Экосистемный подход. Структура экосистем

 

РЕФЕРАТ   по дисциплине: Концепции современного естествознания на тему: «Экосистемный подход. Структура экосистем»     Выполнил студент     МОСКВА 2011

Оглавление

Введение3

1.История термина «экосистема»4

2.Экосистемный подход  и его направления6

3.Структура  экосистем7

3.1 Экологические факторы  среды обитания (абиотические, биотические,  антропогенные)7

   3.2 Структурные элементы  и компоненты экосистем9

Заключение13

Список используемой литературы14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       

 

Введение

 

     Для удобства рассмотрения жизненных процессов в биосфере введено понятие "экологическая система" (экосистема), которая представляет собой функциональное единство организмов и окружающей среды. Это совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой.

     Обитателям биосферы  жизненно необходимо сохранить  ее целостность. А чтобы сохранить  целостность биосферы, нужно знать,  как она функционирует.

     Тема «экосистемный подход и структура экосистем»  является не только очень интересной (всего примерно 10 тысяч лет назад человек, если верить источникам, был «рядовым консументом»), но и весьма актуальной – ведь влияние человека, вернее, его естественное и неестественное вмешательство, любая его деятельность глубоко трансформируют экосистемы, что ведет к необратимым последствиям.

     Данная тема широко изучается сразу несколькими научными дисциплинами  (естествознание, биология, экология), что еще раз говорит о ее важности.      

     Уже давно существует настоятельная потребность серьезно проанализировать состояние и тенденции изменения различных экосистем и начать процессы их восстановления. Но самое главное, каждому человеку уже сегодня следует изменить свое отношение к окружающей среде, а также начать проявлять интерес к такого рода информации, тогда, возможно, есть надежда остановить современный экологический кризис, возникший вследствие увеличения скорости развития научно-технического прогресса.

             

 

1.История и определение термина «экосистема»

 

     Идеи единства всего живого в природе, его взаимодействия и обусловливания процессов в природе ведут своё начало с античных времён. Однако приобретать современную трактовку понятие стало на рубеже XIX—XX веков.

     Так, немецкий  гидробиолог К. Мёбиус в 1877 году описывал устричную банку как сообщество организмов и дал ему название «биоценоз». В классическом труде американского биолога С. Форбса  озеро со всей совокупностью организмов определяется как «микрокосм» («Озеро как микрокосм» — «The lake as a microcosme»). Несмотря на то что экосистема - самая крупная и во многих отношениях самая важная экологическая единица, сам термин вошел в употребление лишь в 1935 г. Он был предложен английским ботаником А.Тенсли, который писал, что в экосистему входит "... не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, - факторы местообитания в самом широком смысле. В. В. Докучаев также развивал представление о биоценозе как о целостной системе. Однако в русской науке общепринятым стало введённое В. Н. Сукачёвым понятие о биогеоценозе (1944 г.). Биогеоценоз - это центральное понятие биогеоценологии, т. е. конкретная совокупность взаимосвязанных организмов и абиотических компонентов, существующих на определенной территории.

     В смежных науках существуют также различные определения, в той или иной степени совпадающие с понятием «экосистема», например, «геосистема» в геоэкологии или введённые примерно в тот же период другими учёными «голоцен» (Ф. Клементс, 1930 г.) и «биокосное тело» (В. И. Вернадский, 1944 г.).

     Вот некоторые  определения понятия экосистемы:

1.Любое единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённую трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (обмен веществами и энергией между биотической и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему (Ю. Одум, 1971 год).

2.Экосистема — система физико-химико-биологических процессов (А. Тенсли, 1935 год).

3.Сообщество живых организмов вместе с неживой частью среды, в которой оно находится, и всеми разнообразными взаимодействиями называют экосистемой (Д. Ф. Оуэн.).

4.Любую совокупность организмов и неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экологической системой или экосистемой (В. В. Денисов).

5.Биогеоценоз - взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии (В. Н. Сукачёв, 1944 год). [15]

    Как видно, четкого общепринятого определения экосистемы не существует, но обычно считается, что это совокупность разных, обитающих вместе организмов, а также физических и химических компонентов среды, необходимых для их существования или являющихся продуктами их жизнедеятельности.

 

 

 

 

 

 

 

2. Экосистемный подход и его направления

 

     Структура экосистемы не может рассматриваться как простая иерархическая структура из нескольких уровней организации типа «особи—популяции—сообщества—экосистема», поскольку при этом вне экосистемы оказываются ее неживые компоненты. Очевидно, объединить в понятие экосистемы ее живые и неживые компоненты можно, только подчеркнув ту особую роль, которая принадлежит процессам их взаимодействия. Фактически это уже давно сделано Линдеманом (Lindeman, 1942), определившим экосистему как «...систему физико-химико-биологических процессов, протекающих в пределах некоторой пространственно-временной единицы любого ранга».[11]

     Надо подчеркнуть, что экосистемный подход отнюдь не однороден. В пределах его можно выделить разные направления, существенно различающиеся между собой как по постановке проблем, так и по методам их решения.

     В качестве примера направления, ориентированного главным образом на изучение структуры экосистем, следует назвать биогеоценологию, основы которой были заложены В. Н. Сукачевым.

     Другое направление, существующее в рамках экосистемного подхода, — функциональное, концентрирующее основное внимание на изучении процессов жизнедеятельности организмов и результатов этой жизнедеятельности, особенно тех, что оказывают заметное влияние на другие группы организмов, а также на функционирование экосистемы в целом.

     Если структурное  направление обращало основное  внимание на живые компоненты  экосистемы, то для функционального  направления не менее важны  и абиотические компоненты, а  главным предметом исследования  становятся процессы трансформации  вещества и энергии в экосистемах.

 

3. Структура экосистем

3.1 Экологические факторы  среды обитания (абиотические, биотические,  антропогенные)

 

     Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания. Множество отдельных компонентов среды, влияющих на организмы, называются экологическими факторами.  По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы.

     Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный обмен материалом - круговороты питательных веществ, энергию для которых поставляет Солнце. Общая схема потока энергии и различных веществ в экосистеме представлена на рисунке 3.1. Биологическая и физическая сферы, представленные органическими и неорганическими соединениями, в совокупности образуют экосистему.

     Растения синтезируют  органические соединения, используя  энергию солнечного света и  питательные вещества из почвы.  Эти соединения служат строительным  материалом, из которого растения  образуют свои ткани, и источником  энергии, необходимой им для  поддержания своих функций.

 

     Рисунок 3.1 – Общая схема потока энергии и различных веществ в экосистеме.

 

     Для высвобождения запасенной химической энергии растения разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты (двуокись углерода, воду, нитраты, фосфаты и т.п.), завершая тем самым круговорот питательных веществ. [13]

     Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга (их совокупность называют биогеоценозом или биотой экосистемы).

     Несмотря на многообразие  экосистем, все они обладают  структурным сходством. В каждой  из них можно выделить фотосинтезирующие  растения - продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическую структуру экосистем.

     Продуценты или автотрофы - организмы, создающие органическое вещество из неорганических соединений (автотрофы – растения, создающие органическое вещество путем фотосинтеза, хемотрофы – некоторые организмы, создающие органику за счет химических реакций).

     Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник вещества и энергии для своей жизнедеятельности, называются консументами (это самые разнообразные организмы от микроорганизмов до синих китов: простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека) или гетеротрофами. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения.

     Граница между автотрофами и гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество видов, обладающих переходной формой питания.

      Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными или фитофагами. Консументы второго и более высоких порядков - плотоядные. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным, например, человек. 

     Мертвые растительные  и животные остатки, например  опавшие листья, трупы животных, продукты систем выделения, называются детритом. Это органика! Существует множество организмов, специализирующихся на питании детритом. Они называются детритофагами (грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.п.).

     Значительная  часть детрита в экосистеме  в своем исходном виде не  поедается животными, а гниет  и разлагается в процессе питания  ими грибов и бактерий - особой группой детритофагов или редуцентов. Редуценты служат на Земле санитарами и замыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду.

     Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы (атмосфера, вода, питательные элементы, свет и мертвое органическое вещество - детрит).

     Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако, в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.

     Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. 

   

3.2 Структурные элементы и компоненты экосистем

 

     Структура экосистемы - естественное функционально-морфологическое членение экосистемы на подсистемы и блоки, играющие в экосистеме роль "кирпичиков".

     В число структурных  элементов, представленных на  рисунке 3.2, входят популяции, консорции (совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена или ядра сообщества), синузии (одноярусная группировка растений в пределах фитоценоза; совокупность популяций животных и растений, связанных между собой общими требованиями к среде обитания), ярусы растительности (расчлененность сообщества на ярусы), т.е. структуры биоценоза (фитоценоза) и структуры биогеоценоза (экосистемы). [12]

     Каждая популяция  одновременно входит в две  структуры: 

-  в экологическую пирамиду (растениями  питаются травоядные, травоядными  - хищники и т.д.);

-  в группу экологически сходных  популяций, составляющих биотическое  сообщество (сообщество злаков на  лугу).

     Вместе со своими  неизменными спутниками - микроорганизмами, насекомыми, грибами - такие сообщества  дают собрания как бы "по  горизонтали", их называют синузиями (синузия мхов в лесу) и, одновременно, "по вертикали", на всю толщину слоя жизни в населяемой среде - это консорции. Сложение синузий и входящих в них консорций дает новый вид парцелл - биогеоценотических.

 

  Рисунок 3.2 - Структурные элементы экосистем.

 

 С точки зрения структуры  в экосистеме выделяют:

1) Климатический режим,  определяющий температуру, влажность,  режим освещения и прочие физические  характеристики среды;

2) Неорганические вещества, включающиеся в круговорот (С, N, CO2, H₂O и др.);

3) Органические соединения, которые связывают биотическую  и абиотическую части в круговороте  вещества и энергии;

4) Продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;

5) Макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

6) Микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.