Концепция экосистемы.

Экологические факторы и их классификация. Изменение экосистем.

Любой организм в среде обитания подвергается одновременному воздействию самых разнообразных условий окружающей среды, которые рассматриваются в качестве экологических факторов.

Экологические факторы – любое условие среды, которые может оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы.

Экологические факторы делятся на несколько групп.

1. Абиотические факторы – это факторы неживой природы (неорганической среды), которые оказывают специфическое воздействие на организм :

· Физические:

- лучистая энергия, освещенность

- температура

- влажность воздуха

- атмосферное давление

- магнитное поле Земли

- ионизирующие излучения

- рельеф местности

· Химические- это те, которые происходят от химического состава среды (соленость , достаточное содержание кислорода и т.п. )

· Эдафизические факторы, т.е. почвенные- совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, которые оказывают воздействие на организмы живущие в них.

2. Биотические факторы - факторы живой природы, совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания :

· Фитогенные

· Микробогенные

· Зоогенные

3.Антропогенные факторы (социально-культурные)- факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду

· Загрязнение

· Эрозия почв

· Уничтожение лесов и т.д.

Изменение экосистемы.

Гомеостаз – способность биологических систем – организма, популяции и экосистем – противостоять изменениям и сохранять равновесие.

Экосистема испытывает такие же динамические процессы, что и ее популяции и сообщества: цикличность, смену популяций и биоценозов.

Цикличность: суточная, сезонная и многолетняя - это периодичность внешних условий и проявление внутренних ритмов организмов. На суточную цикличность влияет значительная разница между дневными и ночными температурами; сезонная связана с изменениями сезонов, в слабой форме это выражено даже во влажных тропических лесах; многолетняя проявляется благодаря изменениям климата.

Сукцессия- последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов или воздействии человека. Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до кульминации его развития, т.е. возникновения стабилизированной системы. Такую стабилизированную экосистему называют климаксом.

Для возникновения сукцессии необходимо свободное пространство. Различают первичную и вторичную сукцессии. Первичная сукцессия- формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате. Вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий. Это, как правило, следствие деятельности человека.

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотические сообщества) 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, представляют собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотой и физической средой, т.е. возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом. Это позволяет дать обобщенную интегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих отдельных организмов многих видов, так как по биогеохимическим функциям, т.е. по характеру осуществляемых в природе процессов превращения вещества и энергии, организмы более однообразны, чем по своим морфологическим признакам и строению. Например, все высшие растения потребляют одни и те же вещества, все они используют свет и благодаря фотосинтезу образуют близкие по составу органические вещества и выделяют кислород.

В настоящее время концепция экосистемы – одно из наиболее важных обобщений биологии – играет весьма важную роль в экологии. Во многом этому способствовали два обстоятельства, на которые указывает Г. А. Новиков (1979): во-первых, экология как научная дисциплина созрела для такого рода обобщений и они стали жизненно необходимы, в во-вторых, сейчас как никогда остро встали вопросы охраны биосферы и теоретического обоснования природоохранных мероприятий, которые опираются прежде всего на концепцию биотических сообществ – экосистем. Кроме того, как считает Г. А. Новиков, распространению идеи экосистемы способствовала гибкость самого понятия, так как к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания – от пруда до Мирового океана, и от пня в лесу до обширного лесного массива, например тайги. В связи с этим выделяют: микроэкосистемы (подушка лишайника и т.п.); мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.); макроэкосистемы (континент, океан) и, наконец, глобальную экосистему (биосфера Земли), или экосферу, - интеграцию всех экосистем мира.

Типичным примером экосистемы может быть подушка лишайника на стволе дерева. Выше мы уже приводили пример классического мутуализма, к которому пришли грибы и водоросли через паразитизм последних. Здесь продуценты – симбиотические водоросли, консументы – различные мелкие членистоногие и др. Гифы грибов и большинство микроскопических животных выступают так же и в роли редуцентов, живущих за счет тканей отмерших водорослей.

Замкнутость круговорота в такой системе невелика: часть продуктов распада выносится за пределы лишайника дождевыми водами, часть животных мигрирует в другие местообитания.

Границы этой экосистемы очерчены границами лишайника, но ее существование будет достаточно стабильным, если экосистемы, в которых внутренний круговорот вещества вообще малоэффективен – реки, склоны гор, - здесь стабильность поддерживается только перетоком вещества извне. Многие системы достаточно автономны – пруды, озера, океан, леса и др. Но даже биосфера Земли часть веществ отдает в Космос и получает вещества из Космоса.

Таким образом, природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.

Запасы веществ, усвояемые организмами, и прежде всего продуцентами, в природе небезграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, а точнее, не были вовлечены в этот вечный круговорот, то жизнь на Земле была бы вообще невозможна. Такой «бесконечный» круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.

Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимы неорганические молекулы в усвояемой для продуцентов форме, консументы, питающиеся продуцентами и другими консументами, а также редуценты, восстанавливающие органические вещества снова до неорганических молекул для питания продуцентов.

С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса: 1) верхний – автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий фотосинтезирующие организмы, создающие сложные органические молекулы из неорганических простых соединений, и 2) нижний – гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ снова до простых минеральных образований. Однако, чтобы разнообразить в сложных биологических взаимодействиях в экосистеме, следует выделить ряд компонентов, о экологической роли которых мы уже говорили выше: 1) неорганические вещества (C, N, CO2, H2O, P, O и др.), участвующие в круговоротах; 2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую абиотические факторы; 4) продуцентов – автотрофные организмы, в основном зеленые растении, способные производить пищу из простых неорганических веществ; 5) консументов, или фаготрофов (пожирателей), - гетеротрофы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества; 6) редуцентов, или сапротрофов (питающихся гнилью), - гетеротрофные организмы, в основном бактерии и грибы, получающие энергию путем разложения отмершей или поглощения растворенной органики. Сапротрофы высвобождают неорганические элементы питания для продуцентов и кроме того, являются пищей для консументов.