Экосистема
Экосисте́ма — основная единица биосферы и объект изучения экологии. Этот термин был введен английским биологом А. Тенсли в 1935 году, который считал, что организмы могут претендовать на то, чтобы их не отделяли от окружающей среды вместе с которой они образуют единую физическую систему. Трактуется в нескольких определениях[1].
Экосистема — это пространственная система, охватывающая исторически сложившийся комплекс живых существ, связанных трофическими связями и неживыми компонентами среды их обитания, которые участвуют в процессе обмена веществ и энергии.
Экосистема — основная функциональная единица экологии, которая включает живые организмы (биотические сообщества) и абиотическую среду, при этом каждая из частей воздействует на другую и обе необходимы для поддержания жизни в том виде, в которой она существует на планете Земля.
Экосистема — часть земной или водной поверхности, однородной с точки зрения топографических, микроклиматических, ботанических, зоологических, почвенных, гидрологических и геохимических факторов. Она охватывает определённую группу организмов, грунт, подземные воды и нижние слои тропосферы. В этой системе круговорот вещества и энергии достаточно интенсивный.[2]
Характеристика экосистем
Каждая экосистема состоит из биоценоза и биотопа.
Биотоп — это участок поверхности Земли с более или менее однотипными условиями существования (почвой, микроклиматом и т. д.), то есть место проживания вида, организма.
Биоценоз — это исторически сложившаяся совокупность растений, животных и микроорганизмов, проживающих в границах одного биотопа. В соответствии с этим каждый биоценоз состоит из фитоценоза (группировка растений), зооценоза (группировка животных) и микробиоценоза (группировка микроорганизмов). Понятие биоценоз достаточно условное, так как вне среды обитания организмы жить не смогут[3].
Обязательным условием экосистемы является наличие взаимоотношений, взаимозависимости и причинно-следственных связей между отдельными компонентами, которые рассматривают как единое целое. Другими словами, внутри каждой такой системы происходит взаимообмен не только между организмами, но и между органическими и неорганическими компонентами. В каждой экосистеме происходит круговорот веществ и обменные энергетические процессы[4]. Экосистема может быть разных размеров и сложности. Например, можно рассматривать экосистему леса в целом и экосистему отдельного пенька. Взаимодействие организмов в экосистеме чрезвычайно сложное. Взаимодействие биоценозов с биотопами происходит через вещественно-энергетический обмен.
Для каждой экосистемы характерен свой биологический круговорот веществ, который осуществляется вследствие существования в экосистемах трофических цепей — цепей питания. Например, в водоемах фитопланктон поедается зоопланктоном, последний — мелкой рыбой, являющейся добычей крупных рыб — хищников, которые в свою очередь потребляются человеком. Речь идет об определённых группировках растений, животных и микроорганизмов, которые взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.
Очень крупные наземные экосистемы называются биомами, например, леса умеренного пояса, пустыни, хвойные леса, саванны и т. д. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам взаимосвязанных друг с другом экосистем. Одна из них может быть большой — площадью в несколько миллионов квадратных километров, другая — может представлять собой небольшую лужайку. Каждую экосистему можно определить как более или менее своеобразную группу растений и животных, которые взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой[5].
Структура экосистем
В каждой экосистеме можно выделить два основных компонента: организмы, с одной стороны, и факторы неживой природы, — с другой. Всю такую совокупность организмов (растений, животных, микроорганизмов) называют биотой (от.лат. bio — жизнь) экосистемы[6].
Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходим определённый запас неорганических веществ и наличие определённых групп организмов, задействованных в круговороте. Несмотря на большое разнообразие экосистем — от пустынь до тундры, — всем им присуща примерно одинаковая биотическая структура. Иными словами, все они содержат одни и те же категории организмов, которые подобно взаимодействуют во всех экосистемах (продуценты, консументы, редуценты). Все экосистемы имеют общие черты. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения — продуценты, различные типы консументов и редуцентов. Все группы организмов тесно взаимодействуют между собой и их общее функционирование поддерживает структуру и целостность биоценоза, существенно влияет на абиотическую среду[7].
Между организмами в экосистеме существуют постоянные питательные или трофические связи, на основе которых формируются цепи питания. Самым первым звеном цепи питания являются растения, которые в процессе фотосинтеза преобразуют световую энергию Солнца в химическую с образованием органических веществ. Формирование трофических цепей обеспечивает распределение потоков веществ и энергии в границах экосистемы. При этом формируются информационные системы внутри экосистемы, и эта информация содержится в живых организмах, в их генетическом коде и способности адаптироваться к изменениям условий среды. Это — основа стабильности и самоорганизации экосистем. Саморегуляция (гомеостаз) экосистемы обеспечивается живыми организмами[8].
Классификации экосистем
Экосистемы классифицируют по различным признакам. Ю. Одум выделяет три группы природных экосистем: наземные (биомы), пресноводные и морские. В основу этой классификации положены различные признаки: для наземных экосистем — тип растительности, для водных экосистем (пресноводных и морских) — свойства воды, условия среды и особенности гидробионтов[9].
По масштабам экосистемы подразделяются на:
В микроэкосистемах небольшие временные биоценозы, называемые синузиями, находятся в ограниченном пространстве. К таким экосистемам относятся трухлявые пни, мертвые стволы деревьев, муравейники и тому подобное.
Наиболее распространенными среди экосистем являются мезоэкосистемы или биогеоценозы, в которых биоценозы занимают однотипные участки земной поверхности с одинаковыми физико-географическими условиями и границы которых совпадают с границами соответствующих фитоценозов.
Макроэкосистемы охватывают огромные территории или акватории, определяемые характерным для микроклиматом и соответствующие целым природным зонам. Биоценозы таких экосистем называются бромами. К макроэкосистемам относятся экосистемы тундры, тайги, степи, пустыни, саванн, лиственных и смешанных лесов умеренного пояса, субтропического и тропического лесов, а также морские экосистемы. Примером глобальной экосистемы является биосфера нашей планеты.
По степени трансформации человеческой деятельностью экосистемы подразделяются на[10]:
- природные,
- антропогенные,
- антропогенно-природные.
В промышленно развитых странах экосистем, не охваченных человеческой деятельностью, почти не осталось, разве что в заповедниках. Лесные насаждения, луга, нивы — все это антропогенно-природные экосистемы, которые, хотя и состоят почти исключительно из природных компонентов, созданы и регулируются людьми.
В антропогенных экосистемах преобладают искусственно созданные антропогенные объекты и, кроме людей, могут существовать лишь отдельные виды организмов, приспособившихся к этим специфическим условиям. Примером таких антропогенных экосистем являются города, промышленные узлы, деревни (внутри застройки), корабли.
В связи с трансформацией значительной части природных экосистем в антропогенно-природные и антропогенные, предметная сфера изучения экологии в наше время значительно расширилась.
Разнообразие экосистем. Основные экосистемы мира
Общая площадь поверхности Земли составляет 510 млн. км², из них 71 % , то есть 361 млн км², — Мировой океан, суша — 150 млн. км², в том числе: горы — 30 %, пустыни — 50 %, саванны и редколесья — 30 %, ледники — 10 %, и только 10 % территории суши занимают сельскохозяйственные угодья. Надо учитывать и тот фактор, что солнечная энергия по поверхности Земли распределяется неравномерно, её определяет географическое положение, уровень над морем. Разнообразие экосистем на планете Земля — важный фактор общей устойчивости биосферы[11].
Лесные экосистемы
Лес — это элемент географического ландшафта, состоящий из совокупности древесных, кустовых, травяных растений, животных, и микроорганизмов, биологически взаимосвязанных и влияющих как друг на друга, так и на внешнюю среду. Тип леса — это участок леса, или их совокупность, характеризующаяся общими лесорастительными условиями, одинаковым составом древесных пород, количеством ярусов, аналогичной формой, требующей одних и тех же лесохозяйственных мероприятий. Типы лесов объединены в группы ассоциаций, то есть в группы лесов, затем в классы типов лесов, лесные формации, классы лесных формаций, типы растительности. Лесные экосистемы классифицируют как по типу растительности, так и по географическим зонам. Для каждого типа леса характерна своя биопродуктивность, замкнутость кроны деревьев, видовой набор[12].
В лесных экосистемах самые распространенные и наиболее ценные лесные типы, которые занимают до 30 % площади суши. На долю лесных экосистем приходится до 80 % фитомассы Земли, или 1960 млрд тонн со средним запасом древесины 350 млрд. м³. В отличие от полезных ископаемых — нефти, газа, каменного угля — лес — возобновляемый природный ресурс. В лесах планеты насчитываются тысячи видов деревьев, кустов, лиан. Под пологом леса находятся: трава, мох, лишайник, плауны, хвощи, папоротник, грибы, подлесок, микроорганизмы. Ежегодно в процессе фотосинтеза лес дает 100 млрд тонн органического вещества, воспроизводятся кислоты, смолы, витамины, сахар, фитонциды, из лесного сырья получают 200 тыс. наименований различной продукции.
Экологическую ценность лесов трудно переоценить. Во-первых, лес является регулятором водного режима территорий. Во-вторых, леса — основные регенераторы кислорода (леса продуцируют ~ 6 % кислорода атмосферы). Кроме того, лесные экосистемы нейтрализуют и перерабатывают значительное количество загрязняющих веществ, в частности пыль из воздуха, оксиды серы, азота, углекислый газ и другие[13].
Экосистемы травяных ландшафтов
На долю этих экосистем выпадает значительная часть суши. Они играют важную роль для окружающей среды и представлены, в большей степени, степями (прерии, пампа) и лесостепями (саванны)[14].
Степь — планетарное физико-географическое образование, на площадь которого выпадает до 6 % суши. Степи формируются в умеренном и субтропическом поясе с засушливым климатом (250—450 мм в год осадков) и непостоянным режимом осадков. Для степей характерным является ксерофитный тип растительности с характерными экологическими особенностями. Степи бывают субтропические, кустарниковые, луговые и т. д. Степи подвергаются значительному антропогенному воздействию (до 90 % степей распаханы), что приводит к их деградации. В этих зонах особенное значение имеет мелиорация (идея принадлежит Докучаеву В. В.) для уменьшения неблагоприятного воздействия природных (пыльные бури, суховеи) и антропогенных факторов.
Пустыни — это наземные биомы, характеризующиеся крайне неблагоприятными климатическими условиями и бедностью растительного мира[15]. Эти аридные зоны занимают до 36 % суши. Основным ограничивающим фактором пустынь является сухость климата. Пустыни обычно подразделят на тропические, субтропические и умеренные, а также выделяют четыре морфологический типа пустынь: песчаные, каменистые, глинистые и солончаковые.
Адаптация растений к условиям пустыни (высокая температура с перепадом днем и ночью, недостатком влаги, особенностями почв) проявляется в способности суккулентов, их корневой системы проникать на значительную глубину в грунт (до 10 метров) в поисках влаги. К таким растениям относятся: верблюжья колючка, саксаул, кактусы. Для таких растений характерен особый вид фотосинтеза — САМ-метаболизм[16] (поглощенный растениями углекислый газ накапливается в виде органических кислот и фиксируется в углеводах только на следующий день. Такая задержка фотосинтеза значительно уменьшает дневные расходы воды, усиливая способность растений пустыни сохранять водный баланс и необходимый запас воды).
Животный мир пустынь очень беден, животные пустынь имеют свои адаптационные особенности.
Водные экосистемы
По Ю. Одуму, водные экосистемы делят по особенностям водной среды на две большие группы: пресноводные и морские. Экосистемы каждой группы имеют свои особенности[17].
Пресноводные экосистемы занимают достаточно небольшую часть земной поверхности, но их значение для человека и окружающей среды значительное. К пресноводным экосистемам относятся проточные водоёмы (реки, ручейки, каналы), стоячие водоёмы (озёра, ставки, водохранилища) и болота.
Экосистемы Мирового океана — это 71 % земной поверхности. Ей присущи глобальные размеры, непрерывность существования. Все моря и океаны связаны между собой. Происходит постоянная циркуляция воды, чему способствуют волны, приливы и отливы. Океан — экосистема, взаимосвязанная и взаимообусловленная геофизическими и геохимическими процессами. Разнообразие экосистем в самом Мировом океане обуславливает устойчивость этой гигантской экологической системы, роль которой переоценить сложно[18].
Примечания
- ↑ Экосистема. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 5 июня 2024.
- ↑ Остроумов С.А. Концепции экологии «экосистема», «биогеоценоз», «границы экосистем»: поиск новых определений // Вестник МГУ. Серия 16. Биология : журнал. — 2003. — № 3. — С. 43—50.
- ↑ Незнамова Е.Г. Экология: учебное пособие. — Томск: Эль Контент, 2021. — С. 33—58. — 182 с.
- ↑ Третьякова Н.А. Основы общей и прикладной экологии : учеб. пособие. — Екатеринбург: Изд‑во Урал. ун‑та, 2015. — С. 22—34. — 112 с.
- ↑ Щур А.В., Скриган А.Ю. и др. Основы экологии: учебное пособие / ответств. за выпуск А.В. Щур. — Могилев: ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», 2014. — С. 35—51. — 129 с.
- ↑ Куприяновская А.П. и др. Основы экологии: учебное пособие / под ред. А.В. Невского. — Иваново: Иван. гос. химико-технол. ун-т., 2013. — С. 21—29. — 162 с.
- ↑ Харина Г.В., Анахов С.В. Экологическая безопасность человека в техносфере: учебное пособие. — Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2023. — С. 7—13. — 186 с.
- ↑ Таршис Л.Г. Экология: Текст лекций для студентов педагогических ВУЗов. — Екатеринбург: Изд-во УрГПУ, 2012. — С. 58—66. — 104 с.
- ↑ Одум. Ю. Основы экологии. — М.,: Изд-во «Мир», 1975. — С. 17—33. — 741 с.
- ↑ Геологический факультет ВГУ. Природные экосистемы Земли. Дата обращения: 5 июня 2024.
- ↑ Миркин Б. М., Наумова Л. Г. Краткий курс общей экологии. Часть II: Экология экосистем и биосферы: Учебник. — Уфа: Изд-во БГПУ, 2011. — С. 33—67. — 180 с.
- ↑ Гриднев А.Н. для обучающихся по направлению подготовки – 35.04.01 Лесное дело / А.Н. Гриднев, Н.В. Гриднева. – Изд-е 2-е перераб. и доп. - : ПГСХА, 2021. - 213 с.. Основы лесной биогеоценологии: учебное пособие. — Уссурийск: Уссурийск: ПГСХА, 2021. — С. 39—68.
- ↑ Косумов, Р. С., Демельханов М.Д. Лесные экосистемы как стабилизирующие факторы антропогенного воздействия на окружающую среду // Молодой ученый : журнал. — 2016. — № 3 (107). — С. 415—420.
- ↑ Абатуров Б.Д., Молчанова Л.В. Естественные степные экосистемы: каковы они на самом деле // Экосистемы: экология и динамика : журнал. — 2020. — Т. 4, № 2. — С. 5—25.
- ↑ Зооинженерный факультет РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Пустыни как экосистемы. Дата обращения: 6 июня 2024.
- ↑ Дерябин А.Н. CAM-фотосинтез. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 6 июня 2024.
- ↑ Общеобразовательный журнал «Сезоны года». Водные экосистемы. Виды водных экосистем, их характеристики. Дата обращения: 6 июня 2024.
- ↑ Анисимов В.И., Битюков Н. А., Дрейзис Ю.И. Основы экологии (Учебное пособие по курсу общей экологии). — Сочи: Гос. Унив. туризма и курортного дела, 2005. — С. 49—53. — 404 с.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!