Понятие экосистемы

Понятие экосистемы

1. Экосистема и ее  свойства

 

Экосистемы представляют собой  основные природные единицы на поверхности  Земли. Это не только комплекс живых  организмов, но и все сочетания  физических факторов. Всюду, где можно  наблюдать отчетливое единство растений и животных, объединенных отдельным  участком окружающей среды, говорят  об экологической системе. Понятие  экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности  и происхождения. Поэтому оно  применимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле), так и к сложным  естественным комплексам организмов и  среды их обитания (озеро, лес, океан).

 

В состав экосистемы входят неживые  и живые компоненты.

 

Неживые (абиотические) компоненты:

 

1) неорганические вещества (N2, C02, Н2О  и др.), включающиеся в природные  круговороты;органические соединения (углеводы, белки, аминокислоты, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части экосистем;

 

2) климатический режим (освещенность, температура, влажность и другие  физические факторы).

 

Живые (биотические) компоненты экосистем:

 

1) продуценты - автотрофные (самостоятельно  питающиеся) организмы, главным образом,  зеленые растения, которые создают  органические вещества из простых  неорганических веществ. Автотрофы  составляют основную массу всех  живых существ и полностью  отвечают за образование всего  нового органического вещества  в любой экосистеме, т.е. являются  производителями продукции,

 

2) макроконсументы (консументы 1, 2 и т.д. порядка) - гетеротрофные (питающиеся другими) организмы, главным образом, животные, которые поедают растения и другие организмы. В отличие от автотрофов продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и разрушители органических веществ,

 

3) микроконсументы (редуценты) - гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами.

 

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов (организмы, питающиеся мертвым органическим веществом вместе с содержащимися в нем микроорганизмами. Детритофагами являются личинки насекомых, дождевые черви, многие бактерии и др), взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

 

Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака: экосистема обязательно представляет собой  совокупность живых и неживых  компонентов; в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие; экосистема сохраняет  устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

 

Примерами природных экосистем  являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера. Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических. Таким образом, устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Экосистема является важнейшей структурной единицей устройства окружающего мира. Основу экосистем составляют живое вещество, характеризующееся биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов.

 

 

 

 

2. Структура экосистем

Экосистемы состоят из живого и  неживого компонентов, называемых соответственно биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента называется сообществом. Исследование экосистем включает, в частности, выяснение и описание тесных взаимосвязей, существующих между сообществом  и абиотическим компонентом.

 

Биотический компонент можно подразделить на автотрофные и гетеротрофные  организмы. Таким образом, все живые  организмы попадут в одну из двух групп. Автотрофы синтезируют необходимые  им органические вещества из простых  неорганических и делают, за исключением  хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике органического вещества и (за исключением некоторых бактерий) используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище. Гетеротрофы в своем существовании зависят от автотрофов, и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем.

 

Неживой, или абиотический, компонент  экосистемы в основном включает 1) почву  или воду и 2) 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 определяющий видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености.

 

В зависимости от характера питания  в экосистеме строится экологическая  пирамида (пирамида питания), состоящая  из нескольких трофических уровней:

 

1) низший - занимают автотрофные организмы;

 

2) гетеротрофные организмы 1 порядка,  использующие в пищу биомассу  растений;

 

3) гетеротрофы 2 порядка, питающиеся  гетеротрофами 1 порядка, и т.д.

 

В наземных экосистемах масса продуцентов  больше, чем масса консументов, масса консументов 1-ого порядка больше, чем консументов 2-ого порядка и т.д. Это обусловлено тем, что пища используется не только на рост организмов, но и на удовлетворение энергетических затрат: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры. Поэтому графически модель экосистемы имеет вид пирамиды.

 

Размещено на http://www.allbest.ru/

 

Рис. 1. Экологическая пирамида

 

1. Продуценты (растения); 2. Консументы 1 порядка (травоядные)

 

3. Консументы 2 порядка (плотоядные, хищники); 4. Конечные консументы

 

3. Межвидовые отношения  в экосистеме

 

антропогенный экосистема природа

 

Живые организмы не могут существовать сами по себе. Они связаны воедино  разнообразными отношениями, вся полнота  которых выявляется лишь при анализе  экосистемы как целого. Живые существа зависимы от своего окружения, поскольку  им надо питаться, расселяться, защищаться от хищников и т. д. Виды по-разному  влияют друг на друга: конкурируют с  соседями за пищу и выделяют ядовитые вещества, оказываются полезными  друг для друга или "эксплуатируют" другие виды. Сущность межвидовой конкуренции  заключается в том, что у особей одного вида уменьшается плодовитость, выживаемость или скорость роста  в результате использования ресурса  или интерференции со стороны  особей другого вида. Однако за этой простой формулировкой кроется  большое количество самых разнообразных  нюансов. Влияние межвидовой конкуренции  на динамику численности популяции  конкурирующих видов многолико. Динамика в свою очередь может  оказывать влияние на распределение  видов и их эволюцию. Конкуренция  возникает тогда, когда два или  большее число организмов получают ресурс из источника, который для всех явно недостаточен. Иными словами, конкуренция возникает только в том случае, если ресурс ограничен. Если же ресурс имеется в избытке, то два вида даже с очень сходными потребностями конкурировать не будут. Это может наблюдаться, например, при регулировании численности видов хищниками или паразитами.

 

Взаимодействия популяций двух видов теоретически можно выразить в виде следующих комбинаций символов: 00, - -,+ +, + 0, - 0 и + -. Три из них (++, - - и + -) в свою очередь обычно подразделяются, и в результате мы получаем девять основных типов взаимодействий: 1) нейтрализм, при котором ассоциация двух популяции не сказывается ни на одной из них;

 

2) взаимное конкурентное подавление, при котором обе популяции  активно подавляют друг друга; 3) конкуренция за общий ресурс, при которой каждая популяция  косвенно отрицательно воздействует  на другую в борьбе за дефицитный  ресурс; 4) аменсализм, при котором одна популяция подавляет другую, но caма не испытывает отрицательного влияния; 5) паразитизм и 6) хищничество, при которых одна популяция неблагоприятно воздействует на другую, нападая непосредственно на нее, но тем не менее сама зависит от объекта своего нападения; 7) комменсализм, при котором одна популяция извлекает пользу из объединения, а для другой это объединение безразлично; 8) протокооперация, при которой обе популяции получают от ассоциации выгоду, но эти отношения не обязательны, и 9) мутуализм, при котором связь популяций благоприятна для роста и выживания обеих, причем в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой. Все эти типы взаимодействий приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 Анализ взаимодействий популяций  двух видов

 

Тип взаимодействий2 

Виды 

Общий характер взаимодействия 

 

1 

2  

 

1. Нейтрализм 

0 

0 

Ни одна популяция не влияет на другую 

 

2. Конкуренция, непосредственное  взаимодействие 

- 

- 

Прямое взаимное подавление обоих  видов 

 

3. Конкуренция, взаимодейсвия

 

из-за ресусрсов 

- 

- 

Непрямое подавеление при деффиците общего ресурса 

 

4. Аменсализм 

- 

0 

Популяция 2 подавляет популяцию 1, но сама не испытывает отрицательного воздействия 

 

5. Паразитизм 

+ 

- 

Популяция паразита (1) состоит из меньших  по величине особей, чем популяция  хозяина 

 

6. Хищнечество

 

(и поедание растений) 

+ 

- 

Особи хищников (1) обычно крупнее, чем  особи жертвы (2) 

 

7. Комменсализм 

+ 

0 

Популяция 1, комменсал, получает пользу от объедения; популяции 2 это объедение  безразлично 

 

8. Протокооперация  

+ 

+ 

Взаимодействие благоприятно для  обоих видов, но не обязательно 

 

9. Мутуализм 

+ 

+ 

Вазимодействие благоприятно для обоих видов и обязательно 

 

 

 

0 означает отсутствие значимых  взаимодействий; + означает улучшение  роста, выживания и другие выгоды  для популяции ( к уравнению роста прибавляется положительный член); - означает замедление роста и ухудшение других характеристик (к уравнению роста добавляется отрицательный член).

 

Типы 2-4 можно считать «отрицательными  взаимоотношениями», типы 7-9 - «положительными  взаимоотношениями», а типы 5 и 6 можно  относить к обеим этим групп.

 

Следует подчеркнуть три принципа, основанные на этих категориях:

 

· Негативные взаимодействия проявляются  на начальных стадиях развития сообщества или в нарушенных природных условиях, где высокая смертность нейтрализуется r-отбором.

 

· В процессе эволюции и развития экосистем обнаруживается тенденция  к уменьшению роли отрицательных  взаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующих  видов.

 

· В недавно сформировавшихся или  новых ассоциациях вероятность  возникновения сильных отрицательных  взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях.

 

Одна популяция часто влияет на скорость роста или смертность другой. Так, члены одной популяции  могут поедать членов другой популяции, конкурировать с ними за пищу, выделять вредные вещества или взаимодействовать  с ними другим способом. Точно так  же популяции могут быть полезными  друг для друга, причем польза в одних  случаях оказывается обоюдной, а  в других - односторонней, как было показано в таблице 1.

 

4. Влияние человека на природные экосистемы

 

Воздействие - непосредственное влияние  хозяйственной деятельности человека на окружающую природную среду. Все  виды воздействия можно объединить в 4 тип: преднамеренное, непреднамеренное, прямое и косвенное (опосредованное).

 

Преднамеренное воздействие происходит в процессе материального производства с целью удовлетворения определенных потребностей общества. К ним относятся: добыча полезных ископаемых, строительство  гидротехнических сооружений (водохранилищ, оросительных каналов, ГЭС), вырубка  лесов для расширения земледельческих  площадей и для получения древесины  и др.

 

Непреднамеренное воздействие  возникает побочно с первым типом  воздействия, в частности, добыча полезных ископаемых открытым способом приводит к понижению уровня грунтовых  вод, к загрязнению воздушного бассейна, к образованию техногенных форм рельефа (карьеры, терриконы, хвостохранилища). Строительство ГЭС сопряжено с образованием искусственных водохранилищ, которые воздействуют на среду: вызывают повышение уровня грунтовых вод, меняют гидрологический режим рек и т.д. При получении энергии из традиционных источников (уголь, нефть, газ) происходит загрязнение атмосферы, поверхностных водотоков, подземных вод и пр.

 

Как преднамеренные, так и непреднамеренные воздействия могут быть прямыми  и косвенными.

 

Прямые воздействия имеют место  в случае непосредственного влияния  хозяйственной деятельности человека на среду, в частности ирригация (орошение) непосредственно воздействует на почву и изменяет все процессы, связанные с ней.

 

Косвенные воздействия происходят опосредованно - через цепочки взаимосвязанных  влияний. Так, преднамеренные косвенные  воздействия - это применение удобрений  и непосредственно влияние на урожайность культур, а непреднамеренные - влияние аэрозолей на количество солнечной радиации (в особенности  в городах) и т.д.

 

Воздействие горного производства на среду - многообразно проявляется  в прямом и косвенном воздействии  на природные ландшафты. Наибольшие нарушения земной поверхности происходят при открытом способе разработки полезных ископаемых, на долю которого в нашей стране приходится более 75% объема горного производства.

 

Косвенные воздействия проявляются  в изменении режима грунтовых  вод, в загрязнении воздушного бассейна, поверхностных водотоков и подземных  вод, а также способствуют подтоплению  и заболачиванию, что в конечном итоге приводит к повышению уровня заболеваемости местного населения. Среди загрязнителей воздушной среды выделяется прежде всего запыленность и загазованность.