Экосистема созданная человеком. Общая характеристика экосистем. Водные природные комплексы
Экосистемы - это единые природные комплексы, которые образованы совокупностью живых организмов и среды их обитания. Изучением этих формирований занимается наука экология.
Термин «экосистема» появился в 1935 г. Использовать его предложил английский эколог А. Тенсли. Природный или природно-антропогенный комплекс, в котором как живые, так и косвенные составляющие находятся в тесной взаимосвязи посредством обмена веществ и распределения потока энергии - все это входит в понятие «экосистема». Виды экосистем при этом бывают различными. Эти основные функциональные единицы биосферы подразделяет на отдельные группы и изучает экологическая наука.
Классификация по происхождению
На нашей планете существуют различные экосистемы. Виды экосистем классифицируются определенным образом. Однако связать воедино все многообразие этих единиц биосферы невозможно. Именно поэтому существует несколько классификаций экологических систем. Например, разграничивают их по происхождению. Это:
- Естественные (природные) экосистемы . К ним относятся те комплексы, в которых круговорот веществ осуществляется без какого-либо вмешательства человека.
- Искусственные (антропогенные) экосистемы. Они созданы человеком и способны существовать только при его непосредственной поддержке.
Естественные экосистемы
Природные комплексы, существующие без участия человека, имеют свою внутреннюю классификацию. Существуют следующие виды естественных экосистем по энергетическому признаку:
Находящиеся в полной зависимости от солнечного излучения;
Получающие энергию не только от небесного светила, но и от других естественных источников.
Первый из этих двух видов экосистем является малопродуктивным. Тем не менее такие природные комплексы крайне важны для нашей планеты, поскольку существуют на огромных площадях и влияют на формирование климата, очищают большие объемы атмосферы и т.д.
Природные комплексы, получающие энергию от нескольких источников, являются наиболее продуктивными.
Искусственные единицы биосферы
Различны и антропогенные экосистемы. Виды экосистем, входящих в эту группу, включают в себя:
Агроэкосистемы, появляющиеся как результат ведения человеком сельского хозяйства;
Техноэкосистемы, возникающие в результате развития промышленности;
Урбаноэкосистемы, являющиеся результатом создания поселений.
Все это виды антропогенных экосистем, созданных при непосредственном участии человека.
Разнообразие естественных компонентов биосферы
Типы и виды экосистем природного происхождения бывают различными. Причем экологи выделяют их исходя из климатических и природных условий их существования. Так, различают три группы и целый ряд разнообразных единиц биосферы.
Основные виды экосистем природного происхождения:
Наземная;
Пресноводная;
Морская.
Наземные природные комплексы
Многообразие видов экосистем наземного типа включает в себя:
Арктическую и альпийскую тундру;
Хвойные бореальные леса;
Листопадные массивы умеренной зоны;
Саванны и тропические злаковники;
Чапарали, являющиеся районами с засушливым летом и дождливой зимой;
Пустыни (как кустарниковые, так и травянистые);
Полувечнозеленые тропические леса, расположенные в районах с ярко выраженными сухими и влажными сезонами;
Тропические вечнозеленые дождевые леса.
Кроме основных видов экосистем существуют и переходные. Это лесотундры, полупустыни и т. д.
Причины существования различных видов естественных комплексов
По какому принципу размещаются на нашей планете различные природные экосистемы? Виды экосистем естественного происхождения находятся в той или иной зоне в зависимости от количества осадков и температуры воздуха. Известно, что климат в различных уголках земного шара имеет существенные различия. При этом неодинакова и годовая сумма выпадающих осадков. Она может находиться в пределах от 0 до 250 и более миллиметров. При этом осадки выпадают либо равномерно в течение всех сезонов, либо приходятся в основной доле на определенный влажный период. Разнится на нашей планете и среднегодовая температура. Она может иметь значения от отрицательных величин или достигать тридцати восьми градусов тепла. Различно и постоянство нагрева воздушных масс. Оно может как не иметь существенных отличий в течение года, как, например, у экватора, так и постоянно меняться.
Характеристика естественных комплексов
Разнообразие видов природных экосистем наземной группы приводит к тому, что каждая из них обладает своими отличительными особенностями. Так, в тундрах, которые находятся к северу от тайги, наблюдается очень холодный климат. Для этой местности характерны отрицательная среднегодовая температура и смена полярного дня и ночи. Лето в этих краях длится всего несколько недель. При этом земля успевает оттаять на небольшую метровую глубину. Осадки в тундре выпадают менее чем на 200-300 миллиметров в течение года. Из-за таких климатических условий эти земли бедны растительностью, представленной медленно растущими лишайниками, мхом, а также карликовыми или стелющимися кустарниками брусники и черники. Временами можно встретить
Не отличается богатством и животный мир. Он представлен северными оленями, мелкими роющими млекопитающими, а также такими хищниками, как горностай, песец и ласка. Мир птиц представлен полярной совой, пуночкой и ржанкой. Насекомые в тундре в большинстве своем - виды двукрылых. Тундровая экосистема весьма ранима из-за плохой способности к восстановлению.
Большим разнообразием отличается тайга, расположенная в северных районах Америки и Евразии. Для этой экосистемы характерна холодная и долгая зима и многочисленные осадки в виде снега. Растительный мир представлен вечнозелеными хвойными массивами, в которых растет пихта и ель, сосна и лиственница. Представители животного мира - лоси и барсуки, медведи и белки, соболя и росомахи, волки и рыси, лисы и норки. Для тайги характерно наличие множества озер и болот.
Широколиственными лесами представлены следующие экосистемы. Виды экосистем этого типа находятся на востоке США, в Восточной Азии и в Западной Европе. Это зона сезонного климата, где температура зимой опускается ниже нулевой отметки, а в течение года выпадает от 750 до 1500 мм осадков. Растительный мир такой экосистемы представлен такими широколиственными деревьями, как бук и дуб, ясень и липа. Есть здесь кустарники и мощный травяной слой. Животный мир представлен медведями и лосями, лисицами и рысями, белками и землеройками. Обитают в такой экосистеме совы и дятлы, дрозды и соколы.
Степные умеренные зоны находятся в Евразии и Северной Америке. Их аналогами являются туссоки в Новой Зеландии, а также пампасы в Южной Америке. Климат в этих районах отличается сезонностью. В летний период воздух нагревается от умеренно теплых значений до весьма высоких. Зимние температуры отрицательны. В течение года здесь наблюдается от 250 до 750 миллиметров осадков. Растительный мир степей представлен в основном дерновинными злаками. Среди животных встречаются бизоны и антилопы, сайгаки и суслики, кролики и сурки, волки и гиены.
Чапарали располагаются в Средиземноморье, а также в Калифорнии, Грузии, Мексике и на южных берегах Австралии. Это зоны мягкого умеренного климата, где выпадает от 500 до 700 миллиметров осадков в течение года. Из растительности здесь имеются кустарники и деревья с вечнозелеными жесткими листиками, такие как дикая фисташка, лавр и др.
Такие экологические системы, как саванны, располагаются в Восточной и Центральной Африке, Южной Америке и в Австралии. Значительная их часть находится в Южной Индии. Это зоны жаркого и сухого климата, где в течение года выпадает от 250 до 750 мм осадков. Растительность в основном - злаковая травянистая, только кое-где встречаются редкие листопадные деревья (пальмы, баобабы и акации). Животный мир представлен зебрами и антилопами, носорогами и жирафами, леопардами и львами, грифами и т. д. Много в этих краях кровососущих насекомых, таких как муха цеце.
Пустыни встречаются в некоторых районах Африки, на севере Мексики и т. д. Климат здесь сухой, с выпадением осадков менее 250 мм в год. Дни в пустынях жаркие, а ночи холодные. Растительность представлена кактусами и редкостойными кустарниками с обширными корневыми системами. Среди представителей животного мира распространены суслики и тушканчики, антилопы и волки. Это хрупкая экосистема, легко разрушающаяся под воздействием водной и ветровой эрозии.
Полувечнозеленые тропические листопадные леса встречаются в Центральной Америке и Азии. В этих зонах наблюдается сменность сухого и влажного сезонов. Среднегодовое количество осадков - от 800 до 1300 мм. Тропические леса населяет богатый животный мир.
Дождевые тропические вечнозеленые леса находятся во многих уголках нашей планеты. Есть они в Центральной Америке, на севере Южной Америки, в центральной и западной части экваториальной Африки, в прибрежных районах северо-западной Австралии, а также на островах Тихого и Индийского океанов. Теплые климатические условия в этих краях не отличаются сезонностью. Обильные осадки превышают предел в 2500 мм в течение года. Эта система отличается огромным разнообразием растительного и животного мира.
Существующие природные комплексы, как правило, не имеют каких-либо четких границ. Между ними обязательно находится переходная зона. В ней не только происходит взаимодействие популяций разных видов экосистем, но и встречаются особые виды живых организмов. Таким образом, переходная зона включает в себя большее разнообразие представителей фауны и флоры, чем близлежащие к ней территории.
Водные природные комплексы
Данные единицы биосферы могут существовать в пресных водоемах и морях. К первым из них относятся такие экосистемы, как:
Лентические - это водохранилища, то есть стоячие воды;
Лотические, представленные ручьями, реками, родниками;
Области апвеллинга, где осуществляется продуктивное рыболовство;
Проливы, бухты, лиманы, являющиеся эстуариями;
Глубоководные зоны рифов.
Пример природного комплекса
Экологи различают большое разнообразие видов природных экосистем. Тем не менее существование каждой из них происходит по одной и той же схеме. Для того чтобы наиболее глубоко понять взаимодействие всех живых и неживых существ в единице биосферы, рассмотрим вид Все проживающие здесь микроорганизмы и животные оказывают непосредственное влияние на химический состав воздуха и почвы.
Луг - это равновесная система, включающая в себя различные элементы. Одни из них - макропродуценты, которыми является травянистая растительность, создают органическую продукцию этого наземного сообщества. Далее жизнь природного комплекса осуществляется за счет биологической пищевой цепочки. Растительные животные или первичные консументы питаются луговыми травами и их частями. Это такие представители фауны, как крупные травоядные и насекомые, грызуны и многие виды беспозвоночных (суслик и заяц, куропатка и т. д.).
Первичные консументы идут в пищу вторичным, к которым относят плотоядных птиц и млекопитающих (волк, сова, ястреб, лисица и т. д.). Далее к работе подключаются редуценты. Без них невозможно полное описание экосистемы. Виды многих грибов и бактерий и являются этими элементами в природном комплексе. Редуценты разлагают органические продукты до минерального состояния. Если температурные условия благоприятны, то растительные остатки и мертвые животные быстро распадаются на простые соединения. Некоторые из этих компонентов содержат в своем составе элементы питания, которые выщелачиваются и используются повторно. Более устойчивая часть органических остатков (гумус, целлюлоза и т. д.) разлагается медленнее, питая растительный мир.
Антропогенные экосистемы
Рассмотренные выше природные комплексы способны существовать без какого-либо вмешательства человека. Совсем по-другому обстоит дело в антропогенных экосистемах. Их связи работают только при непосредственном участии человека. К примеру, агроэкосистема. Основным условием ее существования является не только использование солнечной энергии, но и поступление "дотаций" в виде своеобразного горючего.
Частично эта система похожа на природную. Сходство с естественным комплексом наблюдается во время роста и развития растений, происходящего за счет энергии Солнца. Однако ведение сельского хозяйства невозможно без подготовки почвенного слоя и уборки урожая. А эти процессы требуют энергетических субсидий человеческого общества.
К какому виду экосистем относится город? Это антропогенный комплекс, в котором большое значение имеет энергия топлива. Ее расход по сравнению с потоком солнечных лучей выше в два-три раза. Город можно сравнить с глубоководными или пещерными экосистемами. Ведь существование именно этих биогеоценозов во многом зависит от поступления веществ и энергии извне.
Городские экосистемы возникли в результате исторического процесса, именуемого урбанизацией. Под его влиянием население стран покидало сельские местности, создавая большие поселения. Постепенно города все больше и больше усиливали свою роль в развитии общества. При этом для улучшения жизни человек сам создал сложную урбанистическую систему. Это привело к некоторому отрыву городов от природы и нарушению существующих естественных комплексов. Систему населенного пункта можно назвать урбанистической. Однако по мере развития промышленности все несколько изменилось. К какому виду экосистем относится город, на территории которого работает завод или фабрика? Скорее, ее можно назвать промышленно-урбанистической. Этот комплекс состоит из жилых зон и территорий, на которых располагаются объекты, производящие разнообразную продукцию. Экосистема города отличается от природной более обильным и, кроме того, ядовитым потоком различных отходов.
Для того чтобы улучшить среду своего обитания, человек создает вокруг своих населенных пунктов так называемые зеленые пояса. Они состоят из травяных газонов и кустарников, деревьев и прудов. Эти небольшие по размеру природные экосистемы создают органическую продукцию, которая не играет особой роли в городской жизни. Для существования людям нужны пища, горючее, вода и электричество извне.
Процесс урбанизации значительно изменил жизнь нашей планеты. Воздействие искусственно созданной антропогенной системы в большой степени изменило природу на обширных территориях Земли. При этом город влияет не только на те зоны, где находятся сами архитектурно-строительные объекты. Он воздействует на огромные территории и за своими пределами. К примеру, при увеличении спроса на продукцию деревообрабатывающей промышленности человек вырубает лесные массивы.
В процессе функционирования города в атмосферу попадает множество разнообразных веществ. Они загрязняют воздух и изменяют климатические условия. В городах выше облачность и меньше солнечного света, больше тумана и мороси, а также немного теплее, чем в близлежащей сельской местности.
Подобно тому, как люди живут в домах и квартирах, так и в природе есть свои отдельные от других системы. Они обособлены и, можно сказать, самостоятельны. Они называются экосистемами и включают множество самых разных организмов. Кроме того, они подчиняются определенным законам. В данной статье мы рассмотрим, что же такое экосистемы: понятие, структура, назначение. А также расскажем, что в них входит.
Понятие
Совокупность организмов, живущих совместно в некой среде обитания и взаимодействующих друг с другом тем или иным образом, обозначается термином "экосистема". Это понятие было предложено в 1935 году английским ученым А. Тенсли. Он занимался исследованиями взаимосвязей организмов и их совместного развития. Кстати, именно он считается одним из основоположников такой науки, как экология, которая имеет дело с изучением того, что такое экосистема. Структура экосистемы представлена двумя основными компонентами: биоценозом и биотопом. Под первым понимаются сами организмы и их взаимосвязи, а под вторым - среда обитания. Как правило, в экосистеме участвует полный набор живых существ: от бактерий до высших животных. И что удивительно, все сообщество находится в равновесии, которое, нарушаясь, восстанавливается вновь, а каждый из ее участников выполняет крайне важные функции.
Биогеоценоз
Совокупность некоторых компонентов, обменивающихся энергией и способных к более или менее - это экосистема. Структура экосистемы предполагает наличие всех основных организмов: бактерий, растений, животных, грибов. Но некоторые из них могут и отсутствовать. В этой ситуации есть смысл отделить это понятие от биогеоценоза. Данный термин подразумевает сообщество, в котором есть все вышеперечисленные компоненты. Более того, биотическая структура экосистемы может включать в себя только одного участника, к примеру, только бактерий. Эта ситуация может наблюдаться в сообществах, сформировавшихся, например, на базе трупов животных. Таким образом, экосистема и биогеоценоз - это не синонимы, ведь последний является более широким понятием. Несмотря на это, их часто путают.
Классификация и структурирование
Помимо того что ученые разделяют по некоторым критериям экосистемы между собой, они также интересуются их внутренним устройством. Различные подходы и точки зрения в сумме дают достаточно полную картину, которая позволяет рассмотреть каждый элемент отдельно. Неудивительно, что в структурировании применяется столько критериев: тип питания и функции, видовая принадлежность, местонахождение участников. Разумеется, стоит рассмотреть самые важные из факторов подробнее, ведь экологическая структура экосистемы без разговора, например, о ее составе, имеет мало смысла.
Что же касается разделения сообществ между собой, как правило, главным критерием выступает преобладающая среда. Еще одной важной чертой является естественность ее происхождения и способность к автономному поддержанию функционирования. Здесь уже речь идет в первую очередь о вмешательстве в природу человеческого фактора, который тоже есть смысл обозначить более подробно, но позднее.
По функциям
Трофическая структура экосистемы разграничивает участвующие в ней организмы по типу питания. Согласно круговороту веществ в природе, ничто не берется из пустоты и не может просто так исчезнуть. Очевидно, дело лишь в том, как преображаются те или иные материи. И здесь в дело вступают две противоположные группы организмов: автотрофы и гетеротрофы. Последние - это животные и грибы, которые потребляют органику. Первые же (растения и бактерии) поступают в точности наоборот. Кстати, они в свою очередь делятся на фотосинтетиков и хемосинтетиков.
Функциональная структура экосистемы предполагает такое же деление, но под другими наименованиями. Здесь речь идет о продуцентах, редуцентах, консументах и деструкторах. Два этих подхода тесно связаны с понятием пищевых цепочек.
По иерархии
Естественно, любая система подобной сложности делится на несколько уровней. Первым и самым всеобъемлющим является уже упомянутый биоценоз, являющийся совокупностью всех участвующих живых организмов. Далее экосистем предполагает деление на фито-, зоо-, мико- и микробоценоз. Каждая из этих отдельных групп содержит совокупность, называемую популяцией. Наконец, самой мелкой единицей служит особь (или индивидуум), представляющая собой отдельный экземпляр.
Есть и функциональная иерархия. Трофическая структура экосистемы, как уже было упомянуто, предполагает разделение на продуцентов, консументов, редуцентов и деструкторов. Но и здесь есть несколько уровней. Так, все начинается с зеленых растений, которые получают минеральные вещества и воду из почвы, а также солнечный свет. Травоядные уже относятся к консументам первого уровня и потребляют зелень в пищу. В свою очередь, они служат кормом для хищников, стоящих на ступень выше. Так что и здесь видна своя особая иерархия.
По видам
Даже в пределах одного типа организмов может наблюдаться некое разнообразие, и это не вызывает удивления. Видовая структура экосистемы - ее важный показатель, отражающий соотношение тех или иных растений, животных, грибов, микроорганизмов и т. д. Эта характеристика зависит от большого числа факторов: географическое положение, климатический пояс, водный режим, возраст сообщества. Похожие видовые составы могут наблюдаться в тысячах километров друг от друга, если основные показатели в них схожи. Помимо самого наличия тех или иных организмов, важна и их численность. Наиболее распространенные в той или иной экосистеме представители живой природы называются средообразователями и, соответственно, выполняют ключевые функции и создают условия для выживания других видов.
Тем не менее, это не значит, что малочисленные участники не слишком важны. Наоборот, в ряде случаев особая биотическая структура экосистем может дать очень точную информацию о ее состоянии. Наличие редких экземпляров растений и животных может позволить понять, например, насколько чисты вода и воздух.
По пространственному признаку
На первый взгляд деление экосистем, связанное с их местонахождением, довольно очевидно. Степь, лес, пустыня, тундра, - набор живущих здесь организмов, без сомнений, будет совершенно разным. Но такая классификация уместна, только если речь идет о сравнении нескольких систем и различиях между ними.
С другой стороны, каждое отдельное сообщество будет обладать своей физической иерархией. Пространственная структура экосистемы в лесу, к примеру, легко заметна, она делится на несколько уровней. Соловьи вьют гнезда на более высоких деревьях, а трясогузки предпочитают держаться ближе к земле. Да и среди растительности неравенство очевидно: деревья, кустарники, трава и мох располагаются на совершенно разных уровнях. Ученые совокупность этих характеристик называют ярусностью, или этажностью.
Наземная экосистема
Структура экосистемы, располагающейся на суше, может быть очень разной, но практически всегда крайне интересна. Они находятся повсюду: в лесах, степях, пустынях, высоко в горах, и каждая из них по-своему любопытна. Всех их объединяет наземно-воздушная среда обитания. Между тем различий в них может быть даже больше, чем общего. Например, структура лесной экосистемы в тропиках будет совершенно непохожа на то, что наблюдается в средней полосе России. Более того, зеленый массив в Южной Америке будет разительно отличаться от картины в Юго-Западной Азии. Как уже было упомянуто, климатический пояс - это один из основных, но не единственный фактор, влияющий на то, как складывается экосистема. Структура экосистемы слишком сложна и многомерна, а потому восхитительна и загадочна.
Водная
Пресноводные и морские организмы, водоросли, планктон, медузы, глубоководные рыбы - видовая структура экосистемы, располагающейся в мировом океане, не менее занимательна, чем земная. Зачастую она может быть даже намного сложней. Структура водной экосистемы в некоторых чертах может напоминать наземную, например, здесь тоже присутствует ярусность. Но есть и очень важное отличие. Оно состоит в том, что пирамида биомассы здесь перевернута. Это означает, что первичные продуценты (здесь это разнообразный планктон) гораздо более многочисленны и размножаются быстрее, чем потребители, или консументы. В первую очередь это касается морских и океанских глубин, но и в пресноводных сообществах может наблюдаться такая же ситуация. Самое занимательное, что структура водной экосистемы включает в себя как одни из самых мелких организмов, так и самых крупных. И все они мирно живут в соседстве друг с другом.
Значение
Важность экосистем сложно переоценить. Во-первых, все они взаимосвязаны круговоротом веществ в природе. Элементы из одних систем попадают в другие, так что они еще и взаимозависимы. Во-вторых, они позволяют более или менее сохранять биоразнообразие - каждое сообщество организмов по-своему уникально, удивительно и прекрасно. Наконец, все те природные ресурсы, которые человек получает, не задумываясь, - чистая вода, сельскохозяйственные угодья, плодородная почва, свежий воздух - дает ему та или иная экосистема. Структура экосистемы, как и всей биосферы, довольно хрупка, поэтому не нужно забывать о ее роли и иногда следует задумываться о том, что планета стоит того, чтобы сберечь ее богатства для потомков.
Антропогенный фактор
Человек своей деятельностью так или иначе затрагивает практически все экосистемы. Но если влияние на некоторые из них опосредовано, то другие испытывают его напрямую. Вырубка лесов, почвы и воды, отлов рыбы и животных - все это становится серьезным испытанием для сохранения природного равновесия.
Кстати, люди продолжают учиться моделировать стабильно функционирующие экосистемы самостоятельно, а также пытаются управлять существующими. Как правило, жизненный цикл искусственно созданных сообществ не слишком велик, а стабильность вызывает массу вопросов. Тем не менее, было бы очень полезно научиться управлять экосистемами, ведь таким образом можно было бы добиться большей продуктивности сельского хозяйства, а также попытаться восстановить разрушенное. К сожалению, пока оценивается крайне негативно, ведь его действия вызывают массу последствий, в частности:
- изменение климата вследствие сдвига в газовом составе атмосферы;
- сокращение площадей лесов;
- изменение и уничтожение уникальных сообществ и условий;
- истощение природных ресурсов;
- опустынивание и ;
- накопление бытового мусора и загрязнение сред;
- изменение структуры экосистем;
- истончение озонового слоя.
Стоит задуматься над потребительским отношением человечества к планете и поразмыслить, можно ли сохранить природу в ее великолепном разнообразии. Ведь уничтожить не так уж сложно, но получится ли создать?
Выделяют четыре типа экосистем:
Элементарные (микроэкосистемы ) - экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: ствол гниющего дерева, небольшой водоем, зубная полость человека и т.п.;
Локальные (мезоэкосистемы ) (лесной массив, река, пруд и т.д.),
Зональные (макроэкосистемы ) или биомы - крупные наземные экосистемы, имеющие очень большое распространение (океан, континенты, материки, природные зоны - тундра, тайга, дождевые тропические леса, саванны и др.).
Каждый биом состоит из множества экосистем, связанных между собой. Взаимосвязь всех экосистем нашей планеты создает глобальную гигантскую экосистему, называемую Биосферой (Экосферой).
3. Классификации экосистем:
В зависимости от происхождения экосистемы подразделяются на :
1) природные (естественные) экосистемы - биологический круговорот, в которых, протекает без прямого участия человека. Подразделяются на: наземные (лесные массивы, степи, пустыни) и водные: пресноводные и морские (болота, озера, пруды, реки, моря).
2) антропогенные (искусственные) экосистемы - экосистемы, созданные человеком для извлечения выгоды, которые способны существовать только при его поддержке (агроэкосистемы - искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека; техноэкосистемы - искусственные экосистемы, возникающие в результате промышленной деятельности человека; урбаноэкосистемы (лат. городской) - экосистемы, возникающие в результате создания поселений человека).
3) социоприродные - естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище).
Существуют и переходные между природными и антропогенными типы экосистем (экосистемы естественных пастбищ, используемых человеком для выпаса сельскохозяйственных животных).
По источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность, экосистемы подразделяют на следующие типы:
1) автотрофные экосистемы - это экосистемы, которые сами обеспечивают себя энергией, получаемой от Солнца, за счет собственных фото- или хемотрофных организмов. К этому типу относится большинство природных экосистем и некоторые антропогенные.
2) гетеротрофные экосистемы - это такие экосистемы, которые получают энергию, используя готовые органические соединения, синтезированные организмами, не являющимися компонентами данных экосистем, или использующих энергию созданных человеком энергетических установок. Это могут быть как природные (напр., экосистемы океанических глубин, использующие падающие сверху органические остатки), так и антропогенные (напр., города с их линиями электропередач).
4. Структура экосистемы.
Под структурой экосистемы понимают четко выраженные закономерности в соотношениях и связях его частей. Структура экосистемы многопланова.
Различают видовую , пространственную , экологическую , трофическую и пограничную структуры.
Видовая структура экосистемы - это разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности. Различные сообщества, входящие в состав экосистемы, состоят из разного числа видов - видового разнообразия . Это важнейшая качественная и количественная характеристика устойчивости экосистемы. Основа биологического разнообразия в живой природе. Видовое разнообразие связано с разнообразием условий среды обитания. В таежном лесу, например , на площади в 100 м 2 , как правило, произрастают растения около 30 различных видов, а на лугу вдоль реки - в два раза больше.
В зависимости от разнообразия видов различают богатые (тропические леса, долины рек, коралловые рифы) и бедные (пустыни, северные тундры, загрязненные водоемы) экосистемы . Главными лимитирующими факторами являются температура, влажность и недостаток пищи. В свою очередь, видовое разнообразие служит основой экологического разнообразия - разнообразия экосистем. Совокупность генетического, видового и экологического разнообразия составляет биологическое разнообразие планеты - главное условие устойчивости все жизни .
Пространственная структура экосистемы.
Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом и образуют пространственную структуру .
Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы.
Основу вертикальной структуры (ярусность) формирует растительность.
Обитая совместно, растения одинаковой высоты создают своего рода этажи - ярусы элементы вертикальной структуры фитоценоза. Выделяют ярусность надземную и подземную . Пример надземной - в лесу, высокие деревья составляют первый (верхний) ярус, второй ярус формируется из молодых особей деревьев верхнего яруса и из взрослых деревьев, меньших по высоте (вместе образуют ярус А - древостой). Третий ярус состоит из кустарников (ярус В - подлесок), четвертый - из высоких трав (ярус С - травяной). Самый нижний ярус, куда попадает совсем мало света, составляют мхи и низкорослые травы (ярус D - мохово-лишайниковый). Ярусность наблюдается также в травянистых сообществах (лугах, степях, саваннах).
Подземная ярусность связана с разной глубиной проникновения в почву корневых систем растений: у одних корни уходят глубоко в почву, достигают уровня грунтовых вод, другие имеют поверхностную корневую систему, улавливающую воду и элементы питания из верхнего почвенного слоя. Животные тоже приспособлены к жизни в том или ином растительном ярусе (некоторые вообще не покидают свой ярус). Следовательно, ярус можно представить как структурную единицу биоценоза, которая отличается от других его частей определенными экологическими условиями, набором растений, животных, микроорганизмов.
Горизонтальная структура (мозаичность, пятнистость) экосистемы образуется в результате неоднородности микрорельефа, свойств почвы, средообразующей деятельности растений и животных (например: в результате деятельности человека - выборочная рубка, кострища и др. или животных - выбросы почвы при копке нор, последующее ее зарастание, образование муравейников, вытаптывание и стравливание травостоя копытными и т.д., вывалов древостоя во время ураганов и т.д.)
Благодаря вертикальной и горизонтальной структуре обитающие в экосистеме организмы более эффективно используют минеральные вещества почвы, влагу, световой поток.
Экологическая структура экосистемы складывается из различных экологических групп организмов, которые могут иметь различный видовой состав, но занимать сходные экологические ниши. Каждая из экологических групп выполняет в сообществе определенные функции: продуцировать органическое вещество, используя источники солнечной и химической энергии, потреблять его, преобразовывать отмершую органику в неорганические вещества, тем самым вновь возвращать его в круговорот веществ.
Важным признаком структурной характеристики экосистемы является наличие границ обитания различных сообществ. Они, как правило, условны. Как результат возникает достаточно обширная пограничная (краевая) зона, отличающаяся особыми условиями. Растения и животные, характерные для каждого из соприкасающихся сообществ, проникают на сопредельные территории, создавая при этом специфическую «опушку», пограничную полосу - экотон . Так возникает пограничный или краевой эффект - увеличение разнообразия и плотности организмов на окраинах (опушках) соседствующих сообществ и в переходных поясах между ними.
5. Функциональная структура экосистем. Функциональные группы организмов в экосистеме.
Живые организмы в экосистеме выполняют различные функции, которые зависят от типов питания. В ходе эволюции на Земле возникло два основных типа питания - автотрофное и гетеротрофное .
В любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов: продуцентов , консументов и редуцентов.
Основой формирования и функционирования экосистем, являются продуценты − растения и микрооpганизмы, способные производить (пpодуциpовать) из неорганического вещества органическое, используя энергию света - автотрофы (автос - сам, троф - питаться, греч сл.. , фотосинтез), или энергию, заключенную в химических связях соединений - хемотpофы (хемосинтез).
К автотрофам относятся зеленые растения (высшие сосудистые), мхи, лишайники, зеленые и сине-зеленые водоросли, являющиеся преобладающими первичными продуцентами - производителями органического вещества экосистем.
К хемотрофам относятся организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганического за счет энергии окисления аммиака, сероводоpода, железа и других веществ, находящихся в почве или подстилающих горных породах.
В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеpотpофы (гетерос - разный, греч. сл.) , используют для жизнедеятельности готовое органическое вещество и энергию других организмов и продукты их жизнедеятельности.
Гетеротрофностью обладают консументы (консумо - потреблять, лат.) и редуценты.
Фитофаги - растительноядные (фитос - растение, фагос - пожиратель, греч. сл.) - консументы 1-го порядка . Фитофаги - вторичные аккумуляторы солнечной энергии, первоначально накопленной растениями.
Зоофаги - хищники, плотоядные - консументы 2-го или 3-го порядка - поедающие фитофагов и более мелких хищников. Хищники - важнейшие регуляторы биологического равновесия: они не только регулируют количество животных-фитофагов, но выступают как санитары, поедая в первую очередь больных и ослабевших животных.
Симбиотpофы (симбиоз - сожительство, гр.) - микроорганизмы бактерии и грибы, живущие на корнях растений и вокруг них и получающие часть продуктов фотосинтеза в виде выделяемых корнями органических веществ. Они всасывают из почвы и передают растению воду и минеральные соли, переводят азот воздуха в формы, доступные для освоения растениями. К симбиотрофам относятся также микроорганизмы (бактерии, одноклеточные животные), которые обитают в пищеварительном тракте животных - фитофагов и помогают им переваривать пищу.
Сапрофаги или детритофаги - животные, поедающие трупы и экскременты (вороны, галки, гиены, орлы-стервятники, жуки-навозники, мухи и т.п.). Погибшие организмы образуют детрит : запас органического вещества, который как бы выключен на какое-то время из кругооборота органики. Сапрофаги, поедая и перерабатывая детрит, ускоряют его круговорот в природе./p>
Своеобразную группу организмов образуют всеядны е или эврифаги . Это организмы со смешанным типом питания, т.е. питающиеся животными, растениями и даже детритом. Например, медведь, лиса, свинья, курица, ворона, тараканы, человек.
Детрит перерабатывают и редуценты (редуцере - возвращать назад, лат.) (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) − гетеротрофные организмы, разлагающие органическое вещество - детрит и экскременты животных до минеральных солей, которые возвращаются через почвенные растворы обратно корням растений (макро- и микроорганизмы - грибы, бактерии, простейшие). В процессе жизнедеятельности этих организмов восстанавливаются минеральные вещества, которые вновь используют продуценты.
Множество организмов - детpитофагов живет в почве, королем почвы может быть назван дождевой червь, поедающий отмершие ткани растений. Попуская их через свой кишечник, он превращает их в экскременты с высоким содержанием органических веществ. Это один из активных производителей почвенного гумуса. Масса дождевых червей в почвах высокопродуктивных экосистем может быть выше массы наземных животных.
Таким образом, продуценты, консументы, редуценты, представленные в экосистеме многими видами, гарантируют ее длительное, стабильное существование.
Экологические комплексы, их типы и составляющие выступают основным инструментом, дающим возможность изучить и понять место человека на планете, его влияние на биосферу, а также улучшить методы защиты окружающей среды и сохранить её устойчивость и существование. Все виды экосистем связаны между собой и не могут существовать по отдельности, поэтому важно не нарушать их взаимодействие друг с другом.
Определение и концепция понятия
Экологическая система - это совокупность живых организмов, их естественных условий обитания и систем связей, с помощью которых осуществляется обмен энергией, веществами и информацией. Понятие «экосистема» было предложено учёным-ботаником А. Тенсли в 1935 году, который посвятил всю свою жизнь изучению процессов ботаники.
Экологическая система выступает отдельной структурной единицей, объединяющей биотические и абиотические факторы. Она характеризуется своей линией саморазвития, определённой организацией и способностью обеспечивать жизненно важные материалы. Понятие экосистемы появилось только в XX веке, но с тех времён её схема значительно усложнилась и продолжает изменяться. На неё влияют естественные причины и вмешательство прогрессивных аспектов.
Экосистема является важнейшей частью природного комплекса географической и биологической оболочки нашей планеты, который складывается из следующих компонентов: почвы, воздуха, флоры, фауны и водных ресурсов.
Природные сообщества не имеют чётких границ. Они разделены такими географическими барьерами, как горы, пустыни, реки, моря или океаны, поэтому они обычно сливаются друг с другом. Переходные зоны между ними называются экотонами.
Экосистему часто называют биогеоценозом, однако учёные считают, что второе понятие нельзя считать полным синонимом этого термина. Биогеоценоз - это аналог экологической системы на начальном уровне, связанный с конкретным участком наземной или водной среды. Экосистема рассматривает абстрактные участки.
В мире существует много различных природных комплексов, но их всех объединяет один и тот же принцип: в любой системе присутствует региональный компонент, называемый биотопом и характеризующийся одинаковым ландшафтом и климатом, а также биоценоз, представленный обитателями группы, постоянно проживающими в биотопе. Вместе они образуют биогеоценоз и не могут существовать отдельно друг от друга.
Структура и главные составляющие
Экосистему составляют живые организмы и их неживая окружающая среда. Между ними происходит взаимодействие, которое обеспечивает стабильную и устойчивую систему. Примерами экологических сообществ выступают луг, пустыня, озеро или пруд.
Любая экосистема включает компоненты:
Консументы - это хищные, травоядные и всеядные животные, а также насекомоядные растения. Для выживания им необходимы органические вещества, производимые продуцентами. Редуценты разрушают отмершие органические соединения консументов и продуцентов, из которых они получают пищу. При этом во внешнюю среду переходят простые компоненты, выступающие побочными продуктами метаболизма. Они воспроизводятся в результате циклического обмена веществ, который осуществляется между абиотическими и биотическими средами экологической системы.
Почвы включают большое количество минеральных и органических компонентов. Также в них содержатся живые организмы. Земля выступает для консументов главным источником питания и средой проживания. Важную роль в круговороте питательных веществ играет верхняя часть почвы с растениями.
Кислород и углекислый газ, выделяющиеся из атмосферы, необходимы для фотосинтеза. Между поверхностью планеты и атмосферой происходит круговорот воды. Из-за солнечного излучения атмосфера нагревается, вследствие чего испаряется вода. Для процесса фотосинтеза тоже необходима энергия света, которая влияет на рост растений и происходящие в них обменные процессы.
Большей части живых тканей характерен высокий процент содержащейся в них воды. Очень мало клеток выживает при снижении этого вещества. Большая часть погибает уже при показателе ниже 40%. Вода - это среда, через которую в растения поступают минеральные питательные компоненты. Она является незаменимым источником выживания животных, который образуется из атмосферных осадков.
Природным системам характерны длительные периоды существования. Для этого все составляющие должны работать правильно. Кроме того, для экологических сообществ важны процессы обмена и взаимодействие с окружающей средой. Хотя все системы индивидуальны, все они имеют структуру и составляющие.
Экологические сообщества характеризуются большим разнообразием. Системы отличают такие признаки, как размер, место, влияние внешних факторов, происхождение, источник энергии, способность к саморегуляции и восстановлению. В них происходят различные процессы и участвуют разные составляющие, поэтому учёные приводят несколько видов экосистем с их характеристиками.
В зависимости от масштабности выделяют следующие сообщества:
- микроэкосистема - система небольшого масштаба (пруды, лужи, пни);
- мезоэкосистема - экосистема средней величины (леса, реки, большие озёра);
- макроэкосистема - самая крупная система, объединяющая сразу несколько экосистем по аналогичным биотическим и абиотическим факторам (тропический лес со всеми живущими в нём животными и растущими деревьями, водные объекты).
По месторасположению экосистемы могут быть на суше или в воде. Водные сообщества бывают океанскими, морскими, речными, озёрными. Различают биогеоценозы и по влиянию таких факторов, как температура, осадки и солнечная энергия.
По происхождению учёные выделяют экосистемы:
- Естественные. Такие системы имеют природное происхождение и существуют при участии окружающей среды. Все составляющие выполняют свои функции самостоятельно. Самая большая естественная экосистема - это Земля.
- Искусственные. Эти комплексы создаются человеком, поэтому их ещё называют антропогенными. Люди формируют их, чтобы получить для себя питание, чистый воздух и другие продукты, необходимые для жизни. Примерами искусственных экосистем выступают сады, парки, поля, приусадебные участки.
Многие экологические системы существуют за счёт солнечной энергии. Только некоторые комплексы биосферы используют в качестве главного или единственного источника энергии органические останки. По способности к саморегуляции и восстановлению экосистемы делят на независимых и зависимых.
Существуют и другие классификации природных комплексов. При делении в группы учитывают их биологический состав, видовое разнообразие, доминирование определённых консументов.
Природные экосистемы являются системами, зависящими от солнечной энергии извне, но есть и такие, которым необходим дополнительный источник питания. Первая группа, которая полностью зависима от небесного светила, характеризуется плохой продуктивностью в переработке веществ, но без таких экологических сообществ обойтись нельзя. С ними формируется климат и состояние воздушного слоя вокруг Земли. Комплексы природного происхождения располагаются на крупнейших по площади территориях. К естественным экосистемам относятся наземные и водные.
Наземные экологические сообщества делятся на несколько групп:
- Лесные. Отличаются обилием растительности и большим числом живых организмов, существующих на небольших по площади территориях. В этих природных комплексах встречаются разнообразные виды фауны, плотность которых довольно высока. Даже небольшие изменения в лесных экосистемах сильно влияют на их общий баланс. К ним относятся тропические, умеренные, широколиственные и таёжные леса.
- Пустынные. Занимают районы пустынь, где выпадает мало осадков. Чрезвычайно высокая температура воздуха, плохой доступ к водным ресурсам и интенсивный солнечный свет негативно сказываются на видовом разнообразии животных и растений на этих территориях.
- Экосистема лугов. Лугами покрыты умеренные и тропические регионы планеты. Их территории покрыты травянистыми растениями, кустарниками и немногочисленными деревьями. Луга населены хищниками и травоядными. Сообщества разделяют на саванны, прерии и степи.
- Горные. Горные местности характеризуются суровыми климатическими условиями, в которых выживает только альпийская флора. Животные, которые обитают на высокогорьях, обладают толстыми шубами, защищающими их от холода.
Водные природные комплексы расположены в водной среде с соответствующей фауной и флорой. Поскольку вода может иметь различные свойства, комплексы делят на реки, моря, океаны и другие водоёмы.
Специалисты выделяют следующие водные экосистемы:
- Морская. Крупнейшая система, покрывающая около 70% поверхности планеты. В морской воде содержится огромное количество растворенных солей и минералов. Морские экосистемы разделяют на следующие зоны: океаническая, профундальная, бентальная, приливная, лиманы.
- Пресноводная. Охватывает около 0,8% всей поверхности планеты. Пресноводные сообщества делятся на стоячие, проточные и водно-болотные природные комплексы.
Морские системы богаты кораллами, бурыми водорослями, головоногими моллюсками, иглокожими, акулами и многими другими консументами и продуцентами. В пресноводных комплексах обитают рептилии, земноводные и примерно 40% разновидностей рыб в мире. В быстро движущихся водах растворенный кислород присутствует в высокой концентрации, благодаря которой поддерживается большее видовое разнообразие живых организмов, чем в озёрах и других стоячих водах.
Системы, созданные человеком
Все, что относится к природной экосистеме, не всегда способно полностью функционировать самостоятельно. Если хоть один ключевой фактор будет потерян, во всем сообществе произойдут сбои и потеряются другие звенья. В худшем случае вся система погибает. Поддерживать существование и нормальное функционирование экологических комплексов помогает человек.
Антропогенные экосистемы практически ничем не отличаются от естественных, только главную роль в них играет влияние людей. Такие экологические сообщества существуют везде: фермерское и сельское хозяйство, инженерные системы, города, промышленные центры. Последние примеры негативно повлияли на экологию Земли. Промышленность нарушает протекание естественных процессов в природе, оказывает вред ближайшим от неё регионам и вытесняет натуральную среду.
Неблагоприятные внешние факторы приводят к трансформации всей экосистемы: увеличивается видовое разнообразие и их общая масса, некоторые растения и животные замещаются другими разновидностями, усложняются цепи питания. Эти изменения происходят в течение длительного периода.
Люди считают природу маловажным звеном, хотя без неё они не могут существовать. Человек чаще берёт от природы, а взамен отдаёт очень мало. Сохранить естественные экосистемы получится только с бережным отношением к ним, решением проблем современного общества и сохранением природных ресурсов.
Термин "экосистема" был предложен английским экологом А. Тэнсли (1935).
По одному из определений экологическая система (экосистема) - совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время. Примеры экологических систем: луг, лес, озеро, океан, капля воды, зачерпнутая из озера, планета Земля в целом и т. д.
Состав экосистемы представлен абиотическими компонентами неживой природы и биотическими компонентами живой природы.
Абиотические компоненты - это:
Неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене между живой и мертвой материей (вода, кислород, кальций, магний, железо, азот, фосфор и т. д.).
Органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки);
Биотические компоненты - это все живые организмы.
Функционирование экосистем обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии, круговорота веществ.
С точки зрения пространственной структуры в природных системах выделяют два яруса:
Верхний - автотрофный, или «зеленый пояс» Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл;
Нижний - гетеротрофный, или коричневый пояс Земли, который включает почвы или донные осадки, где преобладают процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных.
Экосистемы существуют везде - в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по - разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них.
Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экологические системы, является принцип Ле Шателье-Брауна , хорошо известный в физике. При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.
При изучении экосистем анализируют, прежде всего, поток энергии и круговорот веществ между соответствующими биотопом и биоценозом. Экосистемный подход учитывает общность организации всех сообществ независимо от места обитания. Это подтверждает сходство структуры и функционирования наземной и водной экосистем.
По определению В. Н. Сукачева, биогеоценоз (от греч. bios - жизнь, gео - Земля, ценоз - сообщество) - это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) на определенном участке поверхности Земли. Контур биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).
Термины «экологическая система» и «биогеоценоз» не являются синонимами. Экосистема - это любая совокупность организмов и среды их обитания, в том числе, например, горшок с цветком, муравейник, аквариум, болото, пилотируемый космический корабль. У перечисленных систем отсутствует ряд признаков из определения В. Н. Сукачева, и в первую очередь элемент «гео» - Земля. Биоценозы - это только природные образования. Однако биоценоз в полной мере может рассматриваться как экосистема. Таким образом, понятие «экосистема» шире и полностью охватывает понятие «биогеоценоз». «Биогеоценоз» - частный случай «экосистемы».
Самая крупная природная экосистема на Земле - биосфера. Граница между крупной экосистемой и биосферой столь же условна, как и между многими другими понятиями в экологии. Различие преимущественно состоит в такой характеристике биосферы, как глобальность и большая условная замкнутость (при термодинамической открытости). Прочие же экосистемы Земли вещественно практически не замкнуты.
Биомы - наиболее крупные наземные экосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли (пустынные, травянистые и лесные).
Водные экосистемы - основные экосистемы, существующие в водной сфере (гидросфере). Иногда в литературе встречается близкая, но менее четкая классификация, прежде всего выделяющая влажные тропические леса, саванны, пустыни, степи, леса умеренного пояса, хвойные (тайгу), тундру.
Каждый биом включает в себя ряд меньших по размеру, связанных между собой экосистем. Одни из них могут быть очень крупными, площадью в миллионы квадратных километров, другие - мелкими, например небольшой лес. Важно то, что любую экосистему можно определить как более или менее специфическую группировку растений и животных, взаимодействующих друг с другом и со средой. Так, например, легко выделить множество типов водных экосистем (ручьи, реки, озера, пруды, болота и др.) или подразделить океаны на отдельные экосистемы (коралловые рифы, континентальный шельф, абиссаль и т. д.). Четкие границы между экосистемами встречаются редко, обычно между ними находится переходная зона со своими особенностями.
На границе двух экосистем, например на опушке леса, одновременно встречаются представители лесных и луговых видов. Контрастность среды, а потому большее обилие экологических возможностей порождает «сгущение жизни», называемое правилом краевого эффекта , или правилом экотона (от греч. tonos - связь). Хорошо известно, что на опушках леса жизнь богаче, а в его глубине, как и в середине луга, она менее разнообразна. В природе все существует только совместно, а два рядом расположенных образования могут плавно переходить друг в друга.
Похожая информация:
- III. Методика измерений и расчетные формулы. I. Цели работы: определение ускорения свободного падения по периоду колебаний математического и оборотного физического маятников
