют ее для синтеза основы любогоорганического вещества - глюкозы C6H12O6.

Кинетическая энергиясолнечного излучения преобразуется таким образом в потенциальную энергию,запасенную глюкозой. Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральнымиэлементами питания - биогенами - образуются все тканирастительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то естьорганическое вещество планеты.

Кроме растенийпродуцировать органическое вещество могут некоторые бактерии. Они создают своиткани, запасая в них, как и растения, потенциальную энергию из углекислого газабез участия солнечной энергии. Вместо нее они используют энергию, котораяобразуется при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа иособенно серы (в глубоких океанических впадинах, куда не проникает солнечныйсвет, но где в изобилии скапливается сероводород, обнаружены уникальныеэкосистемы). Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому организмыназываются хемосинтетиками .

Таким образом, растения ихемосинтетики создают органическое вещество из неорганических составляющих спомощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами .Высвобождение запасенной продуцентами потенциальной энергии обеспечиваетсуществование всех остальных видов живого на планете. Виды, потребляющиесозданную продуцентами органику как источ-ник вещества и энергии для своейжизнедеятельности, называются консументами или гетеротрофами .

Консументы - это самыеразнообразные организмы (от микроорганизмов до синих китов): простейшие,насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включаячеловека.

Консументы, в своюочередь, подразделяются на ряд подгрупп в соответствии с различиями висточниках их питания.

Животные, питающиесянепосредственно продуцентами, называются первичными консументами иликонсументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы.Например, кролик, питающийся морковкой, - это консумент первого порядка, алиса, охотящаяся за кроликом, - консумент второго порядка. Некоторые виды живыхорганизмов соответствуют нескольким таким уровням. Например, когда человек естовощи - он консумент первого порядка, говядину - консумент второго порядка, аупотребляя в пищу хищную рыбу, выступает в роли консумента третьего порядка.

Первичные консументы,питающиеся только растениями, называются растительноядными или фитофагами .Консументы второго и более высоких порядков - плотоядные . Виды,употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным,например, человек.

Мертвые растительные иживотные остатки, например опавшие листья, трупы животных, продукты системвыделения, называются детритом. Это органика! Существует множество организмов,спе-циализирующихся на питании детритом. Они называются детритофагами .Примером могут служить грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.п. Каки в случае обычных консументов, различают первичных детритофагов, питающихсянепосредственно детритом, вторичных и т. п.

Наконец, значительнаячасть детрита в экосистеме, в частности опавшие листья, валежная древесина, всвоем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессепитания ими грибов и бактерий.

Поскольку роль грибов ибактерий столь специфична, их обычно выделяют в особую группу детритофагов иназывают редуцентами . Редуценты служат на Земле санитарами изамыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на исходныенеорганические составляющие - углекислый газ и воду.

Таким образом, несмотряна многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. Вкаждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения - продуценты, различныеуровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическуюструктуру экосистем .

3. Экологические факторы

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

По природе происхождениявыделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Абиотическиефакторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенновлияют на живые организмы.

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

Раньше к биотическимфакторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящеевремя выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком. Антропогенныефакторы - это все формы деятельности человеческого общества, которыеприводят к изменению природы как среды обитания и других видов инепосредственно сказываются на их жизни.

Таким образом, каждыйживой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, втом числе и человека, и, в свою очередь, оказывает воздействие на каждую изэтих составляющих.

Законы воздействия экологических факторов на живыеорганизмы

Несмотря на многообразиеэкологических факторов и различную природу их происхождения, существуютнекоторые общие правила и закономерности их воздействия на живые организмы.

Для жизни организмовнеобходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитанияблагоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающимдля жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитиеорганизма, поэтому называется лимитирующим фактором .Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничиваетнедостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света ит.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих первымэкспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания,который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал этоявление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.

В современнойформулировке закон минимума звучит так: выносливостьорганизма определяется самым слабым звеном в цепи его экологическихпотребностей. Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть нетолько недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей,перенасыщение почвы удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумомлимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либихаамериканский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности. Согласно законутолерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) можетбыть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон междуними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическуювалентность организма к данному фактору ((см. приложение рис. 3).

Благоприятный диапазондействия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора отоптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этотдиапазон называется зоной угнетения . Максимально и минимальнопереносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которыхсуществование организма или популяции уже невозможно.

В соответствии с закономтолерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим средуначалом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода можетрассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах онапросто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальномупочвообразованию в черноземной зоне.

Виды, для существованиякоторых необходимы строго определенные экологические условия, называютстенобиотными, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широкимдиапазоном изменения параметров, - эврибиотными.

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

Абиотические факторы среды обитания

Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живыеорганизмы. На рис. 5 (см. приложение) приведена классификация абиотическихфакторов. Начнем рассмотрение с климатических факторов внешнейсреды.

Температура являетсянаиболее важным климатическим фактором. От нее зависит интенсивность обменавеществ организмов и их географическое распространение. Любой организм способенжить в пределах определенного диапазона температур. И хотя для разных видоворганизмов (эвритермных и стенотермных) эти интервалы различны, для большинстваиз них зона оптимальных температур, при кото-рых жизненные функцииосуществляются наиболее активно и эффективно, сравнительно невелика. Диапазонтемператур, в которых может существовать жизнь, составляет примерно 300 С: от-200 до +100 ЬС. Но большинство видов и большая часть активности приурочены кеще более узкому диапазону температур. Определенные организмы, особенно встадии покоя, могут существовать по крайней мере некоторое время, при оченьнизких температурах. Отдельные виды микроорганизмов, главным образом бактерии иводоросли, способны жить и размножаться при температурах, близких к точкекипения. Верхний предел для бактерий горячих источников составляет 88 С, длясине-зеленых водорослей - 80 С, а для самых устойчивых рыб и насекомых - около50 С. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются болеекритическими, чем нижние, хотя многие организмы вблизи верхних пределовдиапазона толерантности функционируют более эффективно.

У водных животныхдиапазон толерантности к температуре обычно более узок по сравнению с наземнымиживотными, так как диапазон колебаний температуры в воде меньше, чем на суше.

Таким образом,температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Температурныеритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активностьрастений и животных.

Количество осадков и влажность - основные величины, измеряемые при изучении этого фактора.Количество осадков зависит в основном от путей и характера больших перемещенийвоздушных масс. Например, ветры, дующие с океана, оставляют большую часть влагина обращенных к океану склонах, в результате чего за горами остается«дождевая тень», способствующая формированию пустыни. Двигаясь вглубь суши, воздух аккумулирует некоторое количество влаги, и количествоосадков опять увеличивается. Пустыни, как правило, расположены за высокимигорными хребтами или вдоль тех берегов, где ветры дуют из обширных внутреннихсухих районов, а не с океана, например, пустыня Нами в Юго-Западной Африке.Распределение осадков по временам года - крайне важный лимитирующий фактор дляорганизмов.

Влажность - параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Абсолютнойвлажностью называют количество водяного пара в единице объема воздуха. В связис зависимостью количества пара, удерживаемого воздухом, от температуры идавления, введено понятие относительной влажности - это отношение пара,содержащегося в воздухе, к насыщающему пару при данных температуре и давлении.Так как в природе существуют суточный ритм влажности - повышение ночью иснижение днем, и колебание ее по вертикали и горизонтали, этот фактор наряду сосветом и температурой играет важную роль в регулировании активности организмов.Доступный живым организмам запас поверхностной воды зависит от количестваосадков в данном районе, но эти величины не всегда совпадают. Так, пользуясьподземными источниками, куда вода поступает из других районов, животные ирастения могут получать больше воды, чем от поступления ее с осадками. Инаоборот, дождевая вода иногда сразу же становится недоступной для организмов.

Излучение Солнца представляет собой электромагнитные волны различной длины. Оно совершеннонеобходимо живой природе, так как является основным внешним источником энергии.Надо иметь в виду то, что спектр электромагнитного излучения Солнца весьмаширок и его частотные диапазоны различным образом воздействуют на живоевещество.

Для живого вещества важныкачественные признаки света - длина волны, интенсивность и продолжительностьвоздействия.

Ионизирующееизлучение выбивает электроны из атомов и присоединяет их к другиматомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Его источникомслужат радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах, кроме того, онопоступает из космоса.

Разные виды живыхорганизмов сильно отличаются по своим способностям выдерживать большие дозырадиационного облучения. Как показывают данные большей части исследований,наиболее чувствительны к облучению быстро делящиеся клетки.

У высших растенийчувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеруклеточного ядра, а точнее объему хромосом или содержанию ДНК.

Газовый состав атмосферытакже является важным климатическим фактором. Примерно 3-3,5 млрд лет назадатмосфера содержала азот, аммиак, водород, метан и водяной пар, а свободныйки-слород в ней отсутствовал. Состав атмосферы в значительной степениопределялся вулканическими газами. Из-за отсутствия кислорода не существовалоозонового экрана, задерживающего ультрафиолетовое излучение Солнца. С течениемвремени за счет абиотических процессов в атмосфере планеты стал накапливатьсякислород, началось формирование озонового слоя.

Ветер способен даже изменять внешний вид растений, особенно в тех местообитаниях,например в альпийских зонах, где лимитирующее воздействие оказывают другиефакторы. Экспериментально показано, что в открытых горных местообитаниях ветерлимитирует рост растений: когда построили стену, защищавшую растения от ветра,высота растений увеличилась. Большое значение имеют бури, хотя их действиесугубо локально. Ураганы и обычные ветры способны переносить животных ирастения на большие расстояния и тем самым изменять состав сообществ.

Атмосферное давление ,по-видимому, не является лимитирующим фактором непосредственного действия,однако оно имеет прямое отношение к погоде и климату, которые оказываютнепосредственное лимитирующее воздействие.

Водные условия создаютсвоеобразную среду обитания организмов, отличающуюся от наземной прежде всегоплотностью и вязкостью. Плотность воды примерно в 800 раз, а вязкость примерно в 55 раз выше, чем у воздуха. Вместе с плотностью и вязкостью важнейшими физико-химическими свойствами водной среды являются:температурная стратификация, то есть изменение температуры по глубине водногообъекта и периодические изменения температуры во времени, а такжепрозрачность воды, определяющая световой режим под ееповерхностью: от прозрачности зависит фотосинтез зеленых и пурпурныхводорослей, фитопланктона, высших растений.

Как и в атмосфере, важнуюроль играет газовый состав водной среды. В водных местообитанияхколичество кислорода, углекислого газа и других газов, растворенных в воде ипотому доступных организмам, сильно варьируется во времени. В водоемах свысоким содержанием органических веществ кислород является лимитирующимфактором первостепенной важности.

Кислотность - концентрация водородных ионов (рН) - тесно связана с карбонатной системой.Значение рН изменяется в диапазоне от 0 рН до 14: при рН=7 среда нейтральная,при рН<7 - кислая, при рН>7 - щелочная. Если кислотность не приближаетсяк крайним значениям, то сообщества способны компенсировать изменения этогофактора - толерантность сообщества к диапазону рН весьма значительна. В водах снизким рН содержится мало биогенных элементов, поэтому продуктивность здеськрайне мала.

Соленость - содержание карбонатов, сульфатов, хлоридов и т.д. - является еще одним значимымабиотическим фактором в водных объектах. В пресных водах солей мало, из нихоколо 80 % приходится на карбонаты. Содержание минеральных веществ в мировомокеане составляет в среднем 35 г/л. Организмы открытого океана обычностеногалинны, тогда как организмы прибрежных солоноватых вод в общемэвригалинны. Концентрация солей в жидкостях тела и тканях большинства морскихорганизмов изотонична концентрации солей в морской воде, так что здесь невозникает проблем с осморегуляцией.

Течение нетолько сильно влияет на концентрацию газов и питательных веществ, но и прямодействует как лимитирующий фактор. Многие речные растения и животныеморфологически и физиологически особым образом приспособлены к сохранениюсвоего положения в потоке: у них есть вполне определенные пределы толерантностик фактору течения.

Гидростатическоедавление в океане имеет большое значение. С погружением в воду на 10 мдавление возрастает на 1 атм (105 Па). В самой глубокой части океана давлениедостигает 1000 атм (108 Па). Многие животные способны переносить резкиеколебания давления, особенно, если у них в теле нет свободного воздуха. Впротивном случае возможно развитие газовой эмболии. Высокие давления,характерные для больших глубин, как правило, угнетают процессыжизнедеятельности.

Почва .

Почвой называют слойвещества, лежащий поверх горных пород земной коры. Русский ученый - естествоиспытатель Василий Васильевич Докучаев в 1870 году первым рассмотрелпочву как динамическую, а не инертную среду. Он доказал, что почва постоянноизменяется и развивается, а в ее активной зоне идут химические, физические ибиологические процессы. Почва формируется в результате сложного взаимодействияклимата, растений, животных и микроорганизмов. В состав почвы входят четыреосновных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50-60 % общегосостава почвы), органическое вещество (до 10 %), воздух (15-25 %) и вода (25-30%).

Минеральный скелетпочвы - это неорганический компонент, который образовался изматеринской породы в результате ее выветривания.

Органическоевещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частейи экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называютсяподстилкой, а конечный продукт разложения - аморфное вещество, в котором уженевозможно распознать первоначальный материал, - называется гумусом. Благодарясвоим физическим и химическим свойствам гумус улучшает структуру почвы и ееаэрацию, а также повышает способность удерживать воду и питательные вещества.

В почве обитает множествовидов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химическиехарактеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, червии членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий1000-7000, микроскопических грибов - 100-1000, водорослей 100-300,членистоногих - 1000, червей 350-1000.

Главным топографическимфактором является высота над уровнем моря. С высотой снижаются средниетемпературы, увеличивается суточный перепад температур, возрастают количествоосадков, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферноедавление и концентрации газов. Все эти факторы влияют на растения и животных,обуславливая вертикальную зональность.

Горные цепи могутслужить климатическими барьерами. Горы служат также барьерами дляраспространения и миграции организмов и могут играть роль лимитирующего факторав процессах видообразования.

Еще один топографическийфактор - экспозиция склона . В северном полушарии склоны, обращенныена юг, получают больше солнечного света, поэтому интенсивность света итемпература здесь выше, чем на дне долин и на склонах северной экспозиции. Вюжном полушарии имеет место обратная ситуация.

Важным фактором рельефаявляется также крутизна склона . Для крутых склонов характерныбыстрый дренаж и смывание почв, поэтому здесь почвы маломощные и более сухие.

Для абиотических условийсправедливы все рассмотренные законы воздействия экологических факторов наживые организмы. Знание этих законов позволяет ответить на вопрос: почему вразных регионах планеты сформировались разные экосистемы ? Основнаяпричина - своеобразие абиотических условий каждого региона.

Биотические отношения и роль видов в экосистеме

Ареалы распространения ичисленность организмов каждого вида ограничиваются не только условиями внешнейнеживой среды, но и их отношениями с организмами других видов. Непосредственноеживое окружение организма составляет егобиотическую среду , афакторы этой среды называются биотическими . Представители каждоговида способны существовать в таком окружении, где связи с другими организмамиобеспечивают им нормальные условия жизни.

Рассмотрим характерные особенностиотношений различных типов.

Конкуренция является в природе наиболее всеохватывающим типом отношений, при котором двепопуляции или две особи в борьбе за необходимые для жизни условия воздействуютдруг на друга отрицательно .

Конкуренция может быть внутривидовойи межвидовой .

Внутривидовая борьба происходит между особями одного и того же вида, межвидовая конкуренцияимеет место между особями разных видов. Конкурентное взаимодействие можеткасаться жизненного пространства, пищи или биогенных элементов, света, местаукрытия и многих других жизненно важных факторов.

Межвидовая конкуренция, независимо от того, что лежит в ее основе, может привести либо кустановлению равновесия между двумя видами, либо к замене популяции одного видапопуляцией другого, либо к тому, что один вид вытеснит другой в иное место илиже заставит его перейти на использование иных ресурсов. Установлено, что дваодинаковых в экологическом отношении и потребностях вида не могутсосуществовать в одном месте и рано или поздно один конкурент вытесняетдругого. Это так называемый принцип исключения или принцип Гаузе.

Поскольку в структуреэкосистемы преобладают пищевые взаимодействия, наиболее характерной формойвзаимодействия видов в трофических цепях является хищничество ,при котором особь одного вида, называемая хищником, питается организмами (иличастями организмов) другого вида, называемого жертвой, причем хищник живетотдельно от жертвы. В таких случаях говорят, что два вида вовлечены в отношенияхищник - жертва.

Нейтрализм - это такой тип отношений, при котором ни одна из популяций не оказывает надругую никакого влияния: никак не сказывается на росте его популяций,находящихся в равновесии, и на их плотности. В действительности бывает, однако,довольно трудно при помощи наблюдений и экспериментов в природных условияхубедиться, что два вида абсолютно независимы один от другого.

Обобщая рассмотрение формбиотических отношений, можно сделать следующие выводы:

1) отношения между живымиорганизмами являются одним из основных регуляторов численности ипространственного распределения организмов в природе;

2) негативныевзаимодействия между организмами проявляются на начальных стадиях развитиясообщества или в нарушенных природных условиях; в недавно сформировавшихся илиновых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательныхвзаимодействий больше, чем в старых ассоциациях;

3) в процессе эволюции иразвития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательныхвзаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующихвидов.

Все эти обстоятельствачеловек должен учитывать при проведении мероприятий по управлениюэкологическими системами и отдельными популяциями с целью использования их всвоих интересах, а также предвидеть косвенные последствия, которые могут приэтом иметь место.

4. Функционирование экосистем

Энергия в экосистемах.

Напомним, что экосистема- это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией,веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначалапроцесс обмена энергией.

Энергию определяют как способность производить работу. Свойства энергии описываютсязаконами термодинамики.

Первый закон(начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она неисчезает и не создается заново.

Второй закон(начало) термодинамики илизакон энтропии утверждает, чтов замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергиив экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные спревращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии,что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует.Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, илииначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградацииэнергии, естьэнтропия . Чем выше упорядоченность системы, темменьше ее энтропия.

Таким образом, любаяживая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельностьблагодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии(энергия Солнца); во вторых, способности за счет устройства составляющих еекомпонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду.

Таким образом, сначалаулавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одноготрофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности,организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии.

Энергия и продуктивность экосистем

Итак, жизнь в экосистемеподдерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое веществоэнергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому; при этомпроисходит постоянное превращение энергии из одних форм в другие. Кроме того,при превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла.

Тогда возникает вопрос: вкаких количественных соотношениях, пропорциях должны находиться между собойчлены сообщества разных трофических уровней в экосистеме, чтобы обеспечиватьсвою потребность в энергии?

Весь запас энергиисосредоточен в массе органического вещества - биомассе, поэтому интенсивностьобразования и разрушения органического вещества на каждом из уровней определяетсяпрохождением энергии через экосистему (биомассу всегда можно выразить вединицах энергии).

Скорость образованияорганического вещества называют продуктивностью. Различают первичную ивторичную продуктивность.

В любой экосистемепроисходит образование биомассы и ее разрушение, причем эти процессы всецелоопределяются жизнью низшего трофического уровня - продуцентами. Все остальныеорганизмы только потребляют уже созданное растениями органическое вещество и,следовательно, общая продуктивность экосистемы от них не зависит.

Высокие скоростипродуцирования биомассы наблюдаются в естественных и искусственных экосистемахтам, где благоприятны абиотические факторы, и особенно при поступлениидополнительной энергии извне, что уменьшает собственные затраты системы наподдержание жизнедеятельности. Такая дополнительная энергия может поступать вразной форме: например, на возделываемом поле - в форме энергии ископаемоготоплива и работы, совершаемой человеком или животным.

Таким образом, дляобеспечения энергией всех особей сообщества живых организмов экосистемынеобходимо определенное количественное соотношение между продуцентами,консументами разных порядков, детритофагами и редуцентами. Однако дляжизнедеятельности любых организмов, а значит и системы в целом, только энергиинедостаточно, они обязательно должны получать различные минеральные компоненты,микроэлементы, органические вещества, необходимые для построения молекул живоговещества.

Круговорот элементов в экосистеме

Откуда изначально берутсяв живом веществе необходимые для построения организма компоненты? Их поставляютв пищевую цепь все те же продуценты. Неорганические минеральные вещества и водуони извлекают из почвы, CO2 - из воздуха, и из образованной в процессефотосинтеза глюкозы с помощью биогенов строят далее сложные органическиемолекулы - углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины и т.п.

Чтобы необходимыеэлементы были доступны живым организмам, они все время должны быть в наличии.

В этой взаимосвязиреализуется закон сохранения вещества. Его удобно сформулировать следующимобразом: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются ине превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованиемразличных молекул и соединений (одновременно происходит поглощение иливыделение энергии). В силу этого атомы могут использоваться в самых различныхсоединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит вестественных экосистемах в виде круговоротов элементов. При этом выделяют двакруговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играетглавную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. Вбиосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершаетмалый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсацияводяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуютмалый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу,круговорот становится значительно сложнее. В этом случае часть осадковиспаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, нов итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая темсамым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том,что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связываетвоедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды иатмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды,проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральныесоли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Обобщая законыфункционирования экосистем, сформулируем еще раз основные их положения:

1) природные экосистемысуществуют за счет не загрязняющей среду даровой солнечной энергии, количествокоторой избыточно и относительно постоянно;

2) перенос энергии ивещества через сообщество живых орга-низмов в экосистеме происходит по пищевойцепи; все виды живого в экосистеме делятся по выполняемым ими функциям в этойцепи на продуцентов, консументов, детритофагов и редуцентов - это биотическаяструктура сообщества; количественное соотношение численности живых организмовмежду трофическими уровнями отражает трофическую структуру сообщества, котораяопределяет скорость прохождения энергии и вещества через сообщество, то естьпродуктивность экосистемы;

3) природные экосистемыблагодаря своей биотической структуре неопределенно долго поддерживаютустойчивое состояние, не страдая от истощения ресурсов и загрязнениясобственными отходами; получение ресурсов и избавление от отходов происходят врамках круговорота всех элементов.

5. Воздействие человека на экосистему.

Воздействиечеловека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разныхаспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки зрения экологии представляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологическиесистемы под углом зрения соответствия или противоречия действий человекаобъективным законам функционирования природных экосистем. Исходя из взгляда набиосферу как глобальную экосистему , все многообразие видов деятельностичеловека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов ибаланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты.Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им даноназвание экологического кризиса. Современный экологический кризисхарактеризуется следующими проявлениями:

Постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов ватмосфере;

Общееи местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферногоозонового экрана;

Загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическимисоединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение водуглекислым газом;

Разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши врезультате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердогостока, нерестовых путей и т.п.;

Загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществв результате химических и фотохимических реакций;

Загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения,высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

Опустынивание планеты;

Деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодныхдля сельского хозяйства;

Радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронениемрадиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

Накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, вособенности практически неразлагающихся пластмасс;

Сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газоватмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

Загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает ихнепригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни влитосфере;

Массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

Ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированныхтерриториях;

Общееистощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

Изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформированиепищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

Нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

Заключение

Когда всередине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказалисьв центре внимания мировой общественности, встал вопрос: сколько времени взапасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды пренебрежительногоотношения к окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это времянастало. Мы стали свидетелями глобального экологического кризиса,спровоцированного деятельностью человека. Вместе с тем последние тридцать летне прошли даром: создана более твердая научная основа понимания проблемокружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях,организованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезныезаконы и постановления, достигнуты некоторые международные договоренности.

Однаколиквидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения.Например, люди применяют все новые средства борьбы с загрязнениями наавтомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы поставитьпод вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмерных потребностей.Человечество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, необращая внимание на собственный демографический взрыв, стирающий с лица землиприродные экосистемы.

Основнойвывод из рассмотренного в учебном пособии материала совершенно ясен: системы,противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы . Попыткисохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случаеобречены на неудачу.

Чтобыпринимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы,определяющие устойчивое развитие, а именно:

стабилизациячисленности населения;

переходк более энерго и ресурсосберегающему образу жизни;

развитиеэкологически чистых источников энергии;

созданиемалоотходных промышленных технологий;

рециклизацияотходов;

созданиесбалансированного сельскохозяйственного производства, не истощающего почвенныеи водные ресурсы и не загрязняющего землю и продукты питания;

сохранениебиологического разнообразия на планете.

Список литературы

1. НебелБ. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.: Мир, 1993.

2. ОдумЮ. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 1986.

3. РеймерсН. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-справочник. - М.: Просвещение, 1992. - 320 с.

4. СтадницкийГ. В., Родионов А. И. Экология.

5. М.:Высш. шк., 1988. - 272 с.

Основными характеристиками экосистем являются: размер, емкость, устойчивость, надёжность, самовосстановление, саморегуляция и самоочищение.

Размер экосистемы ‑ это пространство, в котором возможно осуществление процессов саморегуляции и самовосстановления всех составляющих экосистему компонентов и элементов. Различают микроэкосистемы (напр., лужа с ее обитателями, муравейник), мезоэкосистемы (лес, река, пруд) и макроэкосистемы (тундра, пустыня, океан).

Емкость экосистемы ‑ это максимальная численность популяции одного вида, которую данная экосистема способна поддерживать в определённых экологических условиях на протяжении длительного времени. Напр., емкость угодья ‑ это количество каких-либо диких или домашних животных, способных жить и размножаться на единице площади угодья неопределенно долгое время.

Устойчивость экосистемы ‑ это способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних и внутренних факторов, т.е. ее способность к реакции, пропорциональной по величине силе воздействия. Природные экосистемы способны противостоять различным повреждающим воздействиям и при восстановлении нормальных условий возвращаться в состояние близкое к первоначальному. Плотность того или иного вида при неблагоприятных условиях снижается, но в оптимальных условиях возрастают плодовитость, скорость роста и развития и плотность вида восстанавливается. За меру стабильности экосистем часто принимают их видовое разнообразие. Наиболее устойчивы сложные экосистемы, в них формируются сложные трофические связи. Экосистемы с упрощённой структурой крайне неустойчивы, в них происходят резкие колебания численности отдельных популяций. Напр., сложные экосистемы тропических лесов исключительно стабильны, в то время как в Арктике недостаток видов, способных заменить в качестве пищи основной вид, приводит к резкому колебанию численности популяций.

Надежность экосистемы ‑ это способность экосистемы относительно полно самовосстанавливаться и саморегулироваться (в течение сукцессионного или эволюционного периода своего существования), т.е., удерживать свои основные параметры во времени и пространстве. Важной характеристикой надёжности служит сохранение структуры, функций и направления развития экосистемы, без которых данная экосистема сменяется другой, с иными структурой, функциями, а иногда и направлением развития. Простейшим механизмом поддержания экологической надёжности экосистемы является замена выбывшего по каким-то причинам вида другим, экологически близким. Если такого вида в экосистеме нет, то его сменяет более отдаленный.

Самовосстановление природных экосистем ‑ это самостоятельный возврат экосистем к состоянию динамического равновесия, из которого они были выведены воздействием каких-либо природных и антропогенных факторов.

Саморегуляция природных экосистем ‑ это способность природных экосистем к самостоятельному восстановлению баланса внутренних свойств после какого-либо природного или антропогенного воздействия с помощью принципа обратной связи между её компонентами, т.е. экосистема способна сохранять свою структуру и функционирование в определённом диапазоне внешних условий. Саморегуляция проявляется, напр., в том, что численность особей каждого вида, входящего в экосистему, поддерживается на определенном, относительно постоянном уровне. Самовосстановление и саморегуляция природных экосистем основаны, в частности, на способности экосистем к самоочищению.

Самоочищение экосистем ‑ это естественное разрушение загрязнителя в среде в результате природных физических, химических и биологических процессов, происходящих в ней.

1. Физические факторы самоочищения водоемов ‑ это растворение, перемешивание и оседание на дно поступающих загрязнений, а также воздействие ультрафиолетового излучения Солнца на бактерии и вирусы. Под действием физических факторов в зонах с умеренным климатом река самоочищается уже через 200-З00 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере ‑ через 2000 км.

2. Химические факторы самоочищения ‑ это окисление органических и неорганических веществ. Для оценки химического самоочищения водоема используют такие показатели, как:

а) БПК ‑ биологическое потребление кислорода ‑ это количество кислорода, которое необходимо для окисления бактериями и простейшими всей органики (обычно за 5 суток BITKs) в 1 л загрязненной воды;

б) ХПК ‑ химическое потребление кислорода ‑ количество кислорода (мл/л или г/л воды), необходимое для полного окисления загрязняющих веществ с помощью химических реагентов (обычно бихроматом калия).

3. Биологические факторы самоочищения ‑ это очистка водоемов с помощью водорослей, плесневых и дрожжевых грибков, устриц, амеб и других живых организмов. Например, каждый моллюск профильтровывает в сутки более 30 л воды, очищая ее от всевозможных примесей.

Природные экосистемы функционируют в соответствии с тремя основными принципами:

Первый принцип функционирования природных экосистем – получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов (гармонирует с законом сохранения массы). Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, в основе которого лежит реакция фотосинтеза, называют биотическим круговоротом веществ. Кроме биогенных элементов в биотический круговорот вовлечены важнейшие для биоты минеральные элементы и множество различных соединений. Поэтому весь циклический процесс химических превращений, обусловленных биотой, называют еще биогеохимическим круговоро том.

Экосистема включает в себя все живые организмы (растения, животные, грибы и микроорганизмы), которые в той или иной степени, взаимодействуют друг с другом и окружающей их неживой средой (климат, почва, солнечный свет, воздух, атмосфера, вода и т.п.).

Экосистема не имеет определенного размера. Она может быть столь же большой, как пустыня или озеро, или маленькой, как дерево или лужа. Вода, температура, растения, животные, воздух, свет и почва - все взаимодействуют вместе.

Суть экосистемы

В экосистеме каждый организм имеет свое собственное место или роль.

Рассмотрим экосистему небольшого озера. В нем, можно найти все виды живых организмов, от микроскопических до животных и растений. Они зависят от , такой как вода, солнечный свет, воздух и даже от количества питательных веществ в воде. (Нажмите , чтобы узнать подробнее о пяти основных потребностях живых организмов).

Схема экосистемы озера

Каждый раз, когда "постороннее" (живое существо(а) или внешний фактор, например, повышение температуры) вводятся в экосистему, могут произойти катастрофические последствия. Это происходит потому, что новый организм (или фактор) способен искажать естественный баланс взаимодействия и нести потенциальный вред или разрушение неродной экосистеме.

Как правило, биотические члены экосистемы, вместе с их абиотическими факторами зависят друг от друга. Это означает отсутствие одного члена или одного абиотического фактора может повлиять на всю экологическую систему.

Если нет достаточного количества света и воды, или, если почва содержит мало питательных веществ, растения могут погибнуть. Если растения погибают, животные, которые от них зависят также оказываются по угрозой. Если животные, зависящие от растений гибнут, то другие животные, зависящие от них также погибнут. Экосистема в природе работает одинаково. Все ее части должны функционировать вместе, чтобы поддерживать баланс!

К сожалению, экосистемы могут разрушиться в результате стихийных бедствий, таких как пожары, наводнения, ураганы и извержения вулканов. Человеческая деятельность также способствует разрушению многих экосистем и .

Основные виды экосистем

Экологические системы имеют неопределенные размеры. Они способны существовать на небольшом пространстве, например под камнем, гниющем пне дерева или в небольшом озере, а также занимать значительные территории (как весь тропический лес). С технической точки зрения, нашу планету можно назвать одной огромной экосистемой.

Схема небольшой экосистемы гниющего пня

Виды экосистем в зависимости от масштаба:

• Микроэкосистема - экосистема небольшого масштаба, как пруд, лужа, пень дерева и т.д.
• Мезоэкосистема - экосистема, такая, как лес или большое озеро.
• Биом. Очень большая экосистема или совокупность экосистем с аналогичными биотическими и абиотическими факторами, такими как целый тропический лес с миллионами животных и деревьев, и множеством различных водных объектов.

Границы экосистем не обозначены четкими линиями. Их часто разделяют географические барьеры, такие как пустыни, горы, океаны, озера и реки. Поскольку границы не являются строго установленными, экосистемы, как правило, сливаются друг с другом. Вот почему озеро может иметь множество небольших экосистем со своими собственными уникальными характеристиками. Ученые называют такое смешивание "Экотон".

Виды экосистем по типу возникновения:

Помимо вышеперечисленных видов экосистем, существует также разделение на естественные и искусственные экологические системы. Естественная экосистема создается природой (лес, озеро, степь и т.д.), а искусственная - человеком (сад, приусадебный участок, парк, поле и др.).

Типы экосистем

Существует два основных типа экосистем: водные и наземные. Любые другие экосистемы мира относятся к одой из этих двух категорий.

Наземные экосистемы

Наземные экосистемы могут быть найдены в любом месте мира и подразделены на:

Лесные экосистемы

Это экосистемы, в которых есть обилие растительности или большое количество организмов, живущих в относительно небольшом пространстве. Таким образом, в лесных экосистемах плотность живых организмов достаточно высока. Небольшое изменение в этой экосистеме может повлиять на весь ее баланс. Также, в таких экосистемах можно встретить огромное количество представителей фауны. Кроме того, лесные экосистемы подразделяются на:

• Тропические вечнозеленые леса или тропические дождевые леса: , получающие среднее количество осадков более 2000 мм в год. Они характеризуются густой растительностью, в которой преобладают высокие деревья, расположенные на разных высотах. Эти территории являются убежищем для различных видов животных.
• Тропические лиственные леса: Наряду с огромным разнообразием видов деревьев, здесь также встречаются кустарники. Данный тип леса встречается в довольно многих уголках планеты и является домом для большого разнообразия представителей флоры и фауны.
• : Имеют довольно небольшое количество деревьев. Здесь преобладают вечнозеленые деревья, которые обновляют свою листву в течение всего года.
• Широколиственные леса: Расположены во влажных умеренных регионах, которые имеют достаточное количество осадков. В зимние месяца, деревья сбрасывают свою листву.
• : Расположенная непосредственно перед , тайга определяется вечнозелеными хвойными деревьями, минусовыми температурами на протяжении полугода и кислыми почвам. В теплое время года здесь можно встретить большое количество перелетных птиц, насекомых и .

Пустынная экосистема

Пустынные экосистемы расположены в районах пустынь и получают менее 250 мм осадков в год. Они занимают около 17 % всей суши Земли. Из-за чрезвычайно высокой температуры воздуха, плохого доступа к и интенсивного солнечного света, и не столь богаты, как в других экосистемах.

Экосистема луга

Луга расположены в тропических и умеренных регионах мира. Территория луга в основном состоит из трав, с небольшим количеством деревьев и кустарников. Луга населяют пасущиеся животные, насекомоядные и растительноядные. Выделяется два основных вида экосистем луга:

• : Тропические луга, имеющие сухой сезон и характеризующиеся отдельно растущими деревьями. Они обеспечивают пищей большое количество травоядных животных, а также являются местом охоты многих хищников.
• Прерии (умеренные луга): Это область с умеренным травяным покровом, полностью лишенная крупных кустарников и деревьев. В прериях встречается разнотравье и высокая трава, а также наблюдаются засушливые климатические условия.
• Степные луга: Территории сухих лугов, которые располагаются вблизи полузасушливых пустынь. Растительность этих лугов короче, чем в саваннах и прериях. Деревья встречаются редко, и как правило, находятся на берегах рек и ручьев.

Горные экосистемы

Горная местность обеспечивает разнообразный спектр местообитаний, где можно найти большое количество животных и растений. На высоте, обычно преобладают суровые климатические условия, в которых могут выжить только альпийские растения. Животные, обитающие высоко в горах, имеют толстые шубы для защиты от холодов. Нижние склоны, как правило, покрыты хвойными лесами.

Водные экосистемы

Водная экосистема - экосистема, расположенная в водной среде (например, реки, озера, моря и океаны). Она включает в себя водную флору, фауну, а также свойства воды, и подразделяется на два типа: морскую и пресноводную экологические системы.

Морские экосистемы

Являются крупнейшими экосистемами, которые покрывают около 71% поверхности Земли и содержат 97% воды планеты. Морская вода содержит большое количество растворенных минералов и солей. Морская экологическая система подразделяется на:

• Океаническую (относительно мелкая часть океана, которая находится на континентальном шельфе);
• Профундальную зону (глубоководная область не пронизанная солнечным светом);
• Бентальную область (область, заселенная донными организмами);
• Приливную зону (место между низкими и высокими приливами);
• Лиманы;
• Коралловые рифы;
• Солончаки;
• Гидротермальные жерла, где хемосинтезирующие составляют кормовую базу.

Многие виды организмов живут в морских экосистемах, а именно: бурые водоросли, кораллы, головоногие моллюски, иглокожие, динофлагелляты, акулы и т.д.

Пресноводные экосистемы

В отличие от морских экосистем, пресноводные охватывают лишь 0,8% поверхности Земли и содержат 0,009% от общего количества мировых запасов воды. Существует три основных вида пресноводных экосистем:

• Стоячие: воды, где отсутствует течение, как бассейны, озера или пруды.
• Проточные: быстро движущиеся воды, такие как ручьи и реки.
• Водно-болотные угодья: места, в которых постоянно или периодически затопленная почва.

Пресноводные экосистемы являются местами обитания рептилий, земноводных и около 41% видов рыб в мире. Быстро движущиеся воды обычно содержат более высокую концентрацию растворенного кислорода, тем самым поддерживают большее биологическое разнообразие, чем стоячие воды прудов или озер.

Структура, компоненты и факторы экосистемы

Экосистема определяется как природная функциональная экологическая единица, состоящая из живых организмов (биоценоза) и их неживой окружающей среды (абиотической или физико-химической), которые взаимодействуют между собой и создают стабильную систему. Пруд, озеро, пустыня, пастбища, луга, леса и т.д. являются распространенными примерами экосистем.

Каждая экосистема состоит из абиотических и биотических компонентов:

Структура экосистемы

Абиотические компоненты

Абиотические компоненты представляют собой не связанные между собой факторы жизни или физическую среду, которая оказывает влияние на структуру, распределение, поведение и взаимодействие живых организмов.

Абиотические компоненты представлены в основном двумя типами:

• Климатическими факторами , которые включают в себя дождь, температуру, свет, ветер, влажность и т.д.
• Эдафическими факторами , включающие в себя кислотность почвы, рельеф, минерализацию и т.д.

Значение абиотических компонентов

Атмосфера обеспечивает живые организмы углекислым газом (для фотосинтеза) и кислородом (для дыхания). Процессы испарения, транспирации и происходят между атмосферой и поверхностью Земли.

Солнечное излучение нагревает атмосферу и испаряет воду. Свет также необходим для фотосинтеза. обеспечивает растения энергией, для роста и обмена веществ, а также органическими продуктами для питания других форм жизни.

Большинство живой ткани состоит из высокого процента воды, до 90% и даже более. Немногие клетки способны выжить, если содержание воды падает ниже 10%, и большинство из них погибают, когда вода составляет менее 30-50%.

Вода является средой, с помощью которой минеральные пищевые продукты поступают в растения. Она также необходима для фотосинтеза. Растения и животные получают воду с поверхности Земли и почвы. Основной источник воды - атмосферные осадки.

Биотические компоненты

Живые существа, включая растения, животных и микроорганизмы (бактерии и грибы), присутствующие в экосистеме, являются биотическими компонентами.

На основе их роли в экологической системе, биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:

• Продуценты производят органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию;
• Консументы питаются готовыми органическими веществами, произведенными продуцентами (травоядные, хищники и );
• Редуценты. Бактерии и грибы, разрушающие отмершие органические соединения продуцентов (растений) и консументов (животных) для питания, и выбрасывающие в окружающую среду простые вещества (неорганические и органические), образующихся в качестве побочных продуктов их метаболизма.

Эти простые вещества повторно производятся в результате циклического обмена веществ между биотическим сообществом и абиотической средой экосистемы.

Уровни экосистемы

Для понимания уровней экосистемы, рассмотрим следующий рисунок:

Схема уровней экосистемы

Особь

Особь - это любое живое существо или организм. Особи не размножаются с индивидуумами из других групп. Животные, в отличие от растений, как правило, относятся к этому понятию, поскольку некоторые представители флоры могут скрещиваться с другими видами.

В приведенной выше схеме, можно заметить, что золотая рыбка взаимодействует с окружающей средой и будет размножаться исключительно с представителями своего вида.

Популяция

Популяция - группа особей данного вида, которые живут в определенной географической области в данный момент времени. (Примером может служить золотая рыбка и представители ее вида). Обратите внимание, что популяция включает особей одного вида, которые могут иметь различные генетические отличия, такие как цвет шерсти/глаз/кожи и размер тела.

Сообщество

Сообщество включает в себя всех живых организмов на определенной территории, в данный момент времени. В нем могут присутствовать популяции живых организмов разных видов. В приведенной выше схеме, обратите внимание, как золотые рыбы, лососёвые, крабы и медузы сосуществуют в определенной среде. Большое сообщество, как правило, включает в себя биоразнообразие.

Экосистема

Экосистема включает в себя сообщества живых организмов, взаимодействующих с окружающей средой. На этом уровне живые организмы зависят от других абиотических факторов, таких как камни, вода, воздух и температура.

Биом

Простыми словами, представляет собой совокупность экосистем, имеющих схожие характеристики с их абиотическими факторами, адаптированными к окружающей среде.

Биосфера

Когда мы рассматриваем различные биомы, каждый из которых переходит в другой, формируется огромное сообщество людей, животных и растений, живущих в определенных местах обитания. является совокупностью всех экосистем, представленных на Земле.

Пищевая цепь и энергия в экосистеме

Все живые существа должны питаться, чтобы получать энергию, необходимую для роста, движения и размножения. Но чем же эти живые организмы питаются? Растения получают энергию от Солнца, некоторые животные едят растения, а другие едят животных. Это соотношение кормления в экосистеме, называется пищевой цепью. Пищевые цепи, как правило, представляют последовательность того, кто кем питается в биологическом сообществе.

Ниже приведены некоторые живые организмы, которые могут разместиться в пищевой цепи:

Схема пищевой цепи

Пищевая цепь - это не одно и то же, что и . Трофическая сеть представляет собой совокупность многих пищевых цепей и является сложной структурой.

Передача энергии

Энергия передается по пищевым цепям от одного уровня к другому. Часть энергии используется для роста, размножения, передвижения и других потребностей, и не доступна для следующего уровня.

Более короткие пищевые цепи сохраняют больше энергии, чем длинные. Израсходованная энергия поглощается окружающей средой.