Экосистема может быть описана комплексной схемой прямых и обратных связей, поддерживающих гомеостаз системы в некоторых пределах параметров окружающей среды. В некоторых пределах экосистема способна при внешних воздействиях поддерживать свою структуру и функции относительно неизменными. Обычно выделяют два типа гомеостаза: резистентный — способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии и упругий — способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы. Коралловые рифы — пример хрупкости биоразнообразия.
Выделяют устойчивость экосистемы по отношению к изменениям характеристик среды и изменению своих внутренних характеристик. В случае, если экосистема устойчиво функционирует в широком диапазоне параметров окружающей среды или в экосистеме присутствует большое число взаимозаменяемых видов (то есть, когда различные виды, сходные по экологическим функциям в экосистеме, могут замещать друг друга), такое сообщество - динамически прочное (устойчивое). В обратном случае, когда экосистема может существовать в весьма ограниченном наборе параметров окружающей среды,или большинство видов незаменимы в своих функциях, такое сообщество называется динамически хрупким (неустойчивым). Классическим пример - Большой Барьерный риф у берегов Австралии (северо-восточное побережье), являющийся одной из «горячих точек» биоразнообразия в мире — симбиотические водоросли кораллов, динофлагелляты, весьма чувствительны к температуре. Отклонение от оптимума буквально на пару градусов ведёт к гибели водорослей, а до 50-60 % (по некоторым источникам до 90 %) питательных веществ полипы получают от фотосинтеза своих мутуалистов.
Биоразнообразие и устойчивость в экосистемах
Дождевые леса Амазонии, как и влажные экваториальные леса, являются местами наибольшего биоразнообразия. Обычно устойчивость связывают с биоразнообразием видов в экосистеме, чем выше биоразнообразие, чем сложнее организация сообществ, чем сложнее пищевые сети, тем выше устойчивость экосистем. С повышением биоразнообразия обычно связывают повышение сложности, силы связей между компонентами экосистемы, стабильность потоков вещества и энергии между компонентами.
Экваториальный дождевой лес может содержать более 5000 видов растений (для сравнения в лесах таёжной зоны — редко более 200 видов).
Биоразнообразие позволяет формировать множество различных сообществ и обеспечивает устойчивую возможность их формирования. Чем выше биоразнообразие, тем большее число сообществ может существовать, тем большее число разнообразных реакций (с точки зрения биогеохимии) может осуществляться, обеспечивая существование биосферы.
Сложность и устойчивость экосистем
В качестве параметров сложности экосистем подразумевались общее число видов, большое число взаимодействий между видами, сила взаимодействий между видами и популяциями и различные сочетания этих характеристик. Чем больше путей переноса и преобразования энергии в экосистеме, тем она устойчивей при различных видах нарушений.
Существует множество примеров как весьма устойчивых монокультурных сообществ (фитоценозы орляка), так и слабоустойчивых сообществ с высоким биоразнообразием (коралловые рифы, тропические леса).
Трофические взаимодействия в экосистемах.
В результате трофических взаимодействий различных особей в экосистеме создается определенная трофическая структура. Ее можно выразить в виде экологических пирамид, основанием которых является первый трофический уровень (уровень продуцентов), а последующие этажи и вершину образуют последующие уровни.
Правило пирамиды
Соотношение численности, биомассы или эквивалентной ей энергии живых организмов называется пирамидой численности биомассы или энергии. Длина или площадь пропорциональна числу организмов их биомассе или эквивалентной ей энергии.
С помощью экологических пирамид можно изучать изменения, происходящие в экосистемах, взаимоотношения видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает определенный трофический уровень. Экологические пирамиды бывают трех типов:
1. Пирамиды численности - показывают количество особей на каждом уровне. Такие пирамиды удобны тем, что для их создания требуется только подсчет особей. Подчиняются закономерности Элтона: количество особей от продуцентов к консументам неуклонно уменьшается. Неудобство их в том, что могут возникать перевернутые пирамиды в цепях паразитов.
2. Пирамиды биомассы - показывают общую массу особей на каждом уровне на данный период. Такие пирамиды составлять труднее, и они тоже могут быть перевернутыми, т.к. одинаковое количество биомассы разных видов может синтезировать различное количество энергии.
3. Пирамиды энергии - отображают скорость синтеза энергии на каждом трофическом уровне. Они являются фундаментальными пирамидами, т.к. не бывают перевернутыми, но для их составления требуется много данных.
Закон пирамиды энергий (правило 10%): каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего.
Численность и биомасса организмов, которые может поддерживать какой-либо уровень в тех или иных условиях зависит не от количества фиксированной энергии, имеющейся в данный момент на предыдущем уровне (т.е. от биомассы последнего), а от скорости продуцирования пищи на нем.
