Оглавление

Понятие экосистем 1

Строение, состав  экосистемы 2

Продуктивность  экосистем 5

Экологические функции экосистем 6

Заключение 10

Список  литературы 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Понятие экосистем

 

Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч. οἶκος — жилище, местопребывание и σύστημα — система) — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии. 

Идеи единства всего  живого в природе, его взаимодействия и обуславливания процессов в природе ведут своё начало с античных времён. Однако приобретать современную трактовку понятие стало на рубеже XIX—XX веков. Так, немецкий гидробиолог К. Мёбиус в 1877 году описывал устричную банку как сообщество организмов и дал ему название «биоценоз». В классическом труде американского биолога С. Форбса (англ.)русск. озеро со всей совокупностью организмов определяется как «микрокосм» («Озеро как микрокосм» — «The lake as a microcosme»  (англ.), 1887). Современный термин впервые был предложен английским экологом А. Тенсли (англ.)русск. в 1935 году. В. В. Докучаев также развивал представление о биоценозе как о целостной системе. Однако в русской науке общепринятым стало введённое В. Н. Сукачёвым понятие о биогеоценозе (1944). В смежных науках существуют также различные определения, в той или иной степени совпадающие с понятием «экосистема», например, «геосистема» в геоэкологии или введённые примерно в тот же период другими учёными «голоцен» (Ф. Клементс, 1930) и «биокосное тело» (В. И. Вернадский, 1944)[2][3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Строение, состав  экосистемы

 

В экосистеме можно  выделить два компонента — биотический  и абиотический. Биотический делится  на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования  из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления  органического вещества — консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы. 

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных  процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

Основные компоненты экосистемы 

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

органические соединения, которые связывают биотическую  и абиотическую части в круговороте  вещества и энергии;

продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;

макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот. 

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы. 

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

биофаги — организмы, поедающие других живых организмов,

сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество. 

Данное разделение показывает временно-функциональную связь  в экосистеме, фокусируясь на разделении во времени образования органического  вещества и перераспределении его  внутри экосистемы (биофаги) и переработки сапрофагами. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет. 

Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и  времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

Экотоп

 

 Обычно понятие  экотоп определялось как местообитание организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и др. Однако, в этом случае это понятие фактически почти идентично понятию климатоп. 

На данный момент под  экотопом в отличие от биотопа понимается определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов, микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде. Примерами экотопа могут служить наносные грунты, новообразовавшиеся вулканические или коралловые острова, вырытые человеком карьеры и другие заново образовавшиеся территории. В этом случае климатоп является частью экотопа.

[править]

Климатоп

 

 

Изначально «климатоп» был определён В. Н. Сукачёвым (1964) как воздушная часть биогеоценоза, отличающаяся от окружающей атмосферы своим газовым составом, особенно концентарией углекислого газа в приземном биогоризонте, кислорода там же и в биогоризонтах фотосинтеза, воздушным режимом, насыщенностью биолинами, уменьшенной и изменённой солнечной радиацией и освещённостью, наличием люминесценции растений и некоторых животных, особым тепловым режимом и режимом влажности воздуха. 

На данный момент это  понятие трактуется чуть более широко: как характеристика биогеоценоза, сочетание  физических и химических характеристик  воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов. Климатоп задаёт в долговременном масштабе основные физические характеристики существования животных и растений, определяя круг организмов, которые могут существовать в данной экосистеме. 

Эдафотоп 

Под эдафотопом обычно понимается почва как составной элемент экотопа. Однако более точно это понятие следует определять как часть косной среды преобразованной организмами, то есть не всю почву, а лишь её часть. Почва (эдафотоп) является важнейшей составляющей экосистемы: в нём происходит замыкание циклов вещества и энергии, осуществляется перевод из мёртвого органического вещества в минеральные и их вовлечение в живую биомассу. Основными носителями энергии в эдафотопе выступают органические соединения углерода, их лабильные и стабильные формы, они в наибольшей степени определяют плодородие почв.  

Биотоп 

«Биотоп» — преобразованный  биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза.

Биоценоз 

Биоценоз — исторически  сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Не последнюю роль в формировании биоценоза играет конкуренция и  естественный отбор. Основная единица биоценоза — консорция, так как любые организмы в той или иной степени связаны с автотрофами и образуют сложную систему консортов различного порядка, причём это сеть является консортом всё большего порядка и может косвенно зависеть от всё большего числа детерминантов консорций. 

Также возможно разделение биоценоза на фитоценоз и зооценоз. Фитоценоз — это совокупность растительных популяций одного сообщества, которые и формируют детерминантов  консорций. Зооценоз — это совокупность популяций животных, которые и являются консортами различного порядка и служат механизмом перераспределения вещества и энергии внутри экосистемы

Биотоп и биоценоз вместе формируют биогеоценоз/экосистему. 
 
 
 

Продуктивность  экосистем

При анализе продуктивности и потоков вещества и энергии  в экосистемах выделяют понятия  биомасса и урожай на корню. Под урожаем  на корню понимается масса тел  всех организмов на единице площади  суши или воды, а под биомассой  — масса этих же организмов в  пересчёте на энергию (например, в  джоулях) или в пересчёте на сухое  органическое вещество (например, в  тоннах на гектар). К биомассе относят  тела организмов целиком, включая и  витализированные омертвевшие части и не только у растений, к примеру, кора и ксилема,но и ногти и ороговевшие части у животных. Биомасса превращается в некромассу только тогда, когда отмирает часть организма (отделяется от него) или весь организм. Часто зафиксированные в биомассе вещества являются «мёртвым капиталом», особенно это выражено у растений: вещества ксилеммы могут сотнями лет не поступать в круговорот, служа только опорой растения. 

Под первичной продукцией сообщества (или первичной биологической  продукцией) понимается образование  биомассы (более точно — синтез пластических веществ) продуцентами без  исключения энергии, затраченной на дыхание за единицу времени на единицу площади (например, в сутки  на гектар). 

Первичную продукцию  сообщества разделяют на валовую  первичную продукцию, то есть всю  продукцию фотосинтеза без затрат на дыхание, и чистую первичную продукцию, являющуюся разницей между валовой  первичной продукцией и затратами  на дыхание. Иногда её ещё называют чистой ассимиляцией или наблюдаемым фотосинтезом). 

Чистая продуктивость сообщества — скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами (а затем и редуцентами). Обычно вычисляется за вегетационный период либо за год. Таким образом, это часть продукции, которая не может быть переработана самой экосистемой. В более зрелых экосистемах значение чистой продуктивости сообщества стремится к нулю (см. концепцию климаксных сообществ). 

Вторичная продуктивность сообщества — скорость накопления энергии на уровне консументов. Вторичную продукцию не подразделяют на валовую и чистую, так как консументы только потребляют энергию, усвоенную продуцентами, часть её не ассимилируется, часть идёт на дыхание, а остаток идёт в биомассу, поэтому более корректно называть её вторичной ассимиляцией. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Экологические функции экосистем

Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначала процесс обмена энергией.  

Энергию определяют как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.  

Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия  может переходить из одной формы  в другую, но она не исчезает и  не создается заново.  

Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе  энтропия может только возрастать. Применительно к энергии в  экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями  энергии, могут происходить самопроизвольно  только при условии, что энергия  переходит из концентрированной  формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия.  

Таким образом, любая  живая система, в том числе  и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность  благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии (энергия Солнца); во вторых, способности  за счет устройства составляющих ее компонентов  эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду.