Основные понятия экологии: экосистема, ее структура, свойства

Основным понятием и основной структурной единицей в экологии является экосистема. Этот термин был введен в 1935 г. А.Тенсли.

Экосистема – единый природный или природно-антропогенный комплекс, который выступает как функциональное целое и образован сообществом живых организмов и средой их обитания.

Или экосистема – это любое сообщество живых организмов и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое.

Экосистемы бывают различного уровня: микро экосистемы (лужа), мезо экосистема (лес, пруд), макро экосистема (океан, тундра), глобальная экосистема – биосфера в целом.

Любая экосистема состоит из 2-х блоков. Один из них биоценоз – сообщество живых организмов; другой – комплекс факторов внешней среды – биотоп (экотоп):

Биоценоз (биота) – сообщество (группа) взаимосвязанных популяций растений, животных, микроорганизмов, живущих в сходных условиях среды.

Биотоп (экотоп) – местообитание биоценоза – пространство с более или менеее однородными условиями внешней среды, заселенное определенным сообществом живых организмов.

Каждый биоценоз и экосистема, соответственно, состоит из множества видов - десятков, сотен и более. Видовое разнообразие обычно зависит от условий биотопа: чем они лучше, богаче, тем разнообразнее видовой состав экосистемы.

Основные свойства экостистем:

1) способность осуществлять круговорот веществ;

2) способность адаптации к внешним экологическим факторам;

3) способность производить биологическую продукцию.

3.5. Трофическая структура экосистем. Роль фотосинтеза. Эстафетный принцип передачи информации.

Все экосистемы являются открытыми системами, в которых существует биогенный круговорот веществ и энергии. Это явление относится к числу фундаментальных механизмов функционирования биосферы.

Всю экосистему можно сравнить с единым механизмом, потребляющим энергию для совершения работы. Такой энергией для живых организмов является солнечная энергия (Е), а процесс, в ходе которого она преобразуется из окружающей среды – фотосинтез.

Фотосинтез – это процесс запасания солнечной энергии в виде химических связей сложных органических соединений при поглощении растениями СО₂ и воды:

CO₂ + 2nH₂O nO₂ + nH₂O + [C_n(H₂O)_n]

Осуществляется зелеными растениями и водорослями, которые имеют специальный фотосинтетический аппарат. Органические вещества (углеводы) служат источником энергии и для растений, и для других организмов экосистемы. Высвобождение энергии идет в процессе дыхания или биохимическом цикле животных. На фотосинтез расходуется около 1% от незначительной части солнечной энергии дошедшей к Земле, но и этого достаточно, чтобы подерживать жизнь. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют солнечную энергию, преобразуя ее в энергию химических связей органических веществ, и затем передают ее в таком виде другим членам биоты.

Во всем многообразии биотических взаимоотношений видов живых организмов первостепенное значение имеют трофические (пищевые) связи.

Любая экосистема включает несколько трофических уровней (звеньев). Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет собой трофическую цепь. Главная функция цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и энергии, запасенной в органических соединениях (рис.2).

Редуценты (деструкторы) – разрушители органического вещества (микроорганизмы, грибы и др.) и минерализующие его до простых неорганических соединений.

Все звенья цепи питания взаимосвязаны и взаимозависимы. Между ними от первого звена до последнего идет передача вещества и энергии. Существуют закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой. При передаче Е часть ее усваивается и расходуется на жизнедеятельность организмов, часть теряется, рассеиваясь в пространстве. В целом, переходит с одного уровня на другой 10% от энергии, потребленной с пищей.

Поэтому, цепи питания не могут быть длинными, в среднем, они состоят из 4-6 уровней. Трофические цепи в чистом виде в природе не встречаются, так как одни и те же виды могут оказываться на разных уровнях, взаимозаменяться. Подобные общие звенья связывают цепи питания в сложную систему, получившую название трофическая сеть. Экосистемы с более сложными сетями питания являются более устойчивыми и характеризуются интенсивным круговоротом веществ.

Если изображать трофические цепи графически, то образуются экологические пирамиды:

Часть энергии расеивается, часть расходуется на жизнеобеспечение консументов, часть (ок. 10%) переходит в тело потребителя, увеличивая его массу за счет накопления органических соединений, т.е. образуется продукция. Продукция растений – первичная, продукция животных – вторичная. Продуктивность экосистем будет складываться из этих продукций. Так, продуктивность биосферы - 83 млрд.т/г: 30 - океан, 53 - наземные экосистемы (леса, степи, др.), т.е. наибольший вклад вносят зеленые растения (автотрофы), являющиеся началом любой трофической цепи. Биологическая продуктивность – это биомасса, производимая сообществом на единице площади и за единицу времени.

Эстафетный принцип передачи информации.

Говоря о круговороте веществ, необходимо заметить, что передача загрязняющих веществ будет идти также по пищевым цепям, т.е. максимальные концентрации поллютантов будут накапливаться в организмах, стоящих в конце пищевой цепи или на вершине пирамиды.

С круговоротом веществ в экосистемах связан и принцип эстафетной передачи информации об уровне загрязнения :от биотопов –– к биоценозам –– к экосистемам –– и снова к биотопам.

Так как экосистемы характеризуются полной взаимосвязью их звеньев и членов, общностью организации всех сообществ, принципами саморегуляции, то из этого вытекает необходимость учета множества факторов при анализе различных экологических явлений и тем более при планировании любых хозяйственных вмешательств в них.