Ekosystem to dowolny zbiór oddziałujących na siebie żywych organizmów i warunków środowiskowych. Termin „ekosystem” wprowadził A. Tansley w 1935 roku.

Podstawowe właściwości:

1) zdolność do przeprowadzania obiegu substancji

2) opierać się wpływom zewnętrznym

3) wytwarzać produkty biologiczne

Rodzaje ekosystemów:

1) mikroekosystemy (pień drzewa w fazie reprodukcji, akwarium, mały staw, kropla wody itp.)

2) mezoekosystem (las, staw, step, rzeka)

3) makroekosystem (ocean, kontynent, obszar naturalny)

4) globalny ekosystem (biosfera jako całość)

Największym ekosystemem jest biosfera- skorupa planety zamieszkana przez organizmy żywe. Grubość biosfery wynosi nieco ponad 20 km (organizmy żyją nad powierzchnią lądu nie wyżej niż 6 km nad poziomem morza, schodzą nie głębiej niż 15 km w głąb lądu i 11 km w głąb oceanu), ale większość materia żywa koncentruje się w warstwie przypowierzchniowej o grubości 50–100 m, m to wysokość korony lasu i głębokość wnikania głównej masy korzeni. W tych granicach skupiają się zwierzęta naziemne i glebowe oraz mikroorganizmy. W oceanie rośliny i zwierzęta najliczniej zamieszkują przypowierzchniowe słupy wody, oświetlone przez słońce i nagrzane do głębokości 10 – 20 m. Ponad 90% biomasy roślin i zwierząt koncentruje się w tej cienkiej warstwie biosfery.

Odum zaproponował klasyfikację ekosystemów opartą na biomach. Są to duże naturalne ekosystemy odpowiadające strefom fizyczno-geograficznym. Charakteryzuje się pewnym podstawowym typem roślinności lub inną charakterystyczną cechą krajobrazu.

Typy biomów:

1) lądowy (tundra, tajga, stepy, pustynie)

2) wody słodkie (wody płynące: rzeki, strumienie, wody stojące: jeziora, stawy, tereny podmokłe: bagna)

3) morskie (otwarty ocean, wody szelfowe, strefy głębinowe)

Ekolodzy posługują się także terminem „biogeocenoza”, zaproponowany przez radzieckiego botanika V.N. Sukaczow. Termin ten odnosi się do zbioru roślin, zwierząt, mikroorganizmów, gleby i atmosfery na jednorodnym obszarze lądowym. Biogeocenoza jest synonimem ekosystemu.

W zależności od wpływu działalności gospodarczej człowieka systemy dzielą się na:

1) naturalne, zachowane w stanie nienaruszonym;

2) zmodyfikowane, zmienione przez działalność człowieka;

3) przekształcony, przemieniony przez człowieka.

Ekosystem składa się z czterech głównych elementów:

1. Środowisko nieożywione (abiotyczne) to woda, minerały, gazy, a także nieożywione substancje organiczne i próchnica.

2. Producenci (producenci) to żywe istoty zdolne do budowania substancji organicznych z nieorganicznych materiałów środowiska. Pracę tę wykonują głównie rośliny zielone, które wykorzystując energię słoneczną wytwarzają związki organiczne z dwutlenku węgla, wody i minerałów. Proces ten nazywa się fotosyntezą. To uwalnia tlen. Substancje organiczne wytwarzane przez rośliny służą jako pokarm dla zwierząt i ludzi, a tlen służy do oddychania.

3. Konsumenci – konsumenci produktów roślinnych. Organizmy żywiące się wyłącznie roślinami nazywane są konsumentami pierwszego rzędu. Zwierzęta jedzące tylko (lub głównie) mięso nazywane są konsumentami drugiego rzędu.

4. Rozkładacze (destruktory, rozkładacze) – grupa organizmów rozkładających szczątki martwych stworzeń, np. szczątki roślin lub zwłoki zwierząt, zamieniając je ponownie w surowce (wodę, minerały i dwutlenek węgla), odpowiednie dla producentów, którzy przekształcają składniki te ponownie przekształcają się w materię organiczną. Do czynników rozkładających zalicza się wiele robaków, larw owadów i innych małych organizmów glebowych. Bakterie, grzyby i inne mikroorganizmy przekształcające materię żywą w minerały nazywane są mineralizatorami.

Natura działa niezwykle oszczędnie. Wytworzona przez organizmy biomasa (substancja ich ciał) oraz zawarta w niej energia przekazywane są pozostałej części ekosystemu: zwierzęta jedzą rośliny, zwierzęta drapieżne jedzą te pierwsze, ludzie jedzą rośliny i zwierzęta. Proces ten nazywany jest łańcuchem pokarmowym.

Pod względem nakładu energii ekosystemy naturalne i antropogeniczne (stworzone przez człowieka) są podobne. Zarówno ekosystemy naturalne, jak i sztuczne (domy, miasta, systemy transportowe) wymagają zewnętrznego zaopatrzenia w energię. Ale naturalne ekosystemy otrzymują energię z niemal wiecznego źródła - Słońca, które zresztą „produkując” energię nie zanieczyszcza środowiska. Człowiek natomiast napędza procesy produkcji i konsumpcji głównie dzięki końcowym źródłom energii – węglem i ropą naftową, które wraz z energią emitują pyły, gazy, odpady termiczne i inne, szkodzące środowisku i nie nadające się do przetworzenia w ciągu sam sztuczny ekosystem. Nie należy zapominać, że zużycie nawet tak „czystej” energii jak energia elektryczna (jeśli jest produkowana w elektrowni cieplnej) prowadzi do zanieczyszczenia powietrza i termicznego skażenia środowiska.

Zanim zdefiniujemy pojęcie ekosystemu, przejdźmy do definicji biocenozy i biogeocenozy. Biocenoza to zbiór współżyjących populacji różnych typów mikroorganizmów, roślin i zwierząt. Terminu „biocenoza” po raz pierwszy użył Moebius (1877) podczas badania grupy organizmów w ławicy ostryg, czyli od samego początku owa zbiorowość organizmów była ograniczona do określonej przestrzeni geograficznej, w tym przypadku granic piaszczysta ławica. Przestrzeń tę nazwano później biotopem. Biotop- jednorodny obszar lądu lub wody zamieszkany przez organizmy żywe. Składniki biotopu nie tylko istnieją obok siebie, ale aktywnie współdziałają ze sobą, tworząc specyficzny system biologiczny, który nazwał akademik V.N biogeocenoza. W tym systemie całość składników biotycznych i abiotycznych ma swoją szczególną specyfikę interakcji i pewien rodzaj wymiany materii i energii między sobą a innymi zjawiskami naturalnymi i reprezentuje sprzeczną wewnętrzną jedność dialektyczną, w ciągłym ruchu i rozwoju. (Sukaczow, 1971).

Jednak nieco wcześniej, bo w 1935 roku, angielski botanik A. Tansley wprowadził termin „ekosystem”. Ekosystem- jest to zespół różnych typów organizmów żyjących razem i warunków ich istnienia, które pozostają ze sobą w naturalnym związku, lub zespół kompleksów organizmów z zespołem czynników fizycznych swojego środowiska, czyli siedliska czynniki w szerokim znaczeniu. Największym ekosystemem jest biosfera Ziemi, następnie w kolejności malejącej: ląd, ocean, tundra, tajga, las, jezioro, pień drzewa, doniczka. Pomimo tego, że na pierwszy rzut oka pojęcia „ekosystem” i „biogeocenoza” mogą wydawać się identyczne, w rzeczywistości tak nie jest. Ekosystem to jedność organizmów i środowiska istnienia, natomiast biogeocenoza to połączenie jedności organizmów i warunków istnienia. Biogeocenoza obejmuje wyłącznie obiekty biologiczne w obrębie fitocenozy, które powstają i istnieją na zasadzie pojedynczego cyklu biologicznego substancji w danym systemie. Na środowisko istnienia organizmu składają się inne organizmy, czynniki fizyczne, czynniki chemiczne, procesy i zjawiska geograficzne, działalność człowieka, a także rzeźba terenu i klimat (wg A. Tansleya).

Spróbujmy podkreślić różnice między biogeocenozą a ekosystemem:

zgodnie z powiązaniami systemotwórczymi - w biogeocenozie zachodzi przyczynowo-skutkowe oddziaływanie takich przeciwieństw, jak organizmy i warunki ich istnienia. Wzajemnie generują, wzajemnie się zmieniają i warunkują wzajemne istnienie. Ekosystem składa się z różnych obiektów połączonych korelacjami; nie generują one się nawzajem;

biogeocenoza jest nośnikiem biologicznej formy ruchu materii. Cała zawartość tego układu powstaje i istnieje wyłącznie na podstawie metabolizmu biologicznego. W ekosystemie nie ma wspólnej przyczyny istnienia jego składników, nie ma jednego procesu, który wygenerowałby jego składniki.

Schematycznie można przedstawić co następuje:

Klasyfikacje naturalnych systemów biosfery opierają się na podejściu krajobrazowym, ponieważ ekosystemy są integralną częścią naturalnych krajobrazów geograficznych, które tworzą geograficzną (krajobrazową) otoczkę Ziemi. Biogeocenozy tworzą na powierzchni Ziemi tzw. biogeosferę, która jest podstawą biosfery, którą V.I. Vernadsky nazwał „filmem życia”, a V.N. Sukachev nazwał „osłoną biogeokoeniczną”.

Krajobraz- Jest to naturalny kompleks geograficzny, w którym wszystkie główne elementy (górne poziomy litosfery, rzeźba terenu, klimat, woda, gleba, fauna i flora) pozostają w złożonej interakcji, tworząc jednolity system, jednorodny pod względem warunków rozwoju.

Krajobrazowe podejście do ekologii ma przede wszystkim ogromne znaczenie dla celów zarządzania środowiskowego. Ze względu na pochodzenie wyróżnia się dwa główne typy krajobrazów – naturalny i antropogeniczny.

Naturalny krajobraz powstaje wyłącznie pod wpływem czynników naturalnych i nie ulega przekształceniom w wyniku działalności gospodarczej człowieka. Początkowo zidentyfikowano następujące krajobrazy naturalne:

- geochemiczne- oznacza obszar przydzielony na podstawie jedności składu i ilości pierwiastków i związków chemicznych;

- elementarny krajobraz oznacza obszar złożony z pewnych skał, położonych na tym samym elemencie rzeźby, w jednakowych warunkach wód gruntowych, o tym samym charakterze zbiorowisk roślinnych i tym samym rodzaju gleby;

- krajobraz chroniony, gdzie wszystkie lub niektóre rodzaje działalności gospodarczej są regulowane lub zakazane zgodnie z ustaloną procedurą.

Krajobraz antropogeniczny - Jest to dawny krajobraz naturalny, który został przekształcony w wyniku działalności gospodarczej do tego stopnia, że ​​uległo zmianie powiązanie jego elementów przyrodniczych. Obejmuje to krajobrazy:

- rolniczy(rolniczy) - których roślinność została w dużej mierze zastąpiona przez uprawy i nasadzenia roślin rolniczych i ogrodniczych;

- technogeniczny, którego strukturę wyznacza technogenna działalność człowieka, związana z użyciem potężnych środków technicznych (naruszanie terenu, zanieczyszczenie emisjami przemysłowymi). Dotyczy to również krajobrazu przemysłowego , powstały w wyniku oddziaływania dużych kompleksów przemysłowych na środowisko;

- miejski(miejski) - z budynkami, ulicami i parkami.

Biom charakteryzuje się pewnym typem struktury społeczności, wyrażającym kompleks adaptacji do warunków środowiskowych. Główne typy biomów lądowych i wodnych przedstawiono w formie tabelarycznej (tabela 3.1).

Tabela 3.1 – Klasyfikacja ekosystemów oparta na krajobrazie

Ekosystemy lądowe

Tundra- jest to biom położony w strefie arktycznej Ziemi (jest to północ Eurazji i Ameryki Północnej), który rozwinął się w zimnym klimacie. Charakteryzuje się występowaniem wiecznej zmarzliny, bezdrzewnością, silnym rozwojem pokrywy mchów i porostów oraz podmokłością. Średnia suma opadów nie przekracza 250 mm rocznie. Rośliny są niskie, przeważnie wieloletnie (porosty, mchy, trawy, krzewy i krzewinki), wzrost roślin jest powolny. Fauna nie jest bogata, liczba gatunków osiadłych jest niewielka. Spośród ssaków najważniejsze to renifery, lisy polarne, gryzonie (głównie lemingi), wilki i zając biały. Wśród ptaków przeważa ptactwo wodne. Owady są liczne, zwłaszcza krwiopijne (muszki). Łańcuchy pokarmowe są stosunkowo krótkie, dlatego zmiana jednego z poziomów troficznych ma ogromny wpływ na pozostałe, powodując gwałtowne wahania liczebności. Uważa się, że ekosystemy tundry są wrażliwe i kruche, szczególnie pod wpływem antropogenicznym.

Las iglasty (tajga) rozwija się w warunkach stosunkowo krótkiego okresu bezmrozowego (około czterech miesięcy), mroźnych zim przy stabilnej pokrywie śnieżnej i opadach przekraczających parowanie (do 750 mm rocznie). Na Ziemi około 10% powierzchni zajmuje tajga. W porównaniu z lasami tropikalnymi tajga jest uboga pod względem gatunków i form życia. Warstwa drzew składa się głównie z drzew iglastych, choć w miejscach pożarów i polan rosną lasy pochodne, liściaste (głównie brzozy i osiki). Rozwój warstwy krzewiastej i zielnej uzależniony jest od oświetlenia pod okapem lasu (w lasach świerkowych i jodłowych podszyt jest rzadki, natomiast w borach sosnowych i modrzewiowych jest dobrze zaznaczony). Żyją tu ssaki charakterystyczne dla całej strefy leśnej: łoś, niedźwiedź, ryś, sobol, kuna, wiewiórka, borsuk, wiewiórka i inne. Typowe ptaki: cietrzew, cietrzew, dziadek do orzechów, krzyżodzioby, dzięcioły, sowy i inne. Z drzewami iglastymi wiąże się wiele owadów: jedwabniki sosnowe, chrząszcze długorogie, korniki, gatunki mrówek tajgi i inne. Obfita niegodziwość. W tajdze skoncentrowane są znaczne zasoby drewna, żywności i surowców leczniczych, prowadzone są intensywne polowania.

Lasy liściaste- biom zajmujący południową część leśnej strefy geograficznej strefy umiarkowanej. Różni się od tajgi dużą liczbą żyjących tu gatunków zwierząt i roślin. Głównymi dominującymi gatunkami drzew są drzewa liściaste. Poziomowanie jest dobrze wyrażone, a poziomy są często podzielone na podpoziomy. Wśród zwierząt, oprócz tych spotykanych w tajdze, typowe są różne gatunki jeleniowatych, saren i dzików. Wzrasta liczba i różnorodność gatunkowa ptaków i owadów. Lasy liściaste są także przedmiotem intensywnej działalności gospodarczej człowieka.

Lasy tropikalne rozmieszczony w strefach równikowych, tropikalnych i subtropikalnych Ziemi - w Ameryce Południowej, Afryce, Azji Południowo-Wschodniej, Nowej Gwinei i Oceanii. Zajmują powierzchnię około 30 milionów metrów kwadratowych. km, rozwijają się w warunkach nadmiernej wilgoci i ciepła. Opady wynoszą tutaj ponad 2400 mm rocznie. Gatunki roślin drzewiastych są powszechne i dominują nad roślinami zielnymi. Drzewa kwitną, owocują i zmieniają liście przez cały rok. Kondygnacje drzewostanu praktycznie nie są wyrażone, najczęściej nie ma krzewów, a poszycie trawy jest słabe. Flora i fauna są niezwykle bogate. Rośnie tu około 80% wszystkich gatunków roślin. Zróżnicowana populacja zwierząt koncentruje się głównie w koronach drzew. Ssaki charakteryzują się małpami (w tym antropoidami: szympansy, goryle, orangutany, gibony) oraz dużymi drapieżnikami: lampartem, tygrysem, jaguarem. Ptaki obejmują papugi, kolibry, tukany i tak dalej. Mnóstwo płazów i gadów. Bezkręgowce, przede wszystkim owady, są niezwykle różnorodne. Biocenozy lasów tropikalnych są najbardziej produktywne na naszej planecie. Zajmując około 6% powierzchni Ziemi, dostarczają ponad 28% całkowitej produkcji materii organicznej. Ze względu na intensywne wymywanie oraz obfitość bezkręgowców i grzybów niszczących ściółkę, gleby lasów tropikalnych są ubogie - jest w nich znacznie mniej próchnicy niż w lasach strefy umiarkowanej. Tropikalny las deszczowy odgrywa wyjątkową rolę w normalnym funkcjonowaniu i rozwoju całej biosfery, utrzymując jej reżim wodno-gazowy, zachowując różnorodność form życia. W wyniku działalności człowieka powierzchnia lasów tropikalnych stale się zmniejsza, co wskazuje na potrzebę znacznych wysiłków na rzecz ich ochrony.

Step- jest to rodzaj biomu, który rozwinął się w warunkach długich, gorących lat i mniej lub bardziej mroźnych zim z opadami wahającymi się od 200 do 500 mm rocznie. Stepy zajmują rozległe terytoria w Eurazji, tworząc pas wysokościowy w górach; ich odpowiednikami w Ameryce Północnej są preerie, aw Ameryce Południowej - pampasy. Wśród roślin dominują trawy wieloletnie, odporne na mróz i suszę (głównie zboża). Gleby charakteryzują się wytworzeniem żyznej warstwy o znacznej miąższości. Występuje wiele stadnych zwierząt kopytnych i gryzoni. Obfitość gryzoni przyciąga ptaki drapieżne i ssaki. Stepy są szeroko wykorzystywane przez człowieka do rozwoju rolnictwa i wypasu, w wyniku czego są obecnie prawie całkowicie zagospodarowane i przekształcone w grunty rolne.

Na obszarach o wyjątkowo suchym klimacie są powszechne pustynia - biomy z bardzo rzadką i zubożoną pokrywą roślinną. Ilość opadów nie przekracza tutaj 200 mm rocznie (przy dużym parowaniu). Pustynie zajmują około jednej trzeciej powierzchni lądów na wszystkich kontynentach. Udział powierzchni porośniętej roślinnością nie przekracza 10 – 20%. W najbardziej suchych obszarach rośliny wyższe są nieobecne na dużych obszarach. Rośliny pustynne są przystosowane do długotrwałej egzystencji przy minimalnych zapasach wilgoci (na przykład kaktusy, opuncja i mlecz, które magazynują wilgoć w ciele rośliny, lub saxaul, który ma bardzo długi korzeń i dociera do warstw wodonośnych). Wyjątkiem są pustynie arktyczne, które zależą nie od suchości klimatu, ale od niskich temperatur. Zamieszkują go głównie mchy i porosty. Faunę pustynną jako całość charakteryzuje dość duża liczba gatunków ssaków, głównie gryzoni (jerboa, wiewiórka ziemna, myszoskoczki i inne). Występują tu zwierzęta kopytne (kulan, gazela wola) i drapieżne (wilk, kojot, korsak, kot piaskowy i inne). Wielbłądy żyją na pustyniach Eurazji, a wigonia i guanako (w stanie udomowionym odpowiednio alpaka i lama) żyją w Ameryce Południowej. Do ciekawych ptaków należą drop, cietrzew i skowronki. Mnóstwo gadów, owadów i pajęczaków. Powierzchnia pustyń stale się zwiększa zarówno z przyczyn naturalnych, jak i pod wpływem działalności człowieka.

Należy zauważyć, że wraz z głównymi rodzajami biomów istnieje wiele opcji przejściowych: leśno-tundra, leśno-stepowy, las iglasto-liściasty, półpustynny i inni. Szczególnie interesujące jest sawanna - strefa przejściowa między lasami tropikalnymi a pustyniami. Savannah rozwija się w warunkach wyraźnej zmiany pory suchej i deszczowej z niewielką ilością opadów (w przybliżeniu jak na stepie). Zajmuje około 40% powierzchni Afryki i występuje w Ameryce Południowej, Azji Południowej i Australii. Charakteryzuje się dużą ilością pokrycia trawiastego. Drzewa są rzadkie, oddalone od siebie, a krzewy występują w zagłębieniach. Obfitość pokarmu roślinnego przyczynia się do istnienia bogatej populacji zwierząt, zwłaszcza dużych roślinożerców - antylop, żyraf, bawołów, słoni, zebr, kangurów (w Australii), a także zwierząt drapieżnych - lwów, gepardów itp. Jest ich wiele gryzonie, biegające ptaki (strusie), gady i owady.

Należy zauważyć, że na naszej planecie następuje zmiana biomów w kierunku równoleżnikowym (z południa na północ) i pionowym (w miarę wspinania się po górach).

Ekosystemy słodkowodne

Jeziora- naturalne zbiorniki słodkowodne, powstałe geologicznie stosunkowo niedawno - w ciągu ostatnich kilkudziesięciu tysięcy lat, a wiek tylko niektórych z nich to miliony lat, np. Bajkał. Obecność strefy głębokiej w większości jezior (strefa głęboka, dno i słup wody, do której nie przenika światło słoneczne) wpływa na reżim temperaturowy słupa wody, jego mieszanie i dystrybucję w nim tlenu. Procesy te mają charakter sezonowy, podobnie jak stratyfikacja (stratyfikacja) jeziora według reżimu temperaturowego.

Stawy Mają dobrze rozwiniętą strefę litoralną (strefa litoralna to słup wody, w którym światło słoneczne dociera do dna) i praktycznie nie ma stratyfikacji; powstają w różnych zagłębieniach, często przejściowo wysychających w lecie lub w latach suchych. Fauna stawów jest w stanie przetrwać okresy suche w stanie uśpienia lub przenieść się do innych zbiorników wodnych (płazy). Naturalne stawy są bardzo produktywne. W sztucznych stawach ludzie zazwyczaj sami karmią ryby.

Zbiorniki powstają przez człowieka podczas budowy hydroelektrowni oraz kompleksów nawadniająco-odwadniających. To już nie jest naturalny ekosystem, ale system przyrodniczo-techniczny. Rozkład ciepła i składników odżywczych w nim zależy od rodzaju tamy. Jeśli woda denna zostanie odprowadzona, zbiornik gromadzi ciepło i eksportuje składniki odżywcze , jeśli wypływ przepływa przez tamę, ciepło jest eksportowane i gromadzą się składniki odżywcze. W pierwszym przypadku woda z hipolimnionu opada (hypolimnion to obszar zimnej wody, w którym nie ma krążenia), w drugim - epilimnion (epilimnion to głębokość, na której zachodzi cyrkulacja wody). Przez śluzy głębinowe do rzeki przedostaje się także woda słona, a składniki biogenne powodują eutrofizację (przesycenie wód substancjami biogennymi) odcinka rzeki.

Do których należą wymienione ekosystemy słodkowodne soczewkowy.

Lotyczny ekosystemy – rzeki– różnią się od zbiorników stojących trzema głównymi warunkami: 1) prądy są ważnym czynnikiem ograniczającym i kontrolującym; 2) wymiana między wodą a lądem jest znacznie bardziej aktywna; 3) rozkład tlenu jest bardziej równomierny, ponieważ praktycznie nie ma stratyfikacji. Obecna prędkość wpływa na rozmieszczenie ryb w rzekach - mogą żyć pod kamieniami, w potokach, pod karabinami, ale będą to różne gatunki, przystosowane do określonych warunków. Rzeka jest ekosystemem otwartym, do którego przedostaje się duża ilość materii organicznej z sąsiadujących przestrzeni.

Mokradła słodkowodne – bagna- nizinne i wyżynne. Nizinny są z reguły zasilane wodami gruntowymi; i jeźdźcy - opady atmosferyczne. Górskie można spotkać w każdym zagłębieniu, a nawet na zboczach gór, nizinne powstają w wyniku zarostu jezior i starorzeczy. Porośnięte są makrofitami wodnymi, roślinami bagiennymi i krzewami.

Gleby bagienne i torfowiska zawierają dużo węgla (14 - 20%), a rozwój rolnictwa powoduje emisję do atmosfery dużych ilości dwutlenku węgla, co pogłębia problem CO 2 .

Ekosystemy morskie

Otwarty ocean jeden z największych ekosystemów (94% hydrosfery). Środowisko życia oceanu jest ciągłe, nie ma w nim granic uniemożliwiających osiedlanie się organizmów żywych (na lądzie granicą jest ocean pomiędzy kontynentami, na kontynencie są rzeki, góry itp.). W oceanie woda jest w ciągłym ruchu. Istnieją prądy poziome i pionowe. W wodzie rozpuszcza się 48-10 ton soli.

Te cechy fizykochemiczne stwarzają korzystne warunki do powstawania i rozwoju różnych organizmów. W oceanie występują:

gatunków zwierząt (co stanowi około 7% ich ogólnej liczby).

gatunków roślin (co stanowi około 8% ich ogólnej liczby). Głównie różne rodzaje glonów.

Jednakże życie organiczne jest rozmieszczone nierównomiernie w poziomie i w pionie. W zależności od czynników abiotycznych (reżim świetlny, temperatura, zasolenie itp.) ocean dzieli się na kilka stref.

W zależności od oświetlenia:

- góra oświetlona - do 200 m (eufotyczny);

Dolna, pozbawiona światła, ma ponad 200 m (afotyczna).

Ekosystem oceaniczny dzieli się również na:

Słup wody (pelagial);

Dno (bental).

W zależności od głębokości:

Do 200 m (strefa przybrzeżna);

Do 2500 m (strefa kąpielowa);

Do 6000 m (strefa głębinowa);

Ponad 6000 m (strefa ultraotchłani).

Na otwartym oceanie, w porównaniu ze strefą przybrzeżną, żywność jest mniej skoncentrowana, dlatego istnieje wiele aktywnie pływających organizmów (ryby, kalmary, rekiny, wieloryby itp.).

Strefa przybrzeżna ma optymalne warunki do życia w porównaniu z otwartym oceanem (światło, temperatura, wystarczająca ilość składników odżywczych) - dlatego obserwuje się tu maksymalne zróżnicowanie gatunkowe flory i fauny (do 80%).

Strefa głębokiej rafy Ocean odkryto w 1977 roku w strefie podwodnego grzbietu Oceanu Spokojnego na północny wschód od Wysp Galapagos. Tutaj, na głębokości 2600 m, znajdują się „oazy życia” - gigantyczne robaki (do 1,5 m), duże białe mięczaki, krewetki, kraby i niektóre gatunki ryb. Uderza bardzo duża gęstość biomasy – do 15 kg/m, w pozostałych miejscach na tej samej głębokości – do 0,01 kg/m (1500 razy więcej). Strefę głębinową charakteryzuje całkowita ciemność i ogromne ciśnienie. Adaptacja - zmniejszenie pęcherza pławnego, narządów wzroku, rozwój narządów luminescencyjnych i tym podobne. W strefie rafy, oprócz całkowitej ciemności, dużej zawartości siarkowodoru i metali toksycznych, znajdują się ujścia źródeł termalnych. Podobne obszary można znaleźć w innych obszarach oceanu.

W tym ekosystemie bakterie siarkowe pełnią rolę roślin, wykorzystując zamiast światła słonecznego siarkowodór i związki siarki (chemosynteza). Pierwszym ogniwem łańcucha pokarmowego są bakterie siarkowe, następnie pogonofora, w której organizmie żyją bakterie przetwarzające siarkowodór i dostarczające organizmowi niezbędnych składników odżywczych. Ponadto mięczaki żyją w symbiozie z bakteriami siarkowymi.

Obszary upwellingowe najbardziej produktywne na Oceanie Światowym. Upwelling to proces podnoszenia się zimnej wody z głębin oceanu, podczas którego wiatry stale usuwają wodę ze stromych zboczy kontynentalnych, w zamian za co woda wzbogacona w składniki odżywcze unosi się z głębin. Obszary upwellingowe znajdują się wzdłuż zachodnich pustynnych wybrzeży kontynentów. Są bogate w ryby i ptaki żyjące na wyspach. Kiedy jednak zmienia się kierunek wiatru, zakwity planktonu zanikają i obserwuje się masowe śnięcie ryb z powodu rozwoju warunków beztlenowych - eutrofizacji.

Biotyczna struktura ekosystemu. Pomimo ogromnej różnorodności ekosystemów - od lasów tropikalnych po pustynie, lasy, bagna, jeziora, charakteryzują się one tą samą strukturą biotyczną. Wszystkie ekosystemy obejmują te same podstawowe kategorie organizmów oddziałujących ze sobą. Są to producenci (autotrofy), konsumenci (heterotrofy), rozkładający się (miksotrofy).

Producenci – są to głównie rośliny zielone (glony jednokomórkowe, trawy, drzewa itp.), a także bakterie chemosyntetyczne i autotroficzne. Ich główną funkcją jest tworzenie materii organicznej z minerałów w procesie fotosyntezy. Fotosynteza to reakcja chemiczna zachodząca przy udziale chlorofilu w komórce roślin zielonych przy wykorzystaniu energii słonecznej, dwutlenku węgla, wody i energii słonecznej. W tym przypadku następuje tworzenie glukozy (najprostszego z cukrów) i tlenu. Fotosynteza zachodzi w każdej komórce zielonych liści.

6CO 2 +6 H 2 O + Q= C 6 H 12 O 6 +6O 6

Tlen jest uwalniany do atmosfery. Z glukozy i pierwiastków mineralnych rośliny syntetyzują złożone substancje tworzące organizm (białka, tłuszcze, węglowodany, DNA).

Rośliny wytwarzają złożone związki organiczne z prostych związków nieorganicznych. Jednocześnie energia słoneczna gromadzi się w związkach organicznych wraz z pierwiastkami chemicznymi.

Konsumenci. Zwierzęta żywią się materią organiczną, wykorzystując ją jako źródło energii i materiału do budowy swoich ciał. Rośliny zielone wytwarzają pożywienie dla innych organizmów w ekosystemie. Zwyczajowo rozróżnia się konsumentów pierwszego rzędu - fitofagi (fitorośliny, fagosy - zjadacze) i konsumentów drugiego rzędu - zoofagi. Są konsumenci trzeciego, czwartego i wyższego rzędu. Zając jedzący marchewkę jest konsumentem pierwotnym, lis zjadający zająca jest konsumentem wtórnym. Konsumentem pierwotnym jest osoba jedząca warzywa, konsumentem wtórnym jest mięso, a konsumentem trzeciego rzędu są ryby drapieżne (szczupak).

Rozkładacze- są to organizmy żerujące na martwych szczątkach roślin i zwierząt, można je również nazwać detrytusami (opadłe liście, odchody, martwe zwierzęta - nazywa się to detrytusem). Ich zadaniem jest przetwarzanie martwych szczątków i odpadów na minerały. Są to grzyby i bakterie. Żywiąc się martwą materią organiczną, detrytivores rozkładają ją. Kiedy umierają, sami stają się częścią szczątków.

Niektóre organizmy nie pasują do tego schematu. Na przykład: rośliny mięsożerne. Łapią owady, częściowo je trawią za pomocą enzymów i kwasów organicznych, w wyniku czego uzupełniają braki azotu i innych składników odżywczych. W Rosji występuje około 20 gatunków (muchołówka, sarracenia, rosiczka). Rośliny takie żyją w miejscach ubogich w azot, fosfor i potas (bagna są bardzo ubogie w składniki odżywcze).

Sieć pokarmowa. Poziomy troficzne. Badając strukturę biotyczną ekosystemu, staje się oczywiste, że jedną z najważniejszych relacji między organizmami jest pożywienie. Można prześledzić niezliczone ścieżki ruchu materii w ekosystemie, w którym jeden organizm zjadany jest przez drugi, a trzeci i tak dalej.

Łańcuch pokarmowy to droga przemieszczania się materii (źródła energii i materiału budowlanego) w ekosystemie z jednego organizmu do drugiego.

roślina chrząszcz żaba wąż ptak

W naturze łańcuchy pokarmowe rzadko są od siebie odizolowane. Znacznie częściej przedstawiciele jednego gatunku (roślinożercy) żywią się kilkoma rodzajami roślin i sami służą jako pokarm dla kilku gatunków. Pomimo różnorodności sieci pokarmowych, wszystkie odpowiadają ogólnemu wzorowi: od roślin zielonych do konsumentów pierwotnych, od nich do konsumentów wtórnych i tak dalej, do zwierząt detrytusożernych. Detrytusożercy zawsze zajmują ostatnie miejsce; zamykają łańcuch pokarmowy.

Poziom troficzny to zbiór organizmów zajmujących określone miejsce w sieci troficznej. Detrytivores mogą znajdować się na drugim i wyższym poziomie troficznym. Zazwyczaj w ekosystemie występują trzy do czterech poziomów troficznych. Wyjaśnia to fakt, że znaczna część spożywanej żywności jest wydawana na energię (90–99%), dlatego masa każdego poziomu troficznego jest mniejsza niż poprzednia. Stosunkowo niewiele przeznacza się na budowę ciała (1 – 10%). Zależność między roślinami, konsumentami i detrytusożercami wyrażona jest w formie piramid (graficznie).

Piramida biomasy - pokazuje stosunek biomasy różnych organizmów na poziomach troficznych.

Piramida Energii - pokazuje przepływ energii przez ekosystem.

Oczywiście istnienie większej liczby poziomów troficznych jest niemożliwe ze względu na szybkie zbliżanie się biomasy do zera.

Autotrofy stanowią pierwsze ogniwo łańcucha pokarmowego i znajdują się na pierwszym poziomie troficznym. Heterotrofy znajdują się na drugim i wyższym poziomie troficznym. Rysunek 3.1 pokazuje przykład piramidy biomasy.

Rysunek 3.1 – Piramida biomasy

Sukces ekologiczny. Y. Odum (1986) pod sukces ekologiczny rozumie cały proces rozwoju ekosystemu. Bardziej szczegółową definicję tego zjawiska podaje N. F. Reimers (1990): « Sukcesja to sukcesywna zmiana biocenoz zachodząca na tym samym terytorium (biotopie) pod wpływem czynników naturalnych (w tym wewnętrznych sprzeczności samych biocenoz) lub wpływu człowieka. Zmiany w zbiorowiskach w wyniku sukcesji są naturalne i spowodowane są interakcją organizmów między sobą oraz z otaczającym je środowiskiem abiotycznym.

Aby mogła nastąpić sukcesja, niezbędna jest wolna przestrzeń. W zależności od stanu początkowego podłoża wyróżnia się sukcesję pierwotną i wtórną. Sukcesja pierwotna - dzieje się tak, jeśli tworzenie zbiorowisk rozpoczyna się na początkowo wolnym podłożu i sukcesji wtórnej - Jest to sekwencyjne zastępowanie jednego zbiorowiska istniejącego na danym podłożu innym, doskonalszym dla danych warunków abiotycznych.

Sukcesja pierwotna pozwala prześledzić powstawanie wspólnot od samego początku. Może wystąpić na zboczu po osuwisku lub osuwisku, na mieliźnie powstałej w wyniku cofania się morza i zmiany koryta rzeki, na gołych piaskach pustynnych, nie mówiąc już o zaburzeniach antropogenicznych: świeżym cięciu, pasie aluwialnym wybrzeża morskiego, sztucznych zbiornikach.

Przykładem sukcesji pierwotnej jest przerost

las świerkowy nowych terenów na północy naszego kraju. Las świerkowy to ostatni etap kulminacyjny rozwoju ekosystemu w warunkach klimatycznych Północy, czyli już rodzima biocenoza . Początkowo rozwijały się tu lasy brzozowe, olchowe i osikowe, pod baldachimem którego rosną świerki. Stopniowo wyrastają z brzozy i wypierają ją, zajmując przestrzeń (ryc. 3.2).

Rysunek 3.2 - Zastąpienie lasu brzozowego lasem świerkowym

Seria sukcesji nazywana jest serią kolejnych społeczności, które stopniowo i w sposób naturalny zastępują się nawzajem. Obserwuje się go w naturze nie tylko w lasach, bagnach i jeziorach, ale także na pniach zamierających drzew i pniach, gdzie następuje naturalna wymiana saprofitów i saprofagów, w kałużach i stawach i tak dalej. Sukcesje są zróżnicowane pod względem skali i hierarchii, podobnie jak same ekosystemy.

Nazywa się stan ostatecznej równowagi lub homeostazy społeczności klimakterium. Y. Odum podał następującą definicję: społeczność kulminacyjna to społeczność samowystarczalna, pozostająca w równowadze z fizycznym siedliskiem. Można również powiedzieć, że menopauza jest końcową, stosunkowo stabilną fazą naturalnego rozwoju biogeocenozy lub zbiorowiska roślinnego, najbardziej odpowiadającą cechom środowiskowym danego obszaru w określonym okresie czasu geologicznego.

Rodzaje ekosystemów.

System ekologiczny (ekosystem)– przestrzennie określony zbiór organizmów żywych i ich siedlisk, połączonych interakcjami materialno-energetycznymi i informacyjnymi.

Istnieją naturalne ekosystemy wodne i lądowe.

Ekosystemy wodne Są to rzeki, jeziora, stawy, bagna – ekosystemy słodkowodne, a także morza i oceany – zbiorniki słonej wody.

Ekosystemy lądowe– są to ekosystemy tundra, tajga, las, leśno-stepowy, stepowy, półpustynny, pustynny, górski.

Każdy ekosystem lądowy ma składnik abiotyczny – biotop lub ekotop – obszar o tych samych warunkach krajobrazowych, klimatycznych i glebowych; oraz składnik biotyczny - zbiorowisko, czyli biocenoza - ogół wszystkich żywych organizmów zamieszkujących dany biotop. Biotop jest wspólnym siedliskiem wszystkich członków społeczności. Biocenozy składają się z przedstawicieli wielu gatunków roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Prawie każdy gatunek biocenozy reprezentowany jest przez wiele osobników różnej płci i wieku. Tworzą populację danego gatunku w ekosystemie. Bardzo trudno jest rozpatrywać biocenozę w oderwaniu od biotopu, dlatego wprowadza się pojęcie takie jak biogeocenoza (biotop + biocenoza). Biogeocenoza to elementarny ekosystem lądowy, główna forma istnienia ekosystemów naturalnych.

Każdy ekosystem obejmuje grupy organizmów różnych gatunków, różniące się sposobem żerowania:

Autotrofy („samożywiające się”);

Heterotrofy („żywiące się innymi”);

Konsumenci są konsumentami materii organicznej organizmów żywych;

Ditrytofagi, czyli saprofagi, to organizmy żywiące się martwą materią organiczną - pozostałościami roślin i zwierząt;

Reduktory – bakterie i niższe grzyby – dopełniają niszczycielską pracę konsumentów i saprofagów, doprowadzając rozkład materii organicznej do jej całkowitej mineralizacji i zwracając do środowiska ekosystemowego ostatnie porcje dwutlenku węgla, wody i składników mineralnych.

Wszystkie te grupy organizmów w dowolnym ekosystemie ściśle ze sobą współdziałają, koordynując przepływy materii i energii.

Zatem naturalny ekosystem charakteryzuje się trzema cechami:

1) ekosystem jest z konieczności zbiorem żywych i nieożywionych składników.

2) w ekosystemie odbywa się pełny cykl, począwszy od powstania materii organicznej, a skończywszy na jej rozkładzie na składniki nieorganiczne.

3) ekosystem pozostaje stabilny przez pewien czas, co zapewnia pewna struktura składników biotycznych i abiotycznych.

Przykładami naturalnych ekosystemów są: powalone drzewo, zwłoki zwierzęcia, niewielki zbiornik wodny, jezioro, las, pustynia, tundra, ląd, ocean, biosfera.

Jak widać na przykładach, prostsze ekosystemy zaliczają się do bardziej złożonych ekosystemów. Jednocześnie realizowana jest hierarchia organizacji systemów, w tym przypadku środowiskowych. Dlatego też ekosystemy dzieli się ze względu na skalę przestrzenną na mikroekosystemy, mezoekosystemy i makroekosystemy.

Zatem strukturę przyrody należy rozpatrywać jako systemową całość, składającą się z zagnieżdżonych w sobie ekosystemów, z których najwyższym jest unikalny ekosystem globalny – biosfera. W jego ramach następuje wymiana energii i materii pomiędzy wszystkimi żywymi i nieożywionymi składnikami na skalę planetarną.

Wpływ antropogeniczny na ekosystemy naturalne.

Czynniki antropogeniczne, tj. skutki działalności człowieka prowadzące do zmian w środowisku można rozpatrywać na poziomie regionalnym, krajowym lub globalnym.

Antropogeniczne zanieczyszczenie powietrza prowadzi do globalnych zmian. Zanieczyszczenia atmosferyczne występują w postaci aerozoli i substancji gazowych. Największe zagrożenie stwarzają substancje gazowe, które stanowią około 80% wszystkich emisji. Przede wszystkim są to związki siarki, węgla i azotu. Sam dwutlenek węgla nie jest toksyczny, jednak jego akumulacja wiąże się z niebezpieczeństwem wystąpienia tak globalnego procesu, jak „efekt cieplarniany”. Konsekwencje widzimy w ociepleniu klimatu Ziemi.

Kwaśne deszcze wiążą się z uwalnianiem do atmosfery związków siarki i azotu. Dwutlenek siarki i tlenki azotu znajdujące się w powietrzu łączą się z parą wodną, ​​po czym wraz z deszczem opadają na ziemię faktycznie w postaci rozcieńczonych kwasów siarkowego i azotowego. Takie opady gwałtownie zaburzają kwasowość gleby, przyczyniają się do śmierci roślin i wysychania lasów, zwłaszcza iglastych. Przedostanie się do rzek i jezior działa przygnębiająco na florę i faunę, często prowadząc do całkowitego zniszczenia życia biologicznego – od ryb po mikroorganizmy. Odległość pomiędzy miejscem powstawania kwaśnych opadów a miejscem ich opadania może wynosić tysiące kilometrów.

Te negatywne skutki w skali globalnej pogłębiają się w wyniku procesów pustynnienie i wylesianie. Głównym czynnikiem pustynnienia jest działalność człowieka. Do przyczyn antropogenicznych zalicza się nadmierny wypas, wylesianie, nadmierną i niewłaściwą eksploatację gruntów. Naukowcy obliczyli, że łączna powierzchnia pustyń antropogenicznych przekroczyła powierzchnię pustyń naturalnych. Dlatego pustynnienie uważa się za proces globalny.

Przyjrzyjmy się teraz przykładom oddziaływania antropogenicznego na poziomie naszego kraju. Rosja zajmuje jedno z pierwszych miejsc na świecie pod względem zasobów słodkiej wody. A biorąc pod uwagę, że całkowite zasoby słodkiej wody stanowią zaledwie 2% całkowitej objętości hydrosfery Ziemi, staje się jasne, jakie mamy bogactwo. Głównym zagrożeniem dla tych zasobów jest zanieczyszczenie hydrosfery. Główne zasoby słodkiej wody skupiają się w jeziorach, których powierzchnia w naszym kraju jest większa niż terytorium Wielkiej Brytanii. Sam Bajkał zawiera około 20% światowych zasobów słodkiej wody.

Naukowcy wyróżniają trzy typy zanieczyszczenie hydrosfery: fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Zanieczyszczenia fizyczne to przede wszystkim zanieczyszczenia termiczne powstałe w wyniku odprowadzania podgrzanej wody wykorzystywanej do chłodzenia w elektrowniach cieplnych i jądrowych. Zrzut takiej wody prowadzi do zakłócenia naturalnego reżimu wodnego. Na przykład rzeki w miejscach, w których odprowadzane są takie wody, nie zamarzają. W zamkniętych zbiornikach prowadzi to do spadku zawartości tlenu, co prowadzi do śmierci ryb i szybkiego rozwoju glonów jednokomórkowych („rozkwitu” wody). Zanieczyszczenie fizyczne obejmuje również skażenie radioaktywne.

Zanieczyszczenie chemiczne hydrosfery następuje w wyniku przedostawania się do niej różnych substancji chemicznych i związków. Przykładem jest zrzut metali ciężkich (ołowiu, rtęci), nawozów (azotanów, fosforanów) i węglowodorów (ropy naftowej, zanieczyszczeń organicznych) do zbiorników wodnych. Głównym źródłem jest przemysł i transport.

Zanieczyszczenia biologiczne powodowane są przez mikroorganizmy, często chorobotwórcze. Dostają się do środowiska wodnego wraz ze ściekami z przemysłu chemicznego, celulozowo-papierniczego, spożywczego i hodowlanego. Takie ścieki mogą być źródłem różnych chorób.

Szczególnym zagadnieniem w tym temacie jest zanieczyszczenie Oceanu Światowego. Dzieje się to na trzy sposoby.

Pierwszym z nich jest spływ rzeczny, z którym do oceanu przedostają się miliony ton różnych metali, związków fosforu i zanieczyszczeń organicznych. W tym przypadku prawie wszystkie substancje zawieszone i większość rozpuszczonych osadzają się w ujściach rzek i przyległych szelfach.

Drugi sposób zanieczyszczenia związany jest z opadami atmosferycznymi, z którymi większość ołowiu, połowa rtęci i pestycydów przedostaje się do Oceanu Światowego.

Wreszcie trzeci sposób jest bezpośrednio związany z działalnością gospodarczą człowieka w wodach Oceanu Światowego. Najczęstszym rodzajem zanieczyszczeń są zanieczyszczenia olejami podczas transportu i produkcji ropy.

Skutki oddziaływania antropogenicznego.

Obecnie skutki antropogenicznego oddziaływania na środowisko geograficzne są różnorodne i nie wszystkie z nich są kontrolowane przez człowieka, wiele z nich pojawia się później. Wymieńmy najważniejsze.

Zmiany klimatyczne (geofizyczne) Ziemi na skutek zwiększonego efektu cieplarnianego, emisji metanu i innych gazów, aerozoli, gazów radioaktywnych, zmian stężenia ozonu.

Osłabienie ekranu ozonowego, powstanie dużej „dziury ozonowej” nad Antarktydą i „małych dziur” w innych regionach.

Zanieczyszczenie pobliskiej przestrzeni kosmicznej i jej zaśmiecanie.

Zanieczyszczenie atmosfery substancjami toksycznymi i szkodliwymi, a następnie kwaśne deszcze i zniszczenie warstwy ozonowej, w skład której wchodzą freony, tlenki azotu, para wodna i inne zanieczyszczenia gazowe.

Zanieczyszczenie oceanu, zakopanie w nim substancji toksycznych i radioaktywnych, nasycenie jego wód dwutlenkiem węgla z atmosfery, zanieczyszczenie produktami naftowymi, metalami ciężkimi, złożonymi związkami organicznymi, zakłócenie normalnego połączenia ekologicznego między oceanem a wodami lądowymi na skutek do budowy zapór i innych konstrukcji hydraulicznych.

Zubożenie i zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych, brak równowagi pomiędzy wodami powierzchniowymi i podziemnymi.

Skażenie radioaktywne obszarów lokalnych i niektórych regionów w związku z awarią w Czarnobylu, działaniem urządzeń jądrowych i próbami atomowymi.

Ciągłe gromadzenie się na powierzchni ziemi substancji toksycznych i radioaktywnych, śmieci domowych i przemysłowych (zwłaszcza tworzyw sztucznych nie ulegających rozkładowi), zachodzenie w nich wtórnych reakcji chemicznych z powstawaniem substancji toksycznych.

Pustynnienie planety, ekspansja istniejących pustyń i pogłębienie samego procesu pustynnienia.

Zmniejszenie powierzchni lasów tropikalnych i północnych, prowadzące do zmniejszenia ilości tlenu i zaniku gatunków zwierząt i roślin.

Koncepcja ekosystemu

Definicje

Czasami szczególnie podkreśla się, że ekosystem jest systemem rozwiniętym historycznie (patrz Biocenoza).

Koncepcja ekosystemu

Eugeniusz Odum (1913-2000). Ojciec ekologii ekosystemów

Ekosystem to system złożony (zgodnie z definicją systemów złożonych L. Bertalanffy'ego), samoorganizujący się, samoregulujący i samorozwijający się. Główną cechą ekosystemu jest występowanie stosunkowo zamkniętych, stabilnych przestrzennie i czasowo przepływów materii i energii pomiędzy biotyczną i abiotyczną częścią ekosystemu. Wynika z tego, że nie każdy układ biologiczny można nazwać ekosystemem, np. akwarium czy zgniły kikut nimi nie są. Te systemy biologiczne (naturalne lub sztuczne) nie są wystarczająco samowystarczalne i samoregulujące (akwarium); jeśli przestaniesz regulować warunki i utrzymywać cechy na tym samym poziomie, wystarczająco szybko się zawali. Takie społeczności nie tworzą niezależnych, zamkniętych obiegów materii i energii (kikut), lecz stanowią jedynie część większego systemu. Takie systemy należy nazwać społecznościami niższej rangi lub mikrokosmosami. Czasem używa się do nich pojęcia facje (np. w geoekologii), jednak nie jest ono w stanie w pełni opisać takich układów, zwłaszcza pochodzenia sztucznego. Ogólnie rzecz biorąc, w różnych naukach pojęciu „facji” odpowiadają różne definicje: od systemów na poziomie podekosystemu (w botanice, naukach o krajobrazie) po koncepcje niezwiązane z ekosystemem (w geologii) lub koncepcję jednoczącą jednorodne ekosystemy (Sochava V. B.) lub prawie identyczna (L. S. Berg, L. G. Ramensky) z definicją ekosystemu.

Biogeocenoza i ekosystem

Zgodnie z definicjami nie ma różnicy pomiędzy pojęciami „ekosystem” i „biogeocenoza” można uznać za pełny synonim terminu ekosystem. Istnieje jednak powszechna opinia, że ​​biogeocenoza może służyć jako analogia ekosystemu na najbardziej podstawowym poziomie, gdyż termin „biogeocenoza” kładzie większy nacisk na powiązanie biocenozy z określonym obszarem lądowym lub środowiskiem wodnym, podczas gdy ekosystem oznacza dowolny abstrakcyjny obszar. Dlatego biogeocenozy są zwykle uważane za szczególny przypadek ekosystemu. Różni autorzy w definicji terminu biogeocenoza wymieniają specyficzne biogeocenozy i abiotyczne składniki biogeocenozy, natomiast definicja ekosystemu jest bardziej ogólna.

Struktura ekosystemu

W ekosystemie można wyróżnić dwa elementy – biotyczny i abiotyczny. Biotyczne dzielimy na autotroficzne (organizmy, które otrzymują energię pierwotną do istnienia z foto- i chemosyntezy lub producentów) i heterotroficzne (organizmy, które otrzymują energię z utleniania materii organicznej - konsumenci i rozkładający się) składniki tworzące troficzną strukturę ekosystemu.

Jedynym źródłem energii dla istnienia ekosystemu i utrzymania różnych procesów w nim zachodzących są wytwórcy, którzy absorbują energię słoneczną (ciepło, wiązania chemiczne) z wydajnością 0,1 – 1%, rzadko 3 – 4,5% pierwotnej ilości. Autotrofy reprezentują pierwszy poziom troficzny ekosystemu. Kolejne poziomy troficzne ekosystemu powstają kosztem konsumentów (2, 3, 4 i kolejne poziomy) i są zamykane przez czynniki rozkładające, które przekształcają nieożywioną materię organiczną w postać mineralną (składnik abiotyczny), która może zostać przyswojona przez organizm autotroficzny element.

Główne składniki ekosystemu

Z punktu widzenia struktury w ekosystemie wyróżnia się:

1. reżim klimatyczny, który określa temperaturę, wilgotność, warunki oświetleniowe i inne cechy fizyczne środowiska;
2. substancje nieorganiczne zawarte w cyklu;
3. związki organiczne łączące część biotyczną i abiotyczną w obiegu materii i energii;
4. producenci - organizmy tworzące produkty pierwotne;
5. makrokonsumenci lub fagotrofy to heterotrofy, które zjadają inne organizmy lub duże cząstki materii organicznej;
6. mikrokonsumenci (saprotrofy) - heterotrofy, głównie grzyby i bakterie, które niszczą martwą materię organiczną, mineralizując ją, w ten sposób przywracając ją do obiegu.

Ostatnie trzy składniki tworzą biomasę ekosystemu.

Z punktu widzenia funkcjonowania ekosystemu wyróżnia się (oprócz autotrofów) następujące bloki funkcjonalne organizmów:

1. biofagi – organizmy zjadające inne organizmy żywe,
2. saprofagi - organizmy żywiące się martwą materią organiczną.

Podział ten ukazuje zależności czasowo-funkcjonalne w ekosystemie, skupiając się na podziale w czasie powstawania materii organicznej i jej redystrybucji w ekosystemie (biofagi) oraz przetwarzaniu przez saprofagi. Pomiędzy śmiercią materii organicznej a ponownym włączeniem jej składników w obieg materii w ekosystemie może upłynąć znaczny okres czasu, np. w przypadku kłody sosnowej 100 lat lub więcej.

Wszystkie te elementy są ze sobą powiązane w czasie i przestrzeni i tworzą jeden system strukturalny i funkcjonalny.

Ekotop

Zwykle koncepcja ekotop zdefiniowano jako siedlisko organizmów, charakteryzujące się pewną kombinacją warunków środowiskowych: gleb, gruntów, mikroklimatu itp. Jednak w tym przypadku koncepcja ta jest właściwie niemal identyczna z koncepcją szczyt klimatyczny.

Obecnie przez ekotop, w przeciwieństwie do biotopu, rozumie się określone terytorium lub obszar wodny z całym zespołem i cechami gleb, gleb, mikroklimatu i innych czynników w postaci niemodyfikowanej przez organizmy. Przykłady ekotopu obejmują gleby aluwialne, nowo powstałe wyspy wulkaniczne lub koralowe, kamieniołomy wykopane przez ludzi i inne nowo powstałe terytoria. W tym przypadku szczyt klimatyczny jest częścią ekotopu.

Klimat

Początkowo „klimat” została zdefiniowana przez V.N. Sukacheva (1964) jako powietrzna część biogeocenozy, różniąca się od otaczającej atmosfery składem gazowym, zwłaszcza stężeniem dwutlenku węgla w biohoryzoncie powierzchniowym, tlenem tam i w biohoryzontach fotosyntetycznych, reżimem powietrza, nasyceniem bioliną, zmniejszone i zmodyfikowane promieniowanie słoneczne i oświetlenie, obecność luminescencji roślin i niektórych zwierząt, specjalny reżim termiczny i reżim wilgotności powietrza.

Obecnie pojęcie to interpretuje się nieco szerzej: jako cechę biogeocenozy, czyli zespołu cech fizycznych i chemicznych środowiska powietrznego lub wodnego, niezbędnych dla organizmów zamieszkujących to środowisko. Klimatop wyznacza w skali długoterminowej podstawowe cechy fizyczne istnienia zwierząt i roślin, wyznaczając zasięg organizmów mogących egzystować w danym ekosystemie.

Edafotopa

Pod edafotop Gleba jest zwykle rozumiana jako element składowy ekotopu. Jednak dokładniej pojęcie to należy zdefiniować jako część środowiska obojętnego przekształconą przez organizmy, czyli nie całą glebę, ale tylko jej część. Gleba (edafotopa) jest najważniejszym składnikiem ekosystemu: zamyka obieg materii i energii, przenosi z martwej materii organicznej do minerałów i uczestniczy w nich w żywej biomasie. Głównymi nośnikami energii w edafotopie są organiczne związki węgla, których formy labilne i stabilne to one w dużej mierze decydują o żyzności gleby;

Biocenoza przedstawiona schematycznie jako sieć pokarmowa i jej biotop

Biotop

Biocenoza

Czasem wyróżnia się trzeci aspekt zrównoważonego rozwoju – stabilność ekosystemu w odniesieniu do zmian cech środowiska i zmian jego cech wewnętrznych. Jeżeli ekosystem funkcjonuje stabilnie w szerokim zakresie parametrów środowiskowych i/lub ekosystem zawiera dużą liczbę gatunków wymiennych (tzn. gdy różne gatunki o podobnych funkcjach ekologicznych w ekosystemie mogą się wzajemnie zastępować), taki zbiorowość nazywa się dynamicznie mocny(zrównoważony). W odwrotnym przypadku, gdy ekosystem może istnieć w bardzo ograniczonym zestawie parametrów środowiskowych i/lub większość gatunków jest niezbędna w swoich funkcjach, taki zbiorowisko nazywa się dynamicznie kruchy(nietrwały). Należy zauważyć, że cecha ta na ogół nie zależy od liczby gatunków i złożoności zbiorowisk. Klasycznym przykładem jest Wielka Rafa Koralowa u wybrzeży Australii (wybrzeże północno-wschodnie), która jest jednym z „gorących punktów” różnorodności biologicznej na świecie – symbiotyczne algi koralowców, bruzdnice, są bardzo wrażliwe na temperaturę. Odchylenie od optymalu dosłownie o kilka stopni prowadzi do śmierci glonów, a polipy otrzymują do 50-60% (według niektórych źródeł do 90%) składników odżywczych z fotosyntezy ich mutualistów.

Ekosystemy mają wiele stanów, w których znajdują się w równowadze dynamicznej; ekosystem usunięty z niego przez siły zewnętrzne niekoniecznie powróci do stanu pierwotnego; często będzie przyciągany przez najbliższy stan równowagi (atraktor), chociaż może być bardzo zbliżony do pierwotnego.

Różnorodność biologiczna i zrównoważony rozwój w ekosystemach

Las deszczowy Amazonii, podobnie jak las równikowy, jest domem dla największej różnorodności biologicznej

Zazwyczaj zrównoważony rozwój był i jest kojarzony z różnorodnością biologiczną gatunków w ekosystemie (różnorodność alfa), czyli im wyższa różnorodność biologiczna, tym bardziej złożona organizacja zbiorowisk, im bardziej złożone są sieci pokarmowe, tym większa stabilność ekosystemów. Jednak już 40 lat temu lub więcej istniały różne punkty widzenia w tej kwestii, a obecnie najpowszechniejszym poglądem jest to, że zarówno lokalna, jak i ogólna stabilność ekosystemów zależy od znacznie szerszego zestawu czynników niż tylko złożoność społeczności i różnorodności biologicznej . Zatem obecnie wzrost różnorodności biologicznej wiąże się zwykle ze wzrostem złożoności, siły powiązań pomiędzy elementami ekosystemu oraz stabilnością przepływów materii i energii pomiędzy elementami.

Równikowy las deszczowy może zawierać ponad 5000 gatunków roślin (dla porównania, lasy strefy tajgi rzadko liczą więcej niż 200 gatunków)

Znaczenie różnorodności biologicznej polega na tym, że umożliwia powstawanie wielu społeczności, różniących się strukturą, formą, funkcjami i zapewnia trwałą szansę na ich powstawanie. Im większa różnorodność biologiczna, tym większa liczba zbiorowisk mogących istnieć, tym większa liczba różnorodnych reakcji (z punktu widzenia biogeochemii), które można przeprowadzić, zapewniając istnienie biosfery jako całości.

Złożoność i odporność ekosystemu

W chwili obecnej nie ma zadowalającej definicji i modelu opisującego złożoność systemów, a w szczególności ekosystemów. Istnieją dwie powszechnie akceptowane definicje złożoności: Złożoność Kołmogorowa – zbyt wyspecjalizowana, aby można ją było zastosować do ekosystemów. I bardziej abstrakcyjna, ale także niezadowalająca definicja złożoności podana przez I. Prigogine'a w jego pracy „Czas, chaos, kwant”: Systemy złożone - nie dające się zgrubnie i operacyjnie opisać w kategoriach deterministycznej przyczynowości. W innych swoich pracach I. Prigogine napisał, że nie jest gotowy podać ścisłej definicji złożoności, ponieważ złożoność jest czymś, czego w tej chwili nie można poprawnie zdefiniować.

Parametry trudności i ich wpływ na stabilność

Wymiary złożoności ekosystemu tradycyjnie obejmowały całkowitą liczbę gatunków (różnorodność alfa), dużą liczbę interakcji między gatunkami, siłę interakcji między populacjami oraz różne kombinacje tych cech. Wraz z dalszym rozwojem tych idei pojawiło się stwierdzenie, że im więcej jest sposobów przekazywania i przekształcania energii w ekosystemie, tym jest on stabilniejszy pod wpływem różnego rodzaju zaburzeń.

Jednak później wykazano, że idee te nie mogą charakteryzować stabilności ekosystemów. Istnieje wiele przykładów zarówno wysoce stabilnych zbiorowisk monokulturowych (fitocenozy orlic), jak i zbiorowisk słabo odpornych o dużej różnorodności biologicznej (rafy koralowe, lasy tropikalne). W latach 70-80 XX wieku wzrosło zainteresowanie modelowaniem zależności zrównoważonego rozwoju od złożoności ekosystemów. Modele opracowane w tym okresie pokazały, że w losowo generowanej sieci interakcji w społeczności, po usunięciu bezsensownych łańcuchów (takich jak A zjada B, B zjada C, C zjada A i podobne typy), lokalna stabilność maleje wraz ze wzrostem złożoności. Jeśli nadal będziemy komplikować model i weźmiemy pod uwagę, że na konsumentów wpływają zasoby żywności, ale zasoby żywności nie zależą od konsumentów, to możemy dojść do wniosku, że stabilność nie zależy od złożoności, lub też maleje wraz z jej wzrostem. Oczywiście takie wyniki dotyczą głównie detrytycznych łańcuchów pokarmowych, w których konsumenci nie wpływają na przepływ zasobów żywnościowych, chociaż mogą zmieniać wartość odżywczą tej ostatniej.

W badaniu ogólnej trwałości w modelu 6 gatunków (2 drapieżniki konsumenckie drugiego rzędu, 2 konsumenci pierwszego rzędu i 2 gatunki z podstawy łańcucha pokarmowego) zbadano usunięcie jednego z gatunków. Za parametr stabilności przyjęto łączność. Zbiorowisko uznawano za stabilne, jeśli pozostałe gatunki pozostały lokalnie stabilne. Uzyskane wyniki były zgodne z ogólnie przyjętym poglądem, że stabilność zbiorowiska zmniejsza się wraz ze wzrostem złożoności w przypadku utraty głównych drapieżników, natomiast wraz ze wzrostem złożoności stabilność zbiorowiska wzrasta w przypadku utraty podstawy łańcucha pokarmowego.

W przypadku stabilności elastycznej, gdzie złożoność oznacza także łączność, wraz ze wzrostem złożoności wzrasta również stabilność elastyczna. Oznacza to, że większe zróżnicowanie gatunków i większa siła powiązań między nimi pozwala zbiorowiskom szybciej przywrócić swoją strukturę i funkcje. Fakt ten potwierdza ogólnie przyjęte poglądy na temat roli różnorodności biologicznej jako swego rodzaju puli (funduszu) służącej do odtworzenia pełnej struktury zarówno ekosystemów, jak i bardziej zorganizowanych struktur biosfery, a także samej biosfery jako całości. W chwili obecnej powszechnie przyjętą i praktycznie niekwestionowaną tezą jest, że biosfera ewoluowała w kierunku zwiększania różnorodności biologicznej (wszystkich trzech jej składników), przyspieszania krążenia materii pomiędzy składnikami biosfery oraz „przyspieszania” długości życia zarówno gatunków, jak i ekosystemy.

Przepływy materii i energii w ekosystemach

W tej chwili naukowe zrozumienie wszystkich procesów zachodzących w ekosystemie jest dalekie od doskonałości i w większości badań albo cały ekosystem, albo jego niektóre części działają jak „czarna skrzynka”. Jednocześnie, jak każdy stosunkowo zamknięty system, ekosystem charakteryzuje się przychodzącymi i wychodzącymi przepływami energii oraz rozkładem tych przepływów pomiędzy elementami ekosystemu.

Produktywność ekosystemu

Analizując produktywność oraz przepływy materii i energii w ekosystemach, wyróżnia się następujące pojęcia: biomasa I uprawa stojąca . Przez uprawę na stojąco rozumie się masę ciał wszystkich organizmów na jednostkę powierzchni ziemi lub wody, a przez biomasę rozumie się masę tych samych organizmów pod względem energii (na przykład w dżulach) lub w przeliczeniu na suchą materię organiczną (na przykład w tonach na hektar). Biomasa obejmuje cały organizm organizmów, w tym ożywione martwe części i nie tylko rośliny, na przykład korę i ksylem, ale także paznokcie i zrogowaciałe części zwierząt. Biomasa zamienia się w nekromasę dopiero wtedy, gdy obumiera część organizmu (oddziela się od niego) lub cały organizm. Często substancje zawarte w biomasie są „martwym kapitałem”, jest to szczególnie widoczne w roślinach: substancje ksylemowe mogą nie wchodzić do obiegu przez setki lat, służąc jedynie roślinie jako wsparcie.

Pod pierwotna produkcja społeczności (lub pierwotna produkcja biologiczna) odnosi się do tworzenia biomasy (dokładniej syntezy substancji plastycznych) przez producentów, nie wykluczając energii wydatkowanej na oddychanie w jednostce czasu na jednostkę powierzchni (na przykład na dzień na hektar).

Podstawowa produkcja społeczności jest podzielona na produkcja pierwotna brutto , czyli wszystkie produkty fotosyntezy bez kosztów oddychania, i czysta produkcja pierwotna , czyli różnica między produkcją pierwotną brutto a kosztami oddychania. Czasami jest to również tzw czysta asymilacja Lub obserwowana fotosynteza ).

Produktywność społeczności netto - tempo akumulacji materii organicznej niezużytej przez heterotrofy (a następnie przez rozkładające się). Zwykle oblicza się dla sezonu wegetacyjnego lub dla roku. Jest zatem częścią produkcji, której sam ekosystem nie może przetworzyć. W bardziej dojrzałych ekosystemach produktywność netto społeczności dąży do zera (patrz koncepcja społeczności kulminacyjnych).

Produktywność wtórna Wspólnoty - tempo akumulacji energii na poziomie odbiorców. Produkcji wtórnej nie dzieli się na brutto i netto, ponieważ konsumenci zużywają jedynie energię pochłoniętą przez producentów, część z niej nie jest asymilowana, część jest wykorzystywana do oddychania, a reszta trafia na biomasę, dlatego bardziej słuszne jest nazwanie tego asymilacją wtórną .

Rozkład energii i materii w ekosystemie można przedstawić w postaci układu równań. Jeśli produkty producentów są reprezentowane jako P1, wówczas produkty konsumentów pierwszego rzędu będą wyglądać następująco:

• P2 =P1-R2,

gdzie R 2 to koszt oddychania, wymiany ciepła i energii niezasymilowanej. Następujący odbiorcy (drugiego rzędu) będą przetwarzać biomasę odbiorców pierwszego rzędu zgodnie z:

• P 3 = P 2 -R 3

i tak dalej, do konsumentów najwyższego rzędu i rozkładających się. Zatem im więcej konsumentów (konsumentów) w ekosystemie, tym pełniej przetwarzana jest energia początkowo zarejestrowana przez producentów w substancjach plastikowych. W społecznościach kulminacyjnych, gdzie różnorodność jest zwykle największa w danym regionie, ten schemat przetwarzania energii umożliwia społecznościom zrównoważone funkcjonowanie przez długie okresy czasu.

Relacje energetyczne w ekosystemach (efektywność ekologiczna)

Wykres zmian stosunku P/B w ekosystemach (wg A.K. Brodsky, 2002)

Granice przestrzenne ekosystemu (aspekt chorologiczny)

W naturze z reguły nie ma wyraźnych granic między różnymi ekosystemami. Zawsze można wskazać ten czy inny ekosystem, ale nie da się zidentyfikować dyskretnych granic, jeśli nie są one reprezentowane przez różne czynniki krajobrazowe (klify, rzeki, różne zbocza, wychodnie skalne itp.), ponieważ najczęściej występują płynne przejścia z jednego ekosystemu do drugiego. Wynika to ze stosunkowo płynnej zmiany gradientu czynników środowiskowych (wilgotność, temperatura, wilgotność itp.). Czasami przejścia z jednego ekosystemu do drugiego mogą w rzeczywistości stanowić ekosystem sam w sobie. Zazwyczaj zbiorowiska utworzone na styku różnych ekosystemów nazywane są ekotonami. Termin „ekoton” wprowadził F. Clements w 1905 roku.

Ekotony

Ekotony odgrywają znaczącą rolę w utrzymaniu różnorodności biologicznej ekosystemów ze względu na tzw. efekt krawędziowy – połączenie zespołu czynników środowiskowych różnych ekosystemów, powodujące większe zróżnicowanie warunków środowiskowych, a więc licencji i nisz ekologicznych. Zatem możliwe jest istnienie gatunków zarówno z jednego, jak i drugiego ekosystemu, a także gatunków specyficznych dla ekotonu (na przykład roślinności przybrzeżnych siedlisk wodnych).

Niektóre możliwe granice (ekotony) pomiędzy ekosystemami

W literaturze rosyjskiej efekt krawędziowy jest czasami nazywany efektem krawędziowym.

Przykładami ekotonów są przybrzeżne obszary lądowe i wodne (na przykład strefa przybrzeżna), brzegi lasów, przejścia z ekosystemów leśnych do polowych oraz ujścia rzek. Jednak ekoton nie zawsze jest miejscem zwiększonej różnorodności gatunkowej. Przeciwnie, ujścia rzek wpływających do mórz i oceanów charakteryzują się zmniejszoną różnorodnością biologiczną gatunków, ponieważ średnie zasolenie delt nie pozwala na istnienie wielu gatunków słodkowodnych i słonowodnych (morskich).

Alternatywną koncepcją przejść kontinuum pomiędzy ekosystemami jest koncepcja ekoklin (seria ekologiczna). Ekologiczny- stopniowa zmiana biotopów, genetycznie i fenotypowo przystosowanych do określonego siedliska, z przestrzenną zmianą dowolnego czynnika środowiskowego (zwykle klimatycznego), a zatem stanowiąca ciągły ciąg form bez zauważalnych przerw w stopniowaniu. Ekokliny nie można podzielić na ekotypy. Na przykład długość uszu lisa i wiele innych. itp., ich charakter zmienia się z północy na południe tak stopniowo, że bardzo trudno jest zidentyfikować wyraźne grupy morfologiczne, które w naturalny sposób łączyłyby się w podgatunki.

Granice czasowe ekosystemu (aspekt chronologiczny)

Zmiana społeczności w lesie sosnowym po pożarze ziemi (po lewej) i dwa lata po pożarze (po prawej)

Na tym samym biotopie z czasem istnieją różne ekosystemy. Przejście z jednego ekosystemu do drugiego może zająć zarówno dość długie, jak i stosunkowo krótkie (kilka lat) okresy czasu. O długości istnienia ekosystemów w tym przypadku decyduje etap sukcesji. Zmiana ekosystemów w biotopie może być również spowodowana procesami katastrofalnymi, jednak w tym przypadku sam biotop zmienia się znacząco, a takiej zmiany zwykle nie nazywa się sukcesją (z pewnymi wyjątkami, gdy katastrofa, np. pożar, jest naturalnym etapem sukcesji cyklicznej).

dziedziczenie

dziedziczenie - jest to konsekwentna, naturalna wymiana niektórych zbiorowisk na inne na określonym obszarze terytorium, wynikająca z wewnętrznych czynników rozwoju ekosystemów. Każda poprzednia społeczność z góry określa warunki istnienia następnej i własnego wymarcia. Wynika to z faktu, że w ekosystemach przejściowych w szeregu sukcesyjnym następuje akumulacja materii i energii, których nie są już w stanie włączyć w cykl, przekształcenia biotopu, zmiany mikroklimatu i inne czynniki , a tym samym powstaje baza materialno-energetyczna, a także warunki środowiskowe niezbędne do kształtowania się kolejnych społeczności. Istnieje jednak inny model, który w następujący sposób wyjaśnia mechanizm sukcesji: gatunki każdego poprzedniego zbiorowiska wypierane są jedynie przez konsekwentną konkurencję, hamującą i „przeciwstawiającą się” wprowadzaniu kolejnych gatunków. Jednak teoria ta uwzględnia jedynie konkurencyjne relacje między gatunkami, bez opisu całego obrazu ekosystemu jako całości. Oczywiście, takie procesy mają miejsce, ale konkurencyjne wypieranie poprzednich gatunków jest możliwe właśnie dlatego, że przekształcają one biotop. Obydwa modele opisują zatem różne aspekty procesu i są jednocześnie aktualne.

Sukcesja może być autotroficzna (na przykład sukcesja po pożarze lasu) lub heterotroficzna (na przykład osuszone bagno). We wczesnych stadiach sukcesji autotroficznej stosunek P/R jest znacznie większy niż jedność, ponieważ zazwyczaj zbiorowiska pierwotne są wysoce produktywne, ale struktura ekosystemu nie została jeszcze w pełni uformowana i nie ma sposobu, aby to wykorzystać biomasa. Konsekwentnie, wraz z komplikacją zbiorowisk, z komplikacją struktury ekosystemu, koszty oddychania (R) rosną, w miarę pojawiania się coraz większej liczby heterotrofów, odpowiedzialnych za redystrybucję przepływów materiałów i energii, stosunek P/R dąży do jedności i w rzeczywistości jest taki sam dla społeczności terminali (ekosystemu). Sukcesja heterotroficzna ma przeciwne cechy: w niej stosunek P/R we wczesnych stadiach jest znacznie mniejszy niż jedność (ponieważ materii organicznej jest dużo i nie ma potrzeby jej syntezy, można ją natychmiast wykorzystać do zbudowania społeczności ) i stopniowo wzrasta w miarę przechodzenia przez kolejne etapy.

Przykład etapu sukcesji heterotroficznej - łąka podmokła

Na wczesnych etapach sukcesji różnorodność gatunkowa jest niewielka, jednak w miarę postępu rozwoju różnorodność wzrasta, zmienia się skład gatunkowy zbiorowiska, zaczynają dominować gatunki o złożonych i długich cyklach życiowych, zwykle pojawiają się coraz większe organizmy, wzajemnie korzystna współpraca i rozwijają się symbiozy, a struktura troficzna ekosystemu staje się bardziej złożona. Powszechnie przyjmuje się, że największą różnorodność gatunkową charakteryzuje końcowa faza sukcesji. Nie zawsze jest to prawdą, ale w przypadku zbiorowisk kulminacyjnych lasów tropikalnych to stwierdzenie jest prawdziwe, a dla zbiorowisk o umiarkowanych szerokościach geograficznych szczyt różnorodności przypada na środek serii sukcesyjnej lub bliżej etapu końcowego. We wczesnych stadiach zbiorowiska składają się z gatunków o stosunkowo wysokim tempie rozmnażania i wzrostu, ale o niskiej zdolności osobnika do przetrwania (r-strategowie). W fazie końcowej wpływ doboru naturalnego faworyzuje gatunki o niskim tempie wzrostu, ale większej zdolności do przetrwania (k-stratedzy).

W miarę przesuwania się szeregów sukcesyjnych wzrasta udział składników odżywczych w cyklu w ekosystemach; możliwe jest względne zamknięcie przepływów takich składników odżywczych, jak azot i wapń (jeden z najbardziej mobilnych składników odżywczych) w ekosystemie. Dlatego w końcowej fazie, kiedy w cyklu uczestniczy większość składników odżywczych, ekosystemy są bardziej niezależne od zewnętrznego zaopatrzenia w te pierwiastki.

Do badania procesu sukcesji wykorzystuje się różne modele matematyczne, w tym modele o charakterze stochastycznym.

Społeczność Climax

Pojęcie sukcesji jest ściśle powiązane z koncepcją wspólnoty kulminacyjnej. Społeczność klimaksowa powstaje w wyniku kolejnych zmian w ekosystemach i reprezentuje zbiorowość najbardziej zrównoważoną, wykorzystującą w możliwie najbardziej efektywny sposób przepływy materiałów i energii, czyli zachowując maksymalną możliwą biomasę na jednostkę energii wprowadzanej do ekosystemu.

Teoretycznie każda kolejna seria posiada wspólnotę kulminacyjną (ekosystem), która jest końcowym etapem rozwoju (lub kilkoma, tzw. koncepcja poliklimaksu). W rzeczywistości jednak seria sukcesyjna nie zawsze kończy się kulminacją; może zostać zrealizowana wspólnota subklimaksowa (nazywana przez F. Clementsa – plagyclimax), czyli wspólnota poprzedzająca kulminację, dostatecznie rozwinięta strukturalnie i funkcjonalnie. Sytuacja taka może powstać z przyczyn naturalnych - warunków środowiskowych lub w wyniku działalności człowieka (w tym przypadku nazywa się to disclimaxem).

Rankingi ekosystemów

Kwestia rankingu ekosystemów jest dość złożona. Rozróżnienie między ekosystemami minimalnymi (biogeocenozami) a ekosystemem najwyższej rangi – biosferą – nie budzi wątpliwości. Pośrednie rozróżnienia są dość złożone, gdyż złożoność aspektu chorologicznego nie zawsze pozwala jednoznacznie określić granice ekosystemów. W geoekologii (i naukach o krajobrazie) wyróżnia się następujące rankingi: facje - trakt (ekosystem) - krajobraz - obszar geograficzny - obszar geograficzny - biom - biosfera. W ekologii istnieje podobny ranking, jednak zwykle uważa się, że słuszne jest wyróżnienie tylko jednego ekosystemu pośredniego - biomu.

Biomy

Biom - duży podział systemowo-geograficzny (ekosystem) w strefie przyrodniczo-klimatycznej (Reimers N.F.). Według R.H. Whittakera grupa ekosystemów danego kontynentu, które charakteryzują się podobną strukturą lub fizjonomią roślinności oraz ogólnym charakterem warunków środowiskowych. Ta definicja jest nieco niepoprawna, ponieważ istnieje powiązanie z konkretnym kontynentem, a niektóre biomy występują na różnych kontynentach, na przykład biom tundry lub step.

Obecnie najbardziej ogólnie przyjętą definicją jest: „Biom to zbiór ekosystemów o podobnym typie roślinności, położonych w tej samej strefie naturalnej i klimatycznej” (Akimova T. A., Haskin V. V.).

Wspólną cechą tych definicji jest to, że w każdym przypadku biom to zbiór ekosystemów jednej naturalnej strefy klimatycznej.

Biomów jest od 8 do 30. Rozmieszczenie geograficzne biomów zależy od:

1. Prawo podziału na strefy geograficzne (sformułowane przez V.V. Dokuchaeva)

Biosfera

Termin biosfera został wprowadzony przez Jeana-Baptiste'a Lamarcka na początku XIX wieku, a w geologii został zaproponowany przez austriackiego geologa Eduarda Suessa w 1875 roku. Jednak stworzenie holistycznej doktryny biosfery należy do rosyjskiego naukowca Władimira Iwanowicza Wernadskiego.

Biosfera jest ekosystemem najwyższego rzędu, jednoczącym wszystkie inne ekosystemy i zapewniającym istnienie życia na Ziemi. Biosfera obejmuje następujące „sfery”:

Biosfera również nie jest systemem zamkniętym; w rzeczywistości jest całkowicie zasilana energią Słońca, a niewielką jej część stanowi ciepło samej Ziemi. Każdego roku Ziemia otrzymuje od Słońca około 1,3 * 10 24 kalorii. 40% tej energii jest wypromieniowywane z powrotem w przestrzeń kosmiczną, około 15% wykorzystywane jest do ogrzewania atmosfery, gleby i wody, pozostała część energii to światło widzialne, które jest źródłem fotosyntezy.

V.I. Vernadsky jako pierwszy jasno sformułował pogląd, że całe życie na planecie jest nierozerwalnie związane z biosferą i zawdzięcza jej swoje istnienie:

Sztuczne ekosystemy

Sztuczne ekosystemy - są to ekosystemy stworzone przez człowieka, np. agrocenozy, naturalne systemy gospodarcze czy Biosfera 2.

Sztuczne ekosystemy mają ten sam zestaw składników, co naturalne: producentów, konsumentów i rozkładających, ale istnieją znaczne różnice w redystrybucji przepływów materii i energii. W szczególności ekosystemy stworzone przez człowieka różnią się od ekosystemów naturalnych pod następującymi względami:

Bez utrzymania przepływów energii przez ludzi w sztucznych systemach, naturalne procesy są przywracane z taką czy inną prędkością i powstaje naturalna struktura elementów ekosystemu oraz przepływów materiałów i energii między nimi.

Pojęcia zbliżone do pojęcia ekosystemu w naukach pokrewnych

W ekogeologii, krajobrazoznawstwie i geoekologii

W naukach tych istnieją pojęcia zbliżone do koncepcji ekosystemu. Różnica polega na tym, że w naukach tych następuje zmiana w podejściu do struktury i funkcji ekosystemów.

Ogólnie rzecz biorąc, w naukach geograficznych zwyczajowo uważa się naturalny kompleks terytorialny za odpowiednik ekosystemu.

Zobacz też

Notatki

1. Forbes, SA Jezioro jako mikrokosmos (angielski) // Byk. Nauka. doc. - Peoria, Illinois, 1887. - s. 77–87. Przedrukowano w Illinois Nat. Hist. Biuletyn Ankiety 15(9):537–550.
2. Yu. Podstawy ekologii. - M.: Mir, 1975. - 741 s.
3. . Słowniki na Akademce. Zarchiwizowane
4. Yu. Ekologia. - M.: Mir, 1986.
5. Sekcja „Ekosystemy”. Strona EKOLOGIA. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
6. Biogeocenoza Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
7. Nikolaikin, N. I., Nikolaikina, N. E., Melekhova, O. P. Ekologia. - 5. - M.: Drop, 2006. - 640 s.
8. Brodski A.K. Krótki kurs ekologii ogólnej, Podręcznik dla uniwersytetów. - St. Petersburg: „Dziekan”, 2000. - 224 s.
9. N. V. Koronovsky, Formacje hydrotermalne w oceanach. Soros Educational Journal, - nr 10, 1999, - s. 55-62. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
10. D. V. Grichuk. Modele termodynamiczne podwodnych systemów hydrotermalnych. - M.: Świat naukowy, 2000. - ISBN UDC 550.40
11. V. F. Lewczenko. Rozdział 3 // Ewolucja biosfery przed i po pojawieniu się człowieka. - St. Petersburg: Nauka, 2004. - 166 s. - ISBN 5-02-026214-5
12. Rautian A. S. Paleontologia jako źródło informacji o wzorach i czynnikach ewolucji // Współczesna paleontologia. - M., 1988. - T. 2. - s. 76-118.
13. Rautian A. S., Zherikhin V. V. Modele filocenogenezy i wnioski z kryzysów środowiskowych z przeszłości geologicznej // Dziennik całkowity biologia. - 1997. - T. 58 nr 4. - s. 20-47.
14. Ostroumov SA Nowe warianty definicyjne pojęć i terminów „ekosystem” i „biogeocenoza” // DAN. - 2002. - T. 383 nr 4. - s. 571-573.
15. M. Beagon, J. Harper, K. Townsend. Ekologia. Jednostki, populacje i społeczności. - M.: Mir, 1989.
16. Ecotop Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
17. T. A. Rabotnov„O biogeocenozach”. // Biuletyn MOIP, wydział biologiczny, - t. 81, - wyd. 2. - 1976. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
18. Klimat. Bykow B.A.„Słownik ekologiczny” – Alma-Ata: „Nauka”, 1983 – s. 216. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
19. Podstawowe pojęcia ekologii. Burenina E.M., Burenin E.P. Elektroniczny podręcznik ekologii. Zarchiwizowane z oryginalnego źródła w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
20. Klimat. Słownik nauk przyrodniczych (słowniki Yandex). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
21. Edaphoto Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
22. . Słownik ekologiczny (Słowniki na temat akademika). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
23. Biocenoza. Wielka encyklopedia radziecka. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
24. Zoocenoza. Wielka encyklopedia radziecka. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
25. Homeostaza ekosystemu. Portal Informacji Naukowej VINITI. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
26. Hutchinson S., Hawkins L.E. Oceany. Przewodnik encyklopedyczny. - M.: Makhaon, 2007. - 304 s. - ISBN 5-18-001089-6
27. A. Gilyarowa.„Korale bledną z powodu utraty wzajemnego zrozumienia”. Elementy wielkiej nauki. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
28. A. D. Armand, Eksperyment Gaia, problem żywej ziemi. Rosyjska Akademia Nauk. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
29. AV Galanin. Wykłady z ekologii. . Strona Ogrodu Botanicznego Dalekowschodniego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
30. Prigożin I., Stengers I. Czas, chaos, kwant. - Moskwa, 1994. - s. 81. - 263 s.
31. Nikolis G., Prigozhin I. Zrozumienie kompleksu. - M.: Mir, 1990. - s. 352. Strona 47
32. MacArthur R.H. Wahania populacji zwierząt i miara stabilności zbiorowisk // Ekologia, 36, 1955, - s. 533-536
33. Może R.M. Czy duży, złożony system będzie stabilny? // Nature (Londyn), 1972, 238, - s. 413-414
34. Może R.M. Modele dla pojedynczych populacji. // Ekologia teoretyczna: zasady i zastosowania, wyd. 2, R.M. wyd. maj. - s. 5-29, - Blackwell Scientific Publications, Oxford 1981
35. Może R.M. Modele dla dwóch oddziałujących populacji. // Ekologia teoretyczna: zasady i zastosowania, wyd. 2, R.M. wyd. maj. - s. 78-104, - Blackwell Scientific Publications, Oxford 1981
36. Może R.M. Wzorce w zbiorowiskach wielogatunkowych. // Ekologia teoretyczna: zasady i zastosowania, wyd. 2, R.M. Wydanie majowe – Blackwell Scientific Publications, Oxford 1981
37. DeAngelis D.L. Stabilność i łączność w modelach sieci pokarmowej // Ekologia 56, 1975, - s. 238-243
38. Pimm S.L. Struktura sieci pokarmowych // Teoretyczna Biologia Populacyjna, 16, 1979, - s. 144-158
39. Pimm S.L. Złożoność i stabilność: kolejne spojrzenie na pierwotną hipotezę MacArthu // Oikos, 33, 1979, - s. 351-357
40. V. F. Lewczenko, Ya. I. Starobogatow Fizykoekologiczne podejście do ewolucji biosfery. // „Biologia ewolucyjna: historia i teoria”. Sankt Petersburg, 1999, - s. 25. 37-46. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
41. Lewczenko V. F. Ewolucja biosfery przed i po pojawieniu się człowieka. . St. Petersburg, Instytut Fizjologii Ewolucyjnej i Biochemii Rosyjskiej Akademii Nauk, - Wydawnictwo NAUKA, 2004. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło: 14 sierpnia 2010 r.
42. Podstawowa produkcja. Portal informacji naukowej VINITI. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
43. Podstawowa produktywność. Glosariusz.ru. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
44. Mavrischev V.V. Kontinuum, ekotony, efekt krawędziowy // Podstawy ekologii: podręcznik. - wyd. 3. kor. i dodatkowe - Mińsk: Szkoła wyższa, 2007. - 447 s. - ISBN 978-985-06-1413-1
45. Ekoton. . Słownik nauk przyrodniczych (słowniki Yandex). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
46. Ekoton i koncepcja efektu krawędziowego. Serwis poświęcony bioekologii. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
47. Przerażający efekt. Ekologiczny słownik encyklopedyczny. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
48. Ujście. . Słownik terminów z geografii fizycznej Instytutu Geografii Rosyjskiej Akademii Nauk. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.
49. Dziedziczenie. Wielka encyklopedia radziecka. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 22 sierpnia 2011 r. Źródło 14 sierpnia 2010 r.

Ekosystem- jest to funkcjonalna jedność organizmów żywych i ich siedlisk. Głównymi cechami charakterystycznymi ekosystemu jest jego bezwymiarowość i brak rangi. Zastępowanie niektórych biocenoz innymi w długim okresie czasu nazywa się sukcesją. Sukcesja zachodząca na nowo powstałym podłożu nazywana jest pierwotną. Sukcesja na obszarze już zajętym przez roślinność nazywana jest sukcesją wtórną.

Jednostką klasyfikacji ekosystemu jest biom – naturalna strefa lub obszar o określonych warunkach klimatycznych i odpowiadającym im zestawie dominujących gatunków roślin i zwierząt.

Specjalny ekosystem - biogeocenoza - to odcinek powierzchni ziemi z jednorodnymi zjawiskami naturalnymi. Składnikami biogeocenozy są klimatop, edafotop, hydrotop (biotop), a także fitocenoza, zoocenoza i mikrobiocenoza (biocenoza).

Aby zdobyć pożywienie, ludzie sztucznie tworzą agroekosystemy. Różnią się od naturalnych niską wytrzymałością i stabilnością, ale wyższą produktywnością.

Ekosystemy są podstawowymi jednostkami strukturalnymi biosfery

System ekologiczny lub ekosystem jest podstawową jednostką funkcjonalną w ekologii, ponieważ obejmuje organizmy i

środowisko nieożywione - składniki wzajemnie wpływające na swoje właściwości oraz warunki niezbędne do utrzymania życia w formie istniejącej na Ziemi. Termin ekosystem został po raz pierwszy zaproponowany w 1935 roku przez angielskiego ekologa A. Tansleya.

Zatem ekosystem rozumiany jest jako zbiór organizmów żywych (zbiorowości) i ich siedlisk, które dzięki obiegowi substancji tworzą stabilny system życia.

Zbiorowiska organizmów powiązane są ze środowiskiem nieorganicznym najbliższymi połączeniami materialnymi i energetycznymi. Rośliny mogą istnieć tylko dzięki stałemu zaopatrzeniu w dwutlenek węgla, wodę, tlen i sole mineralne. Heterotrofy żyją z autotrofów, ale wymagają dostaw związków nieorganicznych, takich jak tlen i woda.

W każdym siedlisku zapasy związków nieorganicznych niezbędnych do życia zamieszkujących je organizmów nie wystarczyłyby długo, gdyby nie były odnawiane. Powrót składników odżywczych do środowiska następuje zarówno w trakcie życia organizmów (w wyniku oddychania, wydalania, defekacji), jak i po ich śmierci, w wyniku rozkładu zwłok i resztek roślinnych.

W konsekwencji społeczność tworzy ze środowiskiem nieorganicznym pewien układ, w którym przepływ atomów spowodowany życiową działalnością organizmów ma tendencję do zamykania się w cyklu.

Ryż. 8.1. Struktura biogeocenozy i schemat interakcji między składnikami

Termin „biogeocenoza”, zaproponowany w 1940 r., jest szeroko stosowany w literaturze rosyjskiej. B. NSukaczow. Według jego definicji biogeocenoza to „zespół jednorodnych zjawisk naturalnych (atmosfera, skały, gleba i warunki hydrologiczne) na pewnym obszarze powierzchni ziemi, który ma szczególną specyfikę oddziaływań tworzących ją składników oraz pewnego rodzaju wymianę materii i energii między sobą a innymi zjawiskami naturalnymi i reprezentującą wewnętrznie sprzeczną jedność dialektyczną, pozostającą w ciągłym ruchu i rozwoju”.

W biogeocenozie V.N. Sukachev zidentyfikował dwa bloki: ekotop— zespół warunków środowiska abiotycznego i biocenoza- całość wszystkich żywych organizmów (ryc. 8.1). Za ekotop często uważa się środowisko abiotyczne nieprzekształcone przez rośliny (podstawowy zespół czynników środowiska fizyczno-geograficznego), a biotop to zespół elementów środowiska abiotycznego zmodyfikowanych przez środowiskową działalność organizmów żywych.

Istnieje opinia, że ​​termin „biogeocenoza” w znacznie większym stopniu oddaje cechy strukturalne badanego makrosystemu, natomiast pojęcie „ekosystemu” obejmuje przede wszystkim jego istotę funkcjonalną. W rzeczywistości nie ma różnicy między tymi terminami.

Należy zauważyć, że połączenie określonego środowiska fizykochemicznego (biotopu) ze zbiorowiskiem organizmów żywych (biocenoza) tworzy ekosystem:

Ekosystem = biotop + biocenoza.

Stan równowagi (stabilny) ekosystemu zapewniany jest w oparciu o cykle substancji (patrz paragraf 1.5). Wszystkie elementy ekosystemów bezpośrednio uczestniczą w tych cyklach.

Aby utrzymać obieg substancji w ekosystemie, niezbędny jest dopływ substancji nieorganicznych w postaci strawnej oraz trzy funkcjonalnie różne grupy ekologiczne organizmów: producenci, konsumenci i rozkładający.

Producenci organizmy autotroficzne potrafią budować swoje ciała ze związków nieorganicznych (ryc. 8.2).

Ryż. 8.2. Producenci

Konsumenci - organizmy heterotroficzne, które konsumują materię organiczną od producentów lub innych konsumentów i przekształcają ją w nowe formy.

RozkładaczeŻywią się martwą materią organiczną, przekształcając ją z powrotem w związki nieorganiczne. Klasyfikacja ta jest względna, ponieważ zarówno konsumenci, jak i sami producenci, w ciągu życia częściowo działają jako rozkładacze, uwalniając do środowiska mineralne produkty przemiany materii.

W zasadzie cykl atomów można utrzymać w systemie bez ogniwa pośredniego - konsumentów, ze względu na działalność dwóch innych grup. Takie ekosystemy występują jednak raczej w drodze wyjątków, np. na obszarach, gdzie funkcjonują zbiorowiska utworzone wyłącznie z mikroorganizmów. Rolę konsumentów w przyrodzie pełnią głównie zwierzęta; ich działania w zakresie utrzymywania i przyspieszania cyklicznej migracji atomów w ekosystemach są złożone i różnorodne.

Skala ekosystemów w przyrodzie jest bardzo zróżnicowana. Różny jest także stopień domknięcia utrzymywanych w nich obiegów materii, tj. wielokrotne zaangażowanie tych samych elementów w cykle. Za odrębne ekosystemy możemy uznać np. poduszkę porostów na pniu drzewa, rozkładający się pień wraz z populacją, niewielki tymczasowy zbiornik wodny, łąkę, las, step, pustynię, cały ocean, i wreszcie cała powierzchnia Ziemi zajęta przez życie.

W niektórych typach ekosystemów transfer materii poza ich granice jest tak duży, że ich stabilność utrzymywana jest głównie poprzez napływ tej samej ilości materii z zewnątrz, natomiast obieg wewnętrzny jest nieefektywny. Należą do nich płynące zbiorniki wodne, rzeki, strumienie i obszary na stromych zboczach górskich. Inne ekosystemy mają znacznie pełniejszy cykl substancji i są stosunkowo autonomiczne (lasy, łąki, jeziora itp.).

Ekosystem jest praktycznie systemem zamkniętym. Na tym polega zasadnicza różnica między ekosystemami a społecznościami i populacjami, które są systemami otwartymi wymieniającymi energię, materię i informacje ze swoim otoczeniem.

Jednak żaden ekosystem na Ziemi nie ma całkowicie zamkniętego obiegu, ponieważ nadal następuje minimalna wymiana masy z otoczeniem.

Ekosystem to zbiór wzajemnie połączonych odbiorców energii, którzy wykonują pracę, aby utrzymać swój stan nierównowagowy w stosunku do swojego siedliska poprzez wykorzystanie przepływu energii słonecznej.

Zgodnie z hierarchią społeczności życie na Ziemi przejawia się także w hierarchii odpowiednich ekosystemów. Ekosystemowa organizacja życia jest jednym z niezbędnych warunków jego istnienia. Jak już wspomniano, zasoby pierwiastków biogennych niezbędnych do życia organizmów na Ziemi w ogóle i w każdym konkretnym obszarze jej powierzchni nie są nieograniczone. Tylko system cykli mógłby nadać tym rezerwom właściwość nieskończoności, niezbędną do kontynuacji życia.

Tylko funkcjonalnie różne grupy organizmów mogą utrzymać i przeprowadzić cykl. Funkcjonalna i ekologiczna różnorodność istot żywych oraz organizacja przepływu substancji wydobywanych ze środowiska w cykle to najstarsza właściwość życia.

Z tego punktu widzenia zrównoważona egzystencja wielu gatunków w ekosystemie osiągana jest dzięki stale zachodzącym w nim zakłóceniom siedlisk przyrodniczych, pozwalającym nowym pokoleniom zajmować nowo opuszczoną przestrzeń.

Koncepcja ekosystemu

Głównym przedmiotem badań ekologii są systemy ekologiczne, czyli ekosystemy. Ekosystem zajmuje kolejne miejsce po biocenozie w systemie poziomów przyrody żywej. Mówiąc o biocenozie, mieliśmy na myśli wyłącznie organizmy żywe. Jeśli weźmiemy pod uwagę organizmy żywe (biocenozę) w połączeniu z czynnikami środowiskowymi, to jest to już ekosystem. Zatem ekosystem to naturalny kompleks (system bioobojętny) utworzony przez organizmy żywe (biocenoza) i ich siedlisko (na przykład atmosfera jest obojętna, gleba, zbiornik jest bioobojętny itp.), połączony ze sobą poprzez wymiana substancji i energii.

Termin „ekosystem”, ogólnie przyjęty w ekologii, został wprowadzony w 1935 roku przez angielskiego botanika A. Tansleya. Uważał, że ekosystemy „z punktu widzenia ekologa stanowią podstawowe jednostki naturalne na powierzchni ziemi”, do których zalicza się „nie tylko zespół organizmów, ale także cały zespół czynników fizycznych, które tworzą to, co nazwać środowiskiem biomu – czynnikami siedliskowymi w najszerszym tego słowa znaczeniu”. Tansley podkreślił, że ekosystemy charakteryzują się różnymi rodzajami metabolizmu nie tylko między organizmami, ale także między materią organiczną i nieorganiczną. To nie tylko zespół żywych organizmów, ale także kombinacja czynników fizycznych.

Ekosystem (system ekologiczny)— podstawowa jednostka funkcjonalna ekologii, reprezentująca jedność organizmów żywych i ich siedliska, zorganizowana przez przepływy energii i cykl biologiczny substancji. Jest to podstawowa wspólnota istot żywych i ich siedlisko, każdy zespół organizmów żywych żyjących razem i warunki ich istnienia (ryc. 8).

Ryż. 8. Różne ekosystemy: a - staw w strefie środkowej (1 - fitoplankton; 2 - zooplankton; 3 - pływające chrząszcze (larwy i postacie dorosłe); 4 - młody karp; 5 - szczupak; 6 - larwy choronomid (komary szarpnięte); 7 - bakterie; 8 - owady roślinności przybrzeżnej; b - łąki (I - substancje abiotyczne, czyli główne składniki nieorganiczne i organiczne); II - producenci (roślinność); III - makrokonsumenci (zwierzęta): A - zwierzęta roślinożerne (klaczki, myszy polne, itp.); B – konsumenci pośrednio lub żerujący na szczątkach, czyli saprobaty (bezkręgowce glebowe); C – drapieżniki „górskie” (jastrzębie);

Pojęcie „ekosystemu” można zastosować do obiektów o różnym stopniu złożoności i wielkości. Przykładem ekosystemu jest las tropikalny występujący w określonym miejscu i czasie, zamieszkiwany przez tysiące gatunków roślin, zwierząt i drobnoustrojów żyjących razem i połączonych interakcjami zachodzącymi między nimi. Ekosystemy to naturalne formacje, takie jak ocean, morze, jezioro, łąka, bagno. Ekosystemem może być kępa na bagnach, gnijące drzewo w lesie z żyjącymi na nich i w nich organizmami lub mrowisko z mrówkami. Największym ekosystemem jest planeta Ziemia.

Każdy ekosystem można scharakteryzować pewnymi granicami (ekosystem lasu świerkowego, ekosystem bagien nizinnych). Jednak samo pojęcie „ekosystemu” nie ma rangi. Ma cechę bezwymiarowości, nie charakteryzuje się ograniczeniami terytorialnymi. Zazwyczaj ekosystemy są ograniczone elementami środowiska abiotycznego, na przykład rzeźbą terenu, różnorodnością gatunkową, warunkami fizykochemicznymi i troficznymi itp. Rozmiaru ekosystemów nie można wyrazić w fizycznych jednostkach miary (powierzchnia, długość, objętość itp.). Wyraża się ją jako miarę ogólnoustrojową uwzględniającą procesy metaboliczne i energetyczne. Dlatego też ekosystem jest zwykle rozumiany jako zbiór składników środowiska biotycznego (organizmy żywe) i abiotycznego, podczas którego wzajemnego oddziaływania zachodzi mniej lub bardziej pełny cykl biotyczny, w którym uczestniczą producenci, konsumenci i rozkładający. Termin „ekosystem” jest również używany w odniesieniu do sztucznych formacji, na przykład ekosystemu parkowego, ekosystemu rolniczego (agroekosystemu).

Ekosystemy można podzielić na mikroekosystemy(drzewo w lesie, przybrzeżne zarośla roślin wodnych), mezoekosystemy(bagno, las sosnowy, pole żyta) i makroekosystemy(ocean, morze, pustynia).

O równowadze w ekosystemach

Ekosystemy równowagowe to takie, które „kontrolują” stężenie składników odżywczych, utrzymując ich równowagę z fazami stałymi. Fazy ​​stałe (pozostałości organizmów żywych) są produktami życiowej działalności fauny i flory. Te społeczności i populacje, które są częścią ekosystemu równowagi, również będą w równowadze. Ten rodzaj równowagi biologicznej nazywa się mobilny, ponieważ procesy śmierci są stale kompensowane przez pojawienie się nowych organizmów.

Ekosystemy równowagi są zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju Le Chateliera. W rezultacie ekosystemy te charakteryzują się homeostazą – innymi słowy są w stanie minimalizować wpływy zewnętrzne, zachowując jednocześnie równowagę wewnętrzną. Stabilność ekosystemów osiąga się nie poprzez zmianę równowagi chemicznej, ale poprzez zmianę szybkości syntezy i rozkładu składników odżywczych.

Szczególnie interesująca jest metoda utrzymania stabilności ekosystemów, polegająca na zaangażowaniu w cykl biologiczny substancji organicznych wytworzonych wcześniej przez ekosystem i odłożonych „w rezerwie” – drewna i śmiertelnicy (torf, próchnica, ściółka). W tym przypadku drewno pełni rolę indywidualnego bogactwa materialnego, a zaprawa stanowi bogactwo zbiorowe, należące do ekosystemu jako całości. To „bogactwo materialne” zwiększa odporność ekosystemów, zapewniając ich przetrwanie podczas niekorzystnych zmian klimatycznych, klęsk żywiołowych itp.

Stabilność ekosystemu jest tym większa, im jest on większy oraz im bogatszy i bardziej zróżnicowany jest jego skład gatunkowy i populacyjny.

Ekosystemy różnych typów wykorzystują różne opcje indywidualnych i zbiorowych metod przechowywania zrównoważonego rozwoju przy różnych proporcjach indywidualnego i zbiorowego bogactwa materialnego.

Zatem główną funkcją ogółu istot żywych (społeczności) wchodzących w skład ekosystemu jest zapewnienie równowagi (stabilności) stanu ekosystemu w oparciu o zamknięty cykl substancji.