Экологическая система

 

 

План

 

Введение……………………………………………………………………………….3

1. Экологическая система………………………………………………………...5
1. Классификация экологической системы………………………………….6
2. Биотическая структура экологической системы…………………………7
2. Разделение экологической системы на блоки, принципы функционирования…………………………………………………………….9
3. Характер связей в экосистеме……………………………………………….12

Заключение…………………………………………………………………………..19

Список литературы………………………………………………………………….20

 

Введение

 

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему.

Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Термин «экосистема» впервые был предложен в 1935 г. английским экологом  А. Тенсли (1871—1955).

Само же представление об экосистеме возникло значительно раньше. Упоминание об единстве организмов и среды можно найти в самых древних письменных памятниках истории. Однако только в конце XIX в. стали появляться высказывания такого рода, при этом практически одновременно в американской, европейской и русской литературе (К. Мебиус, 1877; С. Форбс, 1877; В. Докучаев, 1886 и др.).

В настоящее время широкое распространение получило следующее определение экосистемы. Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Следует подчеркнуть, что совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему. А. Тенсли (1935) предложил следующее соотношение:

Экосистема = Биотоп + Биоценоз

В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоэ», предложенный в 1940 г. В. Н. Сукачевым. По его определению, биогеоценоз — «это совокупность на известном 1 протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии». Существует мнение, будто содержание «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается прежде всего ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.

Помимо известных концепций экосистемы А. Тенсли и биогеоценоза В. Н. Сукачева была выдвинута точка зрения, а точнее, сформулировано правило Ф. Эванса (1956), предложившего использовать термин «экосистема» абсолютно «безразмерно» для обозначения любой надорганизменной живой системы, взаимодействующей с окружением. Такой подход с точки зрения общей теории систем вполне логичен. Однако многие авторы термину «экосистема» придали значение именно биогеоценоза, т. е. элементарной экосистемы и одновременно более высоких по иерархии надбиогеоценотических образований вплоть до экосистемы биосферы.

 

1. Экологическая система.

 

Экологическая система – биоценоз и биотоп, составляющие два нераздельных элемента, действующих друг на друга и образующих более или менее устойчивую систему. Масштабы экосистем: капля воды – пруд, лес – океан).

По определению английского ботаника А. Тенсли (1935) экосистемой называют любую устойчивую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ.

Сообщества организмов связаны с неорганической средой материально-энергетическими связями. Растения существуют за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы (животные) живут за счет автотрофов (растений), но нуждаются в поступлении неорганических соединений – кислорода и воды.

В любом конкретном местообитании запасов неорганических соединений хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.

Таким образом, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

А. Тенсли подчеркивал, что неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты и мы не можем отделить организмы от конкретной окружающей их среды.

На Земле выделяют 3 типа природных экосистем:

1. морские экосистемы (открытого океана, морских побережий, речных дельт, и т.д.);
2. пресноводные экосистемы (реки, озера, болота);
3. наземные экосистемы (пустыни, леса, тундры, степи, и т.д.)
 

1. Классификация экологической системы

 

Существующие на Земле экосистемы разнообразны. Выделяют:

- микроэкосистемы, обычно составляющие индивидуальные консорции (например, ствол гниющего дерева);

- мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.);

- макроэкосистемы (континент, океан и др.)

и глобальную — биосфера.

Крупные наземные экосистемы называют биомами. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам, связанных друг с другом экосистем. Существует несколько классификаций экосистем. Например, одна из них, основанная на особенностях макроструктуры, приведена в таблице 1.

Таблица 1

Основные типы природных экосистем и биомов

 

Наземные биомы	Вечнозеленый тропический дождевой лес Полувечнозелеиый тропический лес: выраженный влажный и  сухой сезоны Пустыня: травянистая и кустарниковая Чапараль — районы с дождливой зимой и засушливым летом Тропические грасленц и саванна Степь умеренной зоны Листопадный лес умеренной зоны Бореальные хвойные леса Тундра: арктическая и альпийская
Типы пресноводных экосистем	Ленточные (стоячие воды): озера, пруды и т. д. Логические (текучие воды): реки, ручьи и т. д.  Заболоченные угодья: болота и болотистые леса
Типы морских экосистем	Открытый океан (пелагическая) Воды континентального шельфа (прибрежные воды) Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством) Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д)

 

Наземные биомы здесь выделены по естественным или исходным чертам растительности, а типы водных экосистем по геологическим и физическим особенностям. Перечисленные в таблице 1, 16 основных типов экосистем представляют собой ту среду, на которой развилась человеческая цивилизация, представляют основные биотические сообщества, поддерживающие жизнь на Земле.

1.2. Биотическая структура экологической системы

 

Экосистема имеет определенную функциональную структуру. В нее входят группы организмов, различаемые по способу питания – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (самопитающие) — организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ посредством фотосинтеза и хемосинтеза.

Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы — все хлорофиллоносные (зеленые) растения и микроорганизмы.

Хемосинтез наблюдается у некоторых бактерий, использующих в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль, за исключением чрезвычайно важных нитрифицирующих бактерий.

Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т.е. являются производителями продукции — продуцентами экосистем.

Гетеротрофы (питающиеся другими) — организмы, потребляющие органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ.

Итак, для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо:

1. наличие запаса неорганических веществ (молекул) в усвояемой форме;
2. 3 функционально различные экологические группы организмов:
• продуценты – автотрофные организмы, способные строить свое тело за счет неорганических соединений;
• консументы – гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансфомирующие его в новые формы;
• редуценты – гетеротрофные организмы, живут за счет мертвого органического вещества, переводя его в неорганические соединения.

 

Рис.1

Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов, в течение жизни выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.

В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные.

Экосистемы в природе могут иметь самые разные масштабы. В качестве отдельных экосистем можно рассматривать, например, и подушку лишайников на стволе дерева, и разрушающийся пень с его населением, и небольшой временный водоем, луг, лес, степь, пустыню, весь океан и, наконец, всю поверхность Земли, занятую жизнью.

 

 

2. Разделение экологической системы на блоки,

принципы функционирования

 

Если при разделении экосистемы с функциональных позиций начинать с самых крупных блоков, или элементов, то первый шаг такого анализа приведет к выявлению трех элементов:

1 - радиации Солнца (источник превратимой энергии);

2 - массы неживых компонентов;

3 - массы живых компонентов экосистемы.

Блоки 2 и 3 характеризуются энергетическими и вещественными (материальными) взаимосвязями.

От блока 1 к блокам 2 и 3 идут односторонние энергетические воздействия, которые после ряда трансформаций уходят за пределы системы в виде тепла (длинноволнового излучения).

Последующее пристальное рассмотрение экосистемы приводит к расчленению описанных выше элементов на более дробные.

В частности, при характеристике компонентов биогеоценоза В.Н. Сукачев выделял следующие компоненты (природные явления): атмосферу, горные породы, гидрологические условия, растительность, животный мир, микроорганизмы и почвы.

Видимо, при функциональном подходе на сходном уровне подробности следует несколько видоизменить набор компонентов.

Гидрологические условия - результат тех или иных свойств, присущих ряду элементов системы. Поэтому они сами по себе могут в ряде случаев и не рассматриваться в виде элемента системы (если их выделять таким образом, то лучше в виде элемента системы рассматривать воду).

Учитывая характер трансформации энергии и вещества, можно выделить следующие элементы, или блоки, экосистемы:

А - радиацию Солнца;

В - атмосферу (конкретнее - определенную смесь газов, взвешенных твердых и жидких веществ, взаимодействующую с другими блоками экосистемы);

С - почвогрунт (без учета живых организмов);