Содержание 

 

Экосистема

     Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны  друг с другом и находятся в  постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно  функционирующие организмы (биотическое  сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему.

     Экосистема  — основная функциональная единица в экологии, поскольку в нее входят и организмы, и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле.

     

     Признаки  экосистем:

     1) независимость от внешних источников вещества и энергии, но не от солнечного света. Энергия – это способность совершать работу.

     2) способность обеспечивать круговорот  вещества.

      Биотический компонент 

     автотрофы                      гетеротрофы

                      (фото- и хемотрофы) 

      Абиотический компонент 

     почва, вода                                   климат:

     (неорганические  и                          - освещенность;

     органические  вещества)                  - температура;

                                                        -  влажность.

       Солнце

      

                   → биотический компонент →  тепловая энергия 

                        биогенные   элементы.

     Экосистемы  состоят из живого и неживого компонентов,  называемых соответственно биотическим и абиотическим. Совокупность живых  организмов биотического компонента называется сообществом.

     Биотический  компонент  полезно подразделить на автотрофные и гетеротрофные организмы. Таким образом, все живые организмы попадут в одну из двух групп.

     Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает почву или воду и климат.  Почва и вода содержат смесь  неорганических  и органических  веществ.  Свойства  почвы  зависят  от  материнской  породы,  на которой она лежит и из которой частично образуется. В понятие климата входят такие параметры, как освещенность, температура и влажность, в большой степени определяющие  видовой состав  организмов,  успешно  развивающихся  в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености. 

Свойства  экосистем

     1. Эмерджентность (emergence – неожиданно  возникающий) – степень несводимости свойств системы к свойствам составляющих ее элементов. 

     2. Биоразнообразие. Принцип необходимого разнообразия  элементов – нижний предел разнообразия равен двум, верхний - стремится к бесконечности.

     Основывается  на непрерывном круговороте веществ, связанном с направленными потоками энергии. Механизмы поддержания  целостности системы основываются на свойствах разнообразия и системности. Разнообразие – необходимое условие  устойчивости любой  кибернетической  системы на фоне внешних и внутренних возмущений (принцип  Эшби). Живые системы (организмы, биосфера) функционируют по принципу обратной связи.

     Разнообразие  – результат эволюции. Чем старее экологическая система, тем более разнообразный видовой состав (старые тропические леса и молодая тайга).

     Биологическое  разнообразие  обеспечивает  устойчивость  биосферы  через множество взаимосвязей и взаимодействий между собой  и косным веществом. В биосфере имеется  большой набор процессов регулирования  с обратной связью и набор циклических процессов, позволяющих ей компенсировать изменяющиеся условия.  Поэтому биосфера легко справляется с задачами автоматического регулирования необходимых условий жизни.

     Стабильность  глобальной экосистемы обеспечивается  избыточностью  ее функциональных  компонентов.  Если  в  экосистеме  имеется  несколько  видов автотрофов, каждый из которых имеет свои оптимальные температурные условия фотосинтеза,  то суммарная скорость фотосинтеза может оставаться неизменной при колебаниях температуры. 

     3. Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Поскольку основной объединяющий фактор  в биогеоценозах – это пищевые цепи, то, чем более многообразен состав, тем устойчивее  экосистема.  В  тропических  лесах большое разнообразие видов растений и животных гарантия стабильности. Но и малокомпонентные системы могут быть устойчивы (степь). Дело в экологических особенностях видов.  Например,  при  современной  антропогенной  нагрузке большое  значение  приобретают  виды –  эфемеры (короткоцикличные),  которые успевают  за  короткий  период  в  резко  быстрой  смены  поколений  и  большой численности  приспособляться к необычным стрессам. При устойчивых, необратимых  изменениях  среды происходит  направленная  смена  типов сообществ, формирование нового климакса. 

     В биосфере действует закон, связывающий  размеры  потребляющих органические вещества видов с их  численностью  и  размерами.  В потоках вещества и энергии главную роль играют мелкие организмы (бактерии, грибы и т.д.). Доля потребностей позвоночными животными – 1% продуктов биосферы.

     Вовлеченность вещества в кругооборот обеспечивается развитой системой информации связи  между различными видами живого вещества. Это физические (звук,  цвет,  свет,  температура)  и химические (запах)  связи.  Информационные связи связывают все части системы и способствуют ее устойчивости.

     4. Гомеостаз – это состояние внутреннего динамического равновесия природной системы,  поддерживаемое  регулярным  возобновлением ее основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов. Это – постоянный газовый  состав атмосферы, физические условия  поверхности  Земли (через  озоновый  экран),  устойчивого состава  и  концентрации  солей  Мирового  океана.  Механизм  поддержания целостности  системы  основывается  на  свойствах  разнообразия  и  системности.

     Биосфера ((по Вернадскому) как целостная система  обладает организованностью, механизмами самоподдержания (гомеостаза). 

     5.Принцип неравновесности – экосистемы являются  открытыми и для них характерен приток и отток энергии и вещества, а это возможно только в условиях неравновесности.   

     6. Равновесие – баланс естественных или измененных  человеком средообразующих  компонентов  и  природных  процессов,  приводящий к длительному существованию данной экологической системы.

     7. Живучесть – способность экологической системы  выдерживать резкие колебания абиотической среды, массовые размножения или длительные исчезновения отдельных видов, большие антропогенные нагрузки.

Принципы  функционирования экосистем:

     1. Получение  ресурсов (вещества,  энергии) и  избавление от  отходов происходит в экосистемах  в рамках кругооборота всех  элементов.

     2. Экосистема существует за счет  практически вечной, не загрязняющей  среду солнечной энергии, количество  которой постоянно и избыточно. 

     3. Чем больше биомасса популяции,  тем ниже должен быть  занимаемый  ею трофический уровень. На  концах пищевых цепей не  должно  быть  большой биомассы организмов.

     

Классификация экосистем

     При классификации наземных экосистем  обычно используют признаки растительных сообществ (составляющих основу экосистем) и климатические (зональные) признаки. Так, выделяются определенные типы экосистем, например тундра лишайниковая, тундра моховая, лес хвойный (еловый, сосновый), лес лиственный (березняк), лес дождевой (тропический), степь, кустарники (ивняк), болото травянистое, болото сфагновое.

     Основные  наземные экосистемы:

     1. Тундра: арктическая и альпийская;

     2. Бореальные хвойные леса;

     3. Листопадный лес умеренной зоны;

     4. Степь умеренной зоны;

     5. Тропические злаковники и саванна; 

     6. Чапарраль (районы с дождливой  зимой и засушливым летом);

     7. Пустыня: травянистая и кустарниковая;

     8. Полувечнозеленый тропический лес  (районы с выраженными влажным  и сухим сезонами);

     9. Вечнозеленый тропический дождевой  лес. 

     Размещение  по земной поверхности основных наземных биомов определяют два абиотических фактора - температура и количество осадков. Климат в разных районах земного шара неодинаков. Годовая сумма осадков меняется от 0 до 2500 мм и более. При этом они выпадают равномерно в течение года или их основная доля приходится на определенный период - влажный сезон. Среднегодовая температура также варьирует от отрицательных величин до 38⁰С. Температуры могут быть практически постоянными в течение всего года (у экватора) или меняться по сезонам.

 

Экосистемы  тундры

     Тундра — тундровая зона (финск. tunturi — безлесная, голая возвышенность) — зональный тип безлесных субарктических ландшафтов, разнообразное сочетание которых образует на суше широкую (300-1000 км) полосу вдоль северной окраины субарктического пояса, включая острова.

     Арктика занимает около 21 226  тыс. км², в том числе суша – 7 160 тыс. км². Российский сектор охватывает не менее трети этой площади. Ему принадлежат основные континентальные не покрытые ледниками территории с наиболее типичными арктическими экосистемами, а также акватории пяти из девяти морей и большая часть центральной части бассейна Северного Ледовитого океана. В материковой части и на островах российской Арктики отчетливо выражены ландшафтно-зональные категории: лесотундра - переходная экотонная полоса; тундровая зона с подзонами южных, типичных и арктических тундр; зона полярных пустынь. На их территориях развиты все основные характерные для Арктики типы и варианты экосистем, фитоценозов, биоценозов и их антропогенные модификации.

Полярные  пустыни.

     Данный  биом имеет циркумполярное размещение. В России распространен на островах и архипелагах Ледовитого океана (Северный остров Новой Земли, Земля Франца-Иосифа и др.). Ландшафтное разнообразие здесь обеднено, благодаря молодости поверхностей, экстремальности климата и, соответственно, бедности состава биоты. Широко представлены ландшафты разновозрастных моренных и морских отложений, каменистых субстратов. Микро- и нанорельеф образуется каменистыми кольцами, пятнами, минеральными полигонами, бугорками.

     В растительном покрове отмечается полное доминирование споровых растений - водорослей, лишайников, печеночников и мхов. Они образуют тонкую пленку жизни с фрагментами цветковых растений. Локальная флора сосудистых растений (число видов на 100 км²) составляет всего 20-30 видов. Например, флора архипелага Земля Франца-Иосифа, целиком расположенного в биоме полярных пустынь, составляет около 60 видов.

     Из  позвоночных животных здесь обычны виды, связанные с морем - белый  медведь, песец, морж и тюлени. Ландшафты  и биота  полярных пустынь сохраняется  в федеральном заказнике - Земля Франца-Иосифа.