Понятие экосистемы, ее свойства и структура

Итак, жизнь в экосистеме поддерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое вещество энергии, передаваемой от одного трофического уровня к другому; при этом происходит постоянное превращение энергии из одних форм в другие. Кроме того, при превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла.

Тогда возникает вопрос: в каких количественных соотношениях, пропорциях должны находиться между собой члены сообщества разных трофических уровней в экосистеме, чтобы обеспечивать свою потребность в энергии?

Весь запас энергии сосредоточен в массе органического вещества - биомассе, поэтому интенсивность образования и разрушения органического вещества на каждом из уровней определяется прохождением энергии через экосистему ( биомассу всегда можно выразить в единицах энергии) .

Скорость образования органического вещества называют продуктивностью. Различают первичную и вторичную продуктивность.

В любой экосистеме происходит образование биомассы и ее разрушение, причем эти процессы всецело определяются жизнью низшего трофического уровня - продуцентами. Все остальные организмы только потребляют уже созданное растениями органическое вещество и, следовательно, общая продуктивность экосистемы от них не зависит.

Высокие скорости продуцирования биомассы наблюдаются в естественных и искусственных экосистемах там, где благоприятны абиотические факторы, и особенно при поступлении дополнительной энергии извне, что уменьшает собственные затраты системы на поддержание жизнедеятельности. Такая дополнительная энергия может поступать в разной форме: например, на возделываемом поле - в форме энергии ископаемого топлива и работы, совершаемой человеком или животным.

Таким образом, для обеспечения энергией всех особей сообщества живых организмов экосистемы необходимо определенное количественное соотношение между продуцентами, консументами разных порядков, детритофагами и редуцентами. Однако для жизнедеятельности любых организмов, а значит и системы в целом, только энергии недостаточно, они обязательно должны получать различные минеральные компоненты, микроэлементы, органические вещества, необходимые для построения молекул живого вещества.

2. Круговорот элементов в экосистеме

Откуда изначально берутся в живом веществе необходимые для построения организма компоненты? Их поставляют в пищевую цепь все те же продуценты. Неорганические минеральные вещества и воду они извлекают из почвы, CO2 - из воздуха, и из образованной в процессе фотосинтеза глюкозы с помощью биогенов строят далее сложные органические молекулы - углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины и т.п.

Чтобы необходимые элементы были доступны живым организмам, они все время должны быть в наличии.

В этой взаимосвязи реализуется закон сохранения вещества. Его удобно сформулировать следующим образом: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений (одновременно происходит поглощение или выделение энергии). В силу этого атомы могут использоваться в самых различных соединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит в естественных экосистемах в виде круговоротов элементов. При этом выделяют два круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее. В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Обобщая законы функционирования экосистем, сформулируем еще раз основные их положения:

1) природные экосистемы  существуют за счет не загрязняющей  среду даровой солнечной энергии, количество которой избыточно  и относительно постоянно;

2) перенос энергии и  вещества через сообщество живых  орга-низмов в экосистеме происходит по пищевой цепи; все виды живого в экосистеме делятся по выполняемым ими функциям в этой цепи на продуцентов, консументов, детритофагов и редуцентов - это биотическая структура сообщества; количественное соотношение численности живых организмов между трофическими уровнями отражает трофическую структуру сообщества, которая определяет скорость прохождения энергии и вещества через сообщество, то есть продуктивность экосистемы;

3) природные экосистемы  благодаря своей биотической  структуре неопределенно долго  поддерживают устойчивое состояние, не страдая от истощения ресурсов  и загрязнения собственными отходами; получение ресурсов и избавление  от отходов происходят в рамках  круговорота всех элементов.

 

Глава 3. Межвидовые отношения в экосистеме

Каждый биологический вид играет определенную роль в своей экосистеме. Экологи доказали, что некоторые виды, называемые ключевыми видами, кардинально влияют на многие другие организмы в экосистеме. Исчезновение ключевого вида из экосистемы может спровоцировать целый каскад резких падений численности популяции и даже вымирание тех видов, которые зависели от него в той или иной форме.

Экологические ниши всех организмов можно разделить на специализированные и общие – в зависимости от их основных источников питания, размеров местообитания и чувствительности к температуре и другим физико-химическим факторам среды.

К специализированным нишам можно отнести большинство видов растений и животных Общие ниши - мухи, тараканы, мыши, крысы и люди.

Чем более узко специализирована экологическая ниша, тем уязвимее вид, так как два вида не могут продолжительное время занимать одну экологическую нишу.

К основным способам взаимодействия видов относятся межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, мутуализм и комменсализм.

Пока экосистема обладает достаточным количеством ресурсов общего пользования, разные виды потребляют их сообща. Однако если два или более видов в одной экосистеме начнут потреблять один и тот же дефицитный ресурс, они окажутся в отношениях межвидовой конкуренции.

Вид получает преимущество в межвидовой конкуренции, если для него характерны:

- более  интенсивное размножение;

- адаптация  к более широкому диапазону  температуры, освещенности, солености  воды или концентрации определенных  вредных веществ;

- лишение  конкурента доступа к ресурсу.

Кроме того, существуют способы снижения межвидовой конкуренции:

- переселение  в другой район;

- переход  на более труднодоступную или  трудно усваиваемую пищу;

- смена  времени и места добычи корма.

Наиболее характерной формой взаимодействия видов в пищевых цепях и сетях является хищничество, при котором отдельная особь одного вида питается организмами другого вида, причем хищник живет отдельно от жертвы. Эти два вида организмов вовлечены в отношения типа хищник – жертва.

Виды – жертвы пользуются целым рядом защитных механизмов, чтобы не стать легкой добычей для хищников:

- умение  быстро бегать или летать;

- обладание  толстой кожей или панцирем;

- обладание  защитной окраской или способом  изменять цвет;

- умение  выделять химические вещества  с запахом или вкусом, отпугивающим  хищника или даже отравляющим его.

У хищников, в свою очередь, тоже есть несколько способов для более успешной добычи жертвы:

- умение  быстро бегать (например, гепард);

- охота  стаями (например, пятнистые гиены, львы, волки);

- отлов  в качестве жертв преимущественно больных, раненых и прочих неполноценных особей;

Четвертый путь обеспечения себя животной пищей – это путь, по которому пошел человек разумный, путь изобретения орудий охоты и ловушек, а также одомашнивания животных.

Еще один тип взаимодействия видов – паразитизм.

Паразиты питаются за счет другого организма, называемого хозяином, однако в отличие от хищников они живут на хозяине или внутри его организма на протяжении значительной части их жизненного цикла. Паразит использует для своей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постепенно ослабляя и нередко даже убивая его.

Например, ленточные черви, болезнетворные бактерии и другие паразиты живут внутри своих хозяев. Вши, клещи и такие растения-паразиты, как омела белая, прикрепляются к своим хозяевам снаружи. Собачьи блохи, например, способны перемещаться от хозяина к хозяину.

Нередко случается, что два различных вида организмов непосредственно взаимодействуют таким образом, что приносят друг другу взаимную пользу. Такие взаимовыгодные межвидовые взаимодействия называются мутуализмом. Например, цветы и насекомые-опылители.

Комменсализм характеризуется тем, что один из двух видов извлекает из межвидового взаимодействия пользу, тогда как на другом это практически никак не отражается (ни положительно, ни отрицательно). Например, рачки в челюстях кита.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Влияние человека на природные экосистемы

Воздействие человека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разных аспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки зрения экологии представляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологические системы под углом зрения соответствия или противоречия действий человека объективным законам функционирования природных экосистем. Исходя из взгляда на биосферу как глобальную экосистему, все многообразие видов деятельности человека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов и баланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты. Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им дано название экологического кризиса.

Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями:

- постепенное изменение  климата планеты вследствие изменения  баланса газов в атмосфере;

- общее и местное (над  полюсами, отдельными участками  суши) разрушение биосферного озонового  экрана;

- загрязнение Мирового  океана тяжелыми металлами, сложными  органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение  вод углекислым газом;

- разрыв естественных  экологических связей между океаном  и водами суши в результате  строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого  стока, нерестовых путей и т.п.;

- загрязнение атмосферы  с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате  химических и фотохимических  реакций;

- загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих  для питьевого водоснабжения, высокотоксичными  веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

- опустынивание планеты;

- деградация почвенного  слоя, уменьшение площади плодородных  земель, пригодных для сельского  хозяйства;

- радиоактивное загрязнение  отдельных территорий в связи  с захоронением радиоактивных  отходов, техногенными авариями  и т.п.;

- накопление на поверхности  суши бытового мусора и промышленных  отходов, в особенности практически  неразлагающихся пластмасс;

- сокращение площадей  тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов  атмосферы, в том числе сокращению  концентрации кислорода в атмосфере  планеты;

- загрязнение подземного  пространства, включая подземные  воды, что делает их непригодными  для водоснабжения и угрожает  пока еще мало изученной жизни  в литосфере;

- массовое и быстрое, лавинообразное  исчезновение видов живого вещества;

- ухудшение среды жизни  в населенных местах, прежде всего  урбанизированных территориях;

- общее истощение и  нехватка природных ресурсов  для развития человечества;

- изменение размера, энергетической  и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных  видов организмов;

- нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия  на планете.

 

Заключение

Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос: сколько времени в запасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды пренебрежительного отношения к окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это время настало. Мы стали свидетелями глобального экологического кризиса, спровоцированного деятельностью человека. Вместе с тем последние тридцать лет не прошли даром: создана более твердая научная основа понимания проблем окружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях, организованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезные законы и постановления, достигнуты некоторые международные договоренности. Однако ликвидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения. Например, люди применяют все новые средства борьбы с загрязнениями на автомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы поставить под вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмерных потребностей. Человечество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, не обращая внимание на собственный демографический взрыв, стирающий с лица земли природные экосистемы. Основной вывод из совершенно ясен: системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае обречены на неудачу. Чтобы принимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы, определяющие устойчивое развитие, а именно: