Впервые слово «экосистема» употребил в 1935 г. английский ботаник А.Тенсли.
Экологическая система (экосистема) - это совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования. В экосистеме связаны биоценоз (сообщество совместно живущих организмов) и биотоп (совокупность всех экологических факторов места их обитания).
Экосистему можно определить также как совокупность различных видов растений, животных и микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время. Это единый природный комплекс, в котором живые и косные элементы связаны между собой обменом веществ и энергии.
Обязательными элементами каждой экосистемы являются:
¨ неорганические вещества - углерод, азот, диоксид углерода, вода, кислород и т.д.;
¨ органические соединения - белки, углеводы, липиды и т.д.;
¨ воздушная, водная и субстратная среда (субстрат - основа, в которой постоянно обитают и развиваются организмы);
¨ биологические компоненты - живые организмы.
Очень крупные наземные экосистемы называются биомами. К биомам относятся:
1. Пустыни:
а) тропические,
б) умеренного климата;
2. Луга:
а) тропическая саванна,
б) луга умеренного пояса (прерия, степь),
в) полярные луга (арктическая и альпийская тундра);
3. Леса:
а) влажные тропические,
б) сухие тропические,
в) лиственные умеренного климата,
г) северные хвойные (тайга);
4. Пресноводные экосистемы:
а) сильно увлажненные земли,
б) озера,
в) реки;
5. Морские экосистемы:
а) эстуарий (расширенное устье реки, впадающей в океан или море),
б) прибрежная увлажненная зона,
в) коралловый риф,
г) континентальный шельф (океаническое мелководье),
д) океанические глубины.
Несколько уже, чем экосистема, понятие «биогеоценоз» - сообщество растений (фитоценоз), животных (зооценоз), микроорганизмов (микробиоценоз) с определенным участком земной поверхности с его микроклиматом, геологическим строением, ландшафтом, почвой, водным режимом.
Термин «биогеоценоз» предложил в практику в 1940 г. академик В.Н.Сукачев.
Если биогеоценоз - естественный природный комплекс (или лес, или река, или озеро и т.д.), однородный по топографическим, микроклиматическим, гидрогеологическим, биотическим уровням элемент биосферы, то экосистема может объединять разные природные комплексы (лес, реку, луг и т.д.). Биогеоценоз можно рассматривать как экосистему определенного ранга.
И экосистема, и биогеоценоз - это устойчивые взаимодействующие системы живых организмов и среды, в которых осуществляется поток энергии и круговорот веществ, но экосистема - понятие безразмерное.
Таким образом, экосистема - это и капля воды с ее микробным населением, и тундра, и космическая станция, и болото. Биогеоценозы же - сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.
Любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом.
Экосистема - это часть природы, внутри которой происходит передача информации и энергии между отдельными компонентами, круговорот веществ. Антропогенная деятельность строителя может перекрывать каналы передачи информации, потоки энергии, круговорот веществ (например, застройка земли, асфальтирование почвы и т.д.), что приводит к угнетению экосистем, их разрушению и гибели.
Наземные экосистемы характеризуются вертикальным расслоением на несколько ярусов разной высоты: растения расчленяются по их высоте на мхи, травянистые растения, подлесок, деревья; птицы гнездятся на земле, в стволах деревьев, в их кронах.
Водные экосистемы также характеризуются расчленением по ярусам, но, кроме того, на строение водных экосистем большое влияние оказывает водная среда - непроточная (лентическая) или проточная (лотическая). Ярусы в экосистемах – это не что иное как экологические ниши организмов.
Хозяйственная деятельность человека привела к созданию новых видов экосистем: гетеротрофных экосистем городов и агрономических экосистем.
Понятие гетеротрофной системы означает использование большого потока вещества и энергии из не входящей непосредственно в саму систему среды. Для экосистем городов характерен высокий уровень метаболизма (обмена энергии) на единицу площади, высокая потребность в поступающих извне материалах и, наконец, более мощный и ядовитый поток выбросов, сбросов и твердых отходов.
Для агрономических экосистем, занимающих 60% всей пашни планеты, характерно применение дополнительного потока энергии (кроме солнечной), резкое уменьшение разнообразия живых организмов и доминирование искусственного отбора.
Все экологические системы существуют длительное время, иногда сотни лет. Отдельные популяции при этом увеличиваются, численность других уменьшается, но система находится в равновесии. Это состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы в условиях изменяющихся факторов внешней среды называется гомеостаз.
Гомеостаз в природных системах поддерживается тем, что из окружающей среды непрерывно поступает энергия, информация, экосистема открыта, накопление вещества сопровождается его распадом. В антропогенных экосистемах нет открытости, для их постоянного функционирования нужно поддержание, управление гомеостазом со стороны человека. Например, любое городское образование пока не может утилизировать все отходы внутри себя, не может обеспечить замкнутый цикл функционирования любых производств, жилых зданий: везде, во всех случаях требуется вмешательство человека для удаления и утилизации отходов, обеспечения притока энергии и т.д.
Любая природная экосистема медленно меняется во времени, в первую очередь в части биоты, т.е. живых организмов. Эта смена одного биоценоза другим в направлении повышения устойчивости называется сукцессией.
Различают первичную сукцессию, заключающуюся в формировании нового биогеоценоза на первично свободном субстрате и в последовательной смене одного биоценоза другим, более совершенным в энергетическом отношении, и вторичную сукцессию, которая в той или иной степени восстанавливает повреждения (естественные или нанесенные человеком) на месте ранее существовавших сообществ (последствия бури, пожара, вырубки лесов и т.д.). Примером вторичной сукцессии можно назвать появление на свежей лесной вырубке вначале травянистых растений, затем - всходов лиственных деревьев и кустарников, и далее - рост под их пологом хвойных деревьев.
Очевидно, что сукцессия экосистемы направлена на поддержание гомеостаза, обеспечивающего сбалансированность потока энергии и круговорота веществ между организмами и окружающей их средой. В меняющихся условиях среды это легче всего достигается в том случае, если биоценоз состоит из максимально возможного числа компонентов.
Глава 4.
