БЛОК I : Организация экосистемы

3.1.1. Структура экосистемы

Термин «экосистема» был уточнен в 58-63 гг. Ф. Швердтфегером.

Сущность «экосистемы» - появление в ее сфере явлений и взаимодействий, которые обеспечивают функционирование всех ее элементов как единого целого.

Экосистема – это пространство, определенная совокупность живых организмов и среды обитания, объединенных вещественно-энергитическими и информационными связями.

Понятие экосистема не ограничивается признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Поэтому оно приложимо как к относительно простым - искусственным, так и к сложным - естественным комплексам организмов и среды обитания.

Главный признак экосистемы – наличие относительно замкнутого по веществу круговороте основных биогенов.

Второй отличительной особенностью является то, что абиотическая среда входит равноценным компонентом в экосистему. Экосистема, как правило, состоит из продуцентов, консументов и редуцентов.

Автотрофные продуценты составляют основную массу всех живых организмов и полностью отвечают за образование всего организменного вещества в любой экосистеме, т.е. продуценты – это автотрофные организмы, способные ассимилировать солнечную энергию, переводя ее в энергию химических связей вновь образованной органики.

К продуцентам относятся высшие и низшие растения, бактерии, сине-зеленые водоросли. Максимальное видовое разнообразие характеризует подсистему редуцентов, что обусловлено их функцией, производить органическую продукцию из неорганического материала в природных системах всех типов.

Гетеротрофные организмы – это организмы, использующие энергию готовых питательных органических веществ. Делятся на потребителей живой органики (консументов) и мертвого органического вещества (детрита) – деструкторы или редуценты.

Консументы – это гетеротрофные организмы использующие питательные органические вещества живого и растительного организма. К консументам относятся:

- растительноядные;

- плотоядные;

- паразиты, живущие за счет готового органического вещества вырабатывающего организмом хозяина.

Симбиотрофы – бактерии, грибы, простейшие, которые питаясь соками или выделениями организма хозяина способствуют выполнению его жизненноважных функций (клубеньковые бактерии, микробная флора кишечника и желудка).

Деструкторы (редуценты) – поедают мертвую органику и представлены огромным количеством различных видов организованных в сложные пищевые цепи. К ним относятся:

- детритофаги;

- сапофаги;

- капрофаги;

Эти группы организмов непосредственно поедают остатки растений и животных, чем очищают экосистему от мертвого органического вещества, участвуют в образовании почвы, торфа, данных отложений водоемов. Кроме этих организмов существует более крупные организмы (детритоядные), различные насекомые, птицы, мелкие и крупные хищники, использующие для своего питания мертвые органические вещества на разных фазах всего разложения, либо питания организмами и детритоядными.

Таким образом, деструкторы (редуценты) – это такие организмы в основном бактерии и грибы, которые в совокупности своей жизнедеятельности минерализуют мертвую органику до неорганических питательных веществ и воды.

Все группы организмов взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии, их совместное функционирование (синтез, трансформация и разложение органики) поддерживает структуру и целостность сообщества, оказывает существование влияния на компоненты среды обитания и обусловливает самоочищение экосистемы.

Принципиальное различие между потоками вещества и энергией заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество многократно участвуют в обороте, тогда как поток энергии однонаправлен и не обратим. Каждая порция энергии используется однократно в соответствии с вторым законом термодинамики. На каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть теряется, рассеваясь в виде тепла. Следственно, любая экосистема – открыта по энергии и относительно замкнута по веществу.

 

 

3.1.2. Классификация экосистем

 

Существуют экосистемы –появление ее в сфере явлений и взаимосвязей, которые обеспечивают функционирование всех ее элементов, как единого целого.

Основную классификацию предложил в 1963 г. Ф.Швердтфегер.

Все системы делятся на:

-глобальные;

-региональные;

-локальные.

Глобальные экосистемы – это биосфера. Понятие биосферы было разработано Зюссом в 1873 и Вернадским 1919-1926. современное представление о глобальной экосистеме в виде концепции экосферы разработали Федоров, Гельманов (1980).

Экосфера – это глобальная система, объединяющая все экосистемы земли. Экосфера тонкой пленкой покрывает земной шар, а ее толщина по вертикале изменяется от долей метра (в области чрезмерной бедности жизни) до 10 и 100 метров (леса секвойи и эвкалипта, сосна) и от 1 до 1000 метров в морях и океанах.

Границы экосферы уже границы биосферы Вернадского, хотя процессы жизнедеятельности организмов сосредоточены в экосфере влияния живого вещества ощущается далеко за ее пределами, поэтому биосфера Вернадского, как область существования всех прошлых экосфер простирается далеко за границы современной экосферы и охватывает по вертикали слой примерно в несколько км.

Элементарные фрагменты экосферы характеризуется двумя основными признаками:

1. устойчивость автономность, способность к самоподдержанию и обеспечению основных жизненных процессов, имеются в виде системы, в которой лежит весь цикл синтеза, и разложение органического вещества осуществляется на основе солнечной энергии.

2. невозможность присоединятся соседних фрагментов или их частей без нарушения качественной однородности данного фрагмента.

Региональные экосистемы, по сути, являются элементарными фрагментами экосферы и по сути являются экосистемы Тенели, либо биогеоценозом Сукачева.

По Сукачеву биогеоценоз – это экосистема в пределах одного фитоценоза и наконец локальная – это экосистема, которая охватывает все природные системы в пределах которых реализуются, являются, возникают связи или протекают процессы, имеющий экологический характер, однако локальная экосистема характеризуется признаком отсутствия признаков размера.

С точки зрения, характерной абиотической компоненты экосистемы делятся на:

- наземные;

- водные (морские и пресноводные).

3. Делит экосистемы на:

- моноцен;

- демоцен;

- плеоцен.

Эта классификация связана с характеристиками биотического сообщества составляющего экосистему, а так же определяется характером связи биотического сообщества с ОС.

Моноцен – этот термин разработал Фредерих в 1958 г. Моноцен – это найпростейшая система в состав которой входит один организм и его непосредственное окружение которое называется монотопом. В пределах моноцена реализуется первый цикл экологических зависимостей – акция и реакция. Сложности определения моноцена связаны со сложностями определения окружающей среды. ОС представлена как биотическими, так и абиотическими объектами. При этом выделяют функциональную среду, в этом случае учитывают те факторы, которые имеют решающие значения для данного организма или экологической системы.

Основы изучения моноцена заложил русский ученый И.М.Сеченов (1861г). Сформулировал закон «Принцип единства организма и среды».

В соответствии с этим принципом живые организмы саморегулированые долгоживущие механизмы тесно связанные с окружающими процессами обмена ВИЭ. Каждый организм для поддерживания жизнедеятельности берет из окружающей среды энергию и строительный материал, и выделяют в нее продукты своего обмена.

Таким образом связь «организм – среда» имеет четко выраженный двухсторонний характер и двойственную природу:

1. устойчивость и неразрывность: любой организм не может существовать вне среды своего обитания;

2. взаимозависимость: среда влияет на организм, а организм на среду.

 

Демоцен (Швердтфегер в 1963 г) – это система, которая состоит из популяции и ее среды обитания – демотопа. В границах демоцена реализуются экологические зависимости как первого так и второго цикла. 

 

 

Акция, реакция                коакция

 

1 цикл взаим.                     2 цикл

 

Экологические исследования демоцена включают: изучение экологической структуры (половая, возрастная, иерархическая, пространственная), изучение диномической численности, характеристика энергитических потоков проходящих через популяцию, оценка ее продуктивности.

 

Плеоцен. Биотической компонентой плеоцена является биоценоз – сложное природное сообщество образованное взаимодействием растений, животных, микроорганизмов, это сложное сообщество вместе со средой обитания образуют плеоцен, т.е. плеоцен =биогеоценоз.

В рамках плеоцена ОС или биотоп получило название голоцена.

Плеоцен главная экологическая единица в состав которой входят все популяции, заселяющие определенное место обитания и находящихся в экологических связях.

 

 

Лессовые экосистемы

Сегодня практически вся лессовая растительность планеты описана и закартографированна. Выделяют 3 типа растительности:

1. Северная позатропическая приокеанические березняки и редколесье (Камчатка и Аляска); тайговые леса (темнохвойные, мадриновые, сосновые, березовые); хвойно-широколистные и березово-осоковые притайговые леса, горные хвойно-широколистые и хвойные леса;

2. Тропическая растительность: влажные вечно-зеленые тропические леса, тропические саванны;

3. Южная позатропическая растительность: влажные подтропические леса; жестколиственные леса и редколесья.

Экосистемы травяных ландшафтов. Представлены главным образом экосистемами степов и лугов, природными и культурными экосистемами пастбищ, сенокосов, агробиоценозов.

Пресноводные экосистемы

Пресноводные континентальные экосистемы разделяются на: экосистемы стоячих водоемов и водостоков. К континентальным стоячим водоемам относятся экосистема воды, ставков и луж. В зависимости от состояния циркуляции (смешивания) озерных вод озера разделяются на:

- мономиктивные холодные озера арктической и альпийской областей с одним летним периодам циркуляции;

- мономиктивные теплые озера субтропических областей с одним зимним периодом циркуляции;

- димиктические озера умеренных областей с двумя - весенним и осенним – периодами циркуляции;

- полимиктические озера тропических областей с численными периодами циркуляции;

- олигомиктические озера тропических областей с редкими и нерегулярными периодами циркуляции.

За уровнем трофности, как определено выше, озера разделяют на олиготрофные (глубокие, бедные на минеральный азот и фосфор, вода в них прозрачная, синего или зеленого цвета), автотрофные (неглубокие, богатые на азот и фосфор, многочисленность организмов приводит к истощению кислорода и зеленовато- коричневого окраски воды), дизтрофные (неглубокие озера с берегами, зарослями торфообразующей растительностью, вода малопрозрачная, бурого цвета).

 

Экосистемы мирового океана

 

Характерной особенностью океанических экосистем:

а) глобальность размеров и огромные глубины, заполненные жидкостью; беспрерывность (все океаны связаны между собой);

б) постоянная циркуляция (присутствие сильных ветров, которые дуют на протяжении года в одном и том же направлении, наличие глубоких течений);

в) доминирование разных течений и приливов, что обусловливает заметную периодичность жизни группирований, особенно в прибрежных зонах;

г) соленость и сильная буферность;

д) присутствие растворенных биогенных элементов, которые являются лимитирующими факторами, что определяют размер популяции.

Экосистемы океанов отличаются своей большой продуктивностью, играют важную роль гигантских регуляторов климату Земли.

 

Экологические явления

Экология изучает сущность природы – внутреннее содержание предмета, который появился в единстве всех разнообразных свойств и отношений, а так же явление – те или иные проявления природы, внешние формы ее существования сложная группа явлений, называющая экологией, выступает на трех уровнях организаций живой материи: организм, популяция, биоценоз.

В иерархии живой организм выступает как сложная биологическая система, которая взаимодействует с окружающей средой, а также с окружающими организмами.

Экосистемы, как и популяции и организмы, которые в них входит, способны к самоподдержке и саморегуляции.

Для экологических явлений характерна спонтанность и распространенность. Они имеют глобальный характер, однако их можно моделировать и в лаборатории и создавать управляемые системы. Экологическая наука предвидит количественную и качественную оценку состояния особей того или иного вида, а так же их места в соответствующих уровнях экосистем – популяции или биоценоза.

К экологическим явлениям относят состояние живой природы и процессы, которые в ней протекают, а также экологические механизмы, которые упровляют системой экологических взаимосвязей.

Экологическое состояние – это природная ситуация, которая возникла в следствии действия биологических, физических, химических факторов.

Экологические процессы – это изменение состояния во времени. К основным процессам, которые являются предметом экологических исследований, принадлежат изменения количества биомассы организмов во времени, изменение структуры систем, движение энергии.

Экологическое отношение – выступают на всех уровнях экологических систем, как непосредственно между организмами, так и между органами и окружающей средой. Простейшим примером является зависимость организма от определенных факторов, которые присутствуют в окружающей среде.

В природе реализуется огромное количество экологических связей, среди которых наиболее распространены: хищничество, паразитизм, симбиоз, конкуренция.

Первые попытки классифицировать экологические отношения в биоценозе сделаны Клементсом и Шенфордом в 1939г, которые выделили в них два этапа, или цикла:

1 цикл охватывает возбуждающие действие среды, т.е. акцию, а также обратную реакцию организма, т.е. влияние на окружающую среду.

2 цикл охватывает коакцию, или же влияние одних организмов на других.

Экологическое отношение отчетливо проявляется на всех уровнях организации живого.

Уровень организма. Экология одного организма представляет собой 1 цикл отношений. К организмам доходит возбуждение и влияние физико– химической среды в виде акции. Ответ организма на действие среды, т.е. реакция, представлена собой, как исчерпание из среды способов для своего существования, так и превращение этой среды путем выделение собственных субстанций.

Уровень популяции. На каждую природную популяцию действуют силы, которые являются причиной уменьшение численности особей как из-за действия среды, которая заканчивается смертью особей. Так и из-за влияния организмов, которые принадлежат к другим видам, для которых данная популяция является источником питания или же конкурентом.

Основным типом внутрипопуляционной коакции является пропогация. Она охватывает разрождающие связи между особями, в следствии которых численность популяций возрастает. Для существования в популяции пропагационных связей не всегда должна быть личная близость других особей. Коакции коопераций состоят во взаимодействии особей для обеспечения своего существования. Эти цели реализуются в популяции путем создания таких связей:

1) родственных;

2) стадных;

3)разные формы скоплений организмов.

     Между особями в приделах популяций наблюдается проявления коацийных дизкоопераций, т.е. влияний, которые являются непосредственно или опосередковано вредными для особей.

Биоценотический уровень. Характеризуется преимущественно дизкооперационными коакциями между отдельными популяциями. Здесь доминируют связи эксплуатационного типа, т.е. также, при которых одна из популяций (эксплуатируемая) теряет, а другая (эксплуатирующая) пользуется этим.

Рядом с эксплуатирующими связями в биоценозах распределена конкуренция, или же соперничество отдельных популяций.

     На уровне межвидовых отношений выступают также связи кооперационного типа, также как симбиоз и толерантных связи между видами, биологические потребности которых не перекрываются.

     Экологические зависимости, которые выступают в той или иной системе, составляют естественный экологический механизм, который решает направление изменение численности, состояния и величины биомассы, а следственно, круговорота энергии.

     Экологический механизм, который реагирует на изменения, которые происходят в среде, одновременно обрисовывают направление развития экосистемы.