А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006
Глава 2. Краткие сведения об экологии
2.2. Экосистема. Концепция, классификация, основные понятия
Понятие "экосистема"
было введено в 1935 году английским ботаником А.Тенсли, а определенные
высказывания о единстве организмов и среды появлялись и раннее в трудах
немецкого ученного К. Мебиуса, американского биолога С.Форбса, русских ученых
В.В.Докучаева, Г.Ф.Морозова, В.Н.Сукачева.
Экосистема - это основная
функциональная система в биосфере, представляющая совокупность сообщества живых
организмов и среды их обитания, находящихся в естественной взаимосвязи, обеспечивающей
их жизнедеятельность. Различают микроэкосистемы (например, дерево),
мезоэкосистемы (луг, лес, озеро и др.), макроэкосистемы (океан, материк),
глобальная экосистема (биосфера).
Экосистемы классифицируются по
функциональным, или структурным, характеристикам, а также исходя из типа
растительных или основных признаков ландшафта. Какой-либо традиционной единой
классификации типов экосистемы в практике экологических исследований не
принято, и это разнообразие подходов полезно.
Приведем примеры. Классификация наземных биомов
осуществляется по естественным или исходным признакам растительности, типы
водных экологических систем различают по геологическим и физическим признакам.
В табл.2.1 приведены шестнадцать основных типов экосистем, представляющих
характерную среду развития человеческой цивилизации.
Таблица 2.1
Основные
типы природных экосистем и биомов биосферы (по Ю. Одуму, 1986)
Типы природных экосистем
|
Примеры
|
Наземные биомы
|
Тундра: арктическая и альпийская
Бореальные хвойные леса
Листопадный лес умеренной зоны
Степь умеренной зоны
Тропические грансленд и саванна
Чапараль - районы с дождливой зимой и засушливым летом
Пустыня: травянистая и кустарниковая
Полувечнозеленый тропический лес: влажный и сухой
Вечнозеленый тропический дождевой лес
|
Пресноводные экосистемы
|
Лентические (стоячие воды): озера, пруды и т.д.
Лотические (текучие воды) реки, ручьи и т. д.
Заболоченные угодья: болота и болотистые леса
|
Морские
экосистемы
|
Открытый океан (пелагическая)
Воды континентального шельфа (прибрежные воды)
Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным
рыболовством)
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек,
соленые марши и т. д.)
|
Все экосистемы, включая самую крупную из них -
биосферу, представляют собой открытые системы, которые должны получать и отдавать
энергию. Это означает, что экосистемы, входящие в биосферу, также открыты для
потоков веществ, для перемещения через них (входа и выхода из них) организмов.
Из этого вытекает и понятие концепции.
Концепция экосистемы,
т.е. система взглядов на экосистему, должна учитывать существование
совокупности взаимосвязанных и необходимых для жизнедеятельности энергии и
веществ на входе и выходе среды.
Эта особенность показана на рис.2.1 в виде
схематической модели круговорота энергии и вещества в экосистеме. Данная модель
состоит из биотической (биоценоза) и абиотической (биотоп) части, связанных
обменом веществ. В экосистему поступает энергия солнца, газы атмосферы, вода и
минеральные вещества почвы. Из нее же выделяются тепло, кислород, углекислый
газ, биогенные вещества, переносимые водой, перегной.
Рис.2.1. Схема круговорота энергии и вещества в экосистеме
Масштабы изменения среды на входе
и выходе зависят от рода переменных и могут очень сильно варьироваться. К
переменным такого рода можно отнести размеры системы, интенсивность обмена,
взаимодействие или сбалансированность автотрофных и гетеротрофных
процессов.
Границы рассматриваемых экосистем
могут быть определены как достаточно точно (например, геометрические границы
города), так и условно, когда переходы между экосистемами постепенны (например,
переход между лесом и степью или между топяным болотом, тростниковым болотом и
озером). Поэтому экосистемы отличаются не столько определенными числами и
неподвижными границами, сколько средними значениями и границами разброса.
Структура экосистем включает в
себя пищевые цепи, которым принадлежит особая роль в экономике экосистем. Эти
цепи составляют трофические структуры (от греч. trophy
- питание), по которым происходит перенос энергии и круговорот веществ.
С позиции трофической структуры
экосистему можно разделить на два яруса, или пласта: 1) верхний - автотрофный
(греч. autos - сам, trophies -
пища), т.е. самостоятельно питающийся пласт, или "зеленый пояс",
включающий растения или их части, и 2) нижний - гетеротрофный (греч. heteros - другой), т.е. питаемый другими пласт, или
"коричневый пояс" почв и осадков. Рассматривая же биологическую
сущность состава экосистемы, следует выделить: 1) неорганические вещества (C, N, CO2,
H2O и др.), входящие
в круговорот; 2) органические соединения (белки, углероды, липиды, гумусовые
вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушную,
водную и субстратную среду, включающую физические факторы; 4) проценты автотрофных
организмов (зеленые растения, производящие пищу из неорганических веществ); 5) макроконсументы
или фаготрофы (от греч. phagos - пожирать) -
гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами;
6) микроконсументы - гетеротрофные, в основном бактерии и грибы или осмотрофы
(от греч. osmos - толчок, давление).
Пищевой цепью называется
перенос энергии пищи от ее источника - автотрофов (растений) - через разные
организмы путем поедания одних другими. Пищевые цепи так или иначе знакомы
каждому из нас: траву поедает корова, мясо которой становится пищей для
человека, или другой пример - фитопланктон, живущий от солнечной энергии, становится
пищей зоопланктона, последний поедается мелкой рыбой, которую съедает крупная
рыбы, ставшая пищей для человека.
Все пищевые цепи входят в
круговороты материи, ведущие от продуцентов к диструентам. Представители
трофных уровней, представленных выше, связаны между собой односторонней
передачей биомассы в цепи питания. Цепи хищников начинаются с продуцентов: клевер
- овца - волк; планктонные водоросли - дафния - плотва - щука. Цепи паразитов
могут начинаться и с продуцентов (яблоня - щитовка - наездник) и с консументов
(овца - муха - кровососка - бактерии - вирусы).
Экология занимается системами
различного уровня организации (от организмов до экосистем). Популяция
обозначает группы особей различных видов организмов, сообщество включает
в себя все популяции данного объекта. Закономерности взаимоотношений организмов
и среды их обитания проявляются на уровне особей, биоценоза и биогеоценоза.
Популяция (от лат. populus - народ) - это совокупность организмов одного вида,
совместно обитающих и населяющих общую территорию. По Ю.Одуму, популяцию можно
определить как любую группу организмов одного вида (или иную группу, внутри
которой особи могут обмениваться генетической информацией), занимающую
определенное пространство и функционирующую как часть биотического сообщества.
Любая популяция обладает генетическими свойствами, связанными с экологией.
Основными характеристиками популяции являются: рождаемость, смертность,
плотность, возрастная структура, соотношение полов, биотический потенциал,
распределение в пространстве (дисперсия), кривая роста и др.
Популяции организмов, закономерно
взаимодействующие между собой в пространстве, представляют собой биоценоз.
Термин биоценоз (от греч. bios - жизнь, koinos - общий) впервые введен немецким биологом К.Мебиусом,
а в исследованиях американского ученого С.Форбса были заложены основы понятия
об экосистеме.
Биоценоз, или сообщество организмов, - это
ассоциация взаимодействующих растений и живых организмов в ограниченном
пространстве, в котором преобладают определенные виды организмов или физический
фактор.
Длительное существование
различных видов организмов лежит в основе формирования многовидовых сообществ -
биоценозов. Подбор видов в биоценозах не случаен, а определяется возможностью
непрерывного поддержания круговорота.
Соответственно, используя
термины: совокупность растений - фитоценоз, животных - зооценоз,
микроорганизмов - микроценоз, организмов, населяющих органическое
жизненное пространство - биотоп.
Экологическая система, или биогеоценоз,
представляет собой систему взаимодействия живой (биоценоз) и неживой (косной)
природы. Термин "биогеоценоз" введен в науку российским академиком
В.Н.Сукачевым, под которым понимается участок биосферы, однородный по
топографическим, микроклиматическим, гидрологическим и биотическим условиям.
В состав биогеоценоза
входят:
1) растительное сообщество - фитоценоз;
2) животный компонент - зооценоз;
3) микробные биокомплексы - микробоценоз;
4) почва и почвенно-грунтовые воды, которые, взаимодействуя
с растениями и микроорганизмами, образуют эдафотоп;
5) косное вещество - неживая природа, образующая экотоп;
6) атмосфера, взаимодействующая с компонентами
биогеоцено-за, образует климатоп.
Крупная же биосистема
регионального или континентального значения, характеризующаяся определенным
типом растительности или спецификой ландшафта, обозначается термином биом.
|