ТЕМА 2. Концепция экосистемы

ТЕМА 1. Предмет экологии

ЭКОЛОГИЯ

Перечень тем:

1. Предмет экологии.

2. Концепция экосистемы.

3. Динамика и эволюция экосистем.

4. Биосфера.

5. Характеристика составных частей биосферы; их загрязнение

5.1. Атмосфера;

5.2. Вода;

5.3. Почвы.

6. Понятие качества ОСП.

7. Нормирование состояния ОСП:

7.1. Санитарно – гигиенические нормативы;

7.2. Производственно – хозяйственные нормативы;

7.3. Комплексные нормативы.

8. Мониторинг загрязнения ОСП.

В настоящее время все еще нет единого и общепринятого определения понятия термина «экология». Буквальное его толкование – наука о доме.

Рождение экологии как самостоятельной биологической науки относят примерно к 1900 г., хотя сам термин наиболее широко стал применяться в 80-х гг. XX столетия. Заслуга введения термина принадлежит немецкому биологу Эрнсту Геккелю, который в трудах, опубликованных в 1886 г. назвал экологией «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде».

Известный эколог, наш современник, чьи труды стали классическими, Ю. Одум, определяет экологию как науку о «природном доме», охватывающую изучение всех живущих в нем организмов и всех функциональных процессов, делающих этот дом пригодным для жизни (1986 г.).

Сейчас многие ученые также считают экологию наукой об отношениях живых организмов или групп организмов с окружающей средой, о взаимоотношениях между различными живыми организмами.

К концу XX века сложилось мнение, что экология как наука выходит за рамки биологии, является междисциплинарной и стоит на стыке биологических, геолого–географических, технических и социально-экономических наук.

Ее определяют как науку, исследующую закономерности жизнедеятельности организмов в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Основные разделы современной экологии: общая (теоретическая) экология, биоэкология, геоэкология, экология человека, соц3иальная экология, прикладная экология. Система экологических наук составляет основу развития такого современного направления как природопользование, последнее включает в себя раздел охраны окружающей природной среды.

Методологическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натуральных наблюдений, эксперимента и моделирования.

В основе общей экологии лежит концепция экосистемы. Экосистема – основная функциональная единица в экологии. Экосистема представляет собой систему сообществ живых организмов и среды их обитания, которые функционируют совместно. Это значит, круговорот веществ и потоки энергии происходят во взаимной связи всех компонентов живой (биологической) и неживой (абиотической) составляющей системы.

Термин «экосистема» был предложен в 1935 г. английским экологом

А. Тенсли, хотя представления об экосистеме сформировались гораздо раньше. Они были представлены в трудах немецкого математика К. Мебиуса (1877 г.) и русских ученых: В. Докучаева, Г. Морозова, позднее эколога В. Сукачева (1944 г.).

Любая экосистема является открытой системой, т.е. должна получать и отдавать энергию.

Пределы изменений на входе и выходе сильно варьируют и зависят от многих переменных, например, от размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей), интенсивности обмена (чем больше, тем больше приток и отток), сбалансированности процессов в ней (чем больше нарушено равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления), стадии и степени развития системы (молодые системы отличаются от зрелых).

Близким, но не исчерпывающим понятия «экосистема», является понятие биоценоз которое подразумевает сообщество организмов, т.е. в состав биоценоза входит только биотическая компонента экосистемы. Функционирование биоценоза осуществляется в определенном пространстве, называемом биотопом. Совокупность биоценоза и биотопа называют биогеоценозом. Биогеоценоз представляет собой диалектическое единство организмов и условий их существования. При этом, условия существования являются элементами внешней среды, вовлеченными во взаимодействия с биологическими организмами. Так, элементы материнских горных пород, включенные в биологический обмен с организмами, превращаются в биологические образования – почву. Все компоненты биогеоценоза объединяются в единую систему благодаря трофическим цепям, которые лежат в основе биологического обмена веществ в биосфере.

Отечественные биологи давно различают единство организмов и среды существования с одной стороны, и единство организмов и условий их существования – с другой. В первом случае мы имеем дело с биологической экосистемой, где факторы среды организмов представлены различными по сущности объектами. Согласно К. Рулье, средой организма являются другие организмы, физические и химические факторы среды, географические процессы и явления и деятельность человека.

В состав биогеоценоза входят только биологические объекты, которые возникают и существуют на основе единого биологического круговорота веществ в данной системе.

Таким образом, отождествлять экосистему с биогеоценозом нельзя.

Одно из свойств любой системы – иерархическая соподчиненность элементов. Так, элементарной единицей в экологии считают организм (особь). Совокупность особей образует элементарную подсистему - популяцию, а совокупность популяций, выполняющих сходную функциональную роль в экосистеме, образует следующую подсистему – ассоциацию или сообщество, совокупность сообществ – биоценоз.

Организмы биоценоза в комплексе со средой обитания представляют собой экосистему. Совокупность экосистем в пределах определенной территории или акватории, характерной в том или ином отношении, образуют систему более высокого уровня – ландшафт.

Наивысшее звено иерархии экологических структур – биосфера.

Деление на ступени – иерархия – во многих случаях является искусственным. Каждый уровень интегрирован, т.е. взаимодействует с другими, и между ними нет резких границ. В соответствии с названными подсистемами различают экологию популяций, экологию сообществ, экологию биоценозов.

Для описания систем используются качественные и количественные критерии и параметры. Самым простым критерием является критерий жизни, когда в экосистеме выделяют две компоненты: живую (биотическую) и неживую (абиотическую).

Исходя из того, что одним из главным свойств экосистемы являются круговорот вещества и потоки энергии, наиболее важным критерием ее структуры и функционирования считают пищевые взаимоотношения популяций, характер трофики (питания).

В зависимости от выполняемых функций в отношении питания все популяции разделяют на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. В каждом биогеоценозе есть представители всех трех трофических групп, хотя эти группы состоят из различных популяций организмов и имеют различный видовой состав. Организмы, выполняющие в биоценозе одинаковые трофические функции, составляют определенный трофический уровень.

Первый трофический уровень образуют автотрофныеорганизмы. Они являются первичными продуцентами и создают биомассу. Это в основном растения, реже бактерии. Скорость образования биомассы называют биологической продуктивностью (биопродуктивностью) экосистемы.

В отличие от растений бактерии, грибы, животные не способны строить свое тело из простых химических веществ: им для этого необходимы более сложные органические вещества, богатые энергией. Они получают энергию, питаясь растениями или другими организмами, которые также питаются растениями и по характеру питания являются гетеротрофами. Эта группа организмов называется консументами.

Группа организмов, разлагающая отходы жизнедеятельности или отмершие организмы до минеральных веществ называется редуценты (бактерии, простейшие грибы и т.п.).

Организмы разных групп по-разному реагируют на антропогенное загрязнение среды обитания. Так, если редуценты не справляются с очисткой от загрязнения, нарушаются процессы самоочищения, что отрицательно сказывается на устойчивости экосистемы и приводит к ее преобразованию.

Видовой состав групп продуцентов, консументов и редуцентов может быть различным, что зависит не только от типа экосистемы (например, наземной или водной), географического положения, но и от взаимоотношений организмов.

В экологии известны различные типывзаимоотношений, из которых обычно рассматривают четыре – конкуренция, хищничество, паразитизм и мутуализм. В реальной жизни эти отношения часто имеют смешанный характер. Примером может быть способность многих видов к образованию скоплений.

Скопление – сосредоточенныемножества особей в наиболее подходящем для них месте и в самое подходящее время года. К скоплениям приводят миграции животных, синхронность жизненных циклов. Образование скоплений дает определенные выгоды отдельной особи, но действует и механизм отбора. Первостепенный фактор такого отбора – это исчерпание ресурсов и конкуренция.

Конкуренция – это взаимодействие, которое сводится к тому, что один организм потребляет ресурс, который был бы доступен для другого организма и мог им потребляться. Лишать друг друга ресурсов могут особи как одного, так и разных видов.

Мутуализм приносит обоюдную пользу. Особи, которые вступают в подобного рода отношения, растут, размножаются и выживают с большим успехом в присутствии друг друга (например – «чистильщик - клиент»; микроорганизмы – древесные растения).

Хищничество - форма взаимоотношений организмов различных трофических уровней, при котором один вид организмов живет за счет другого, поедая его.

Паразитизм – межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живет за счет другого, поселяясь внутри или на поверхности тела организма – хозяина.

Каждый вид занимает определенное положение в составе экосистемы и выполняет определенные функции, обеспечивающие стабильность его позиций и стабильность экосистемы в целом. Это положение называют экологическойнишей. Экологическая ниша – место вида в природе (преимущественно в биоценозе), включающее как положение его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение к биотическим условиям существования.

Повышение биоразнообразия сопровождается ограничением численности особей, входящих в экологические ниши. Немецкий эколог А. Тинеманн, основываясь на этой закономерности сформировал правило числа видов и числа особей: в благоприятных условиях число видов растет, а численность особей в популяции падает, тогда как в неблагоприятных условиях происходит обратное.