Структура и функционирование экосистем - ЭКОСИСТЕМЫ: СТРУКТУРА, ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ

Центральное понятие в экологии - экосистема отражает основополагающее представление этой науки о том, что природа функционирует как целостная система независимо от того, о какой среде идет речь: Общая теория сложных систем, к которой относится изучение интегральных свойств экосистем, начиналась с работ биолога Людвига фон Берталанфи в конце х годов XX.

Системный подход к решению проблем, связанных с окружающей средой, приобретает все большую практическую значимость. Под системой понимается упорядочение взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Целое - это определенное единство элементов, имеющее свою структуру. По мере объединения компонентов в более крупные функциональные единицы, у последних возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне уровне компонентов. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства системного уровня организации нельзя предсказать исходя из свойств компонентов составляющих этот уровень или единицу.

Эмерджентные свойства систем возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения их природы. Учитывая эмерджентные свойства, для изучения целого не обязательно знать все его компоненты, что очень важно для экологии, так как многие экосистемы включают тысячи компонентов-популяций, досконально изучить, которые не представляется возможным.

Поэтому на первое место по значимости выступают интегральные свойства целостных сложных экологических систем: Устойчивость саморегулирующихся систем определяет их способность возвращаться в исходное состояние после небольшого отклонения. В этом случае действует принцип Ле Шателье - Бpaунa: Существование систем немыслимо без прямых и обратных связей.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ЭКОСИСТЕМ

Прямой называют такую связь, при которой один элемент А действует на другой Б без ответной реакции. Если ответная реакция существует, то говорят об обратной связи рис. Этот тип связи играет существенную роль в функционировании экосистем и определяет их устойчивость и развитие.

Обратные связи бывают положительные и отрицательные. Положительная обратная связь обусловливает усиление процесса в одном направлении. Например, после вырубки леса заболачиваются территории, появляются сфагновые мхи влагонакопителизаболачивание усиливается.

Отрицательная обратная связь вызывает в ответ на усиление действия элемента А увеличение противоположной по направлению силы действия элемента Б.

Это наиболее распространенный и важный тип связей в природных экосистем. На них прежде всего базируются устойчивость и стабильность экосистем. Пример такой связи - взаимоотношение между хищником и жертвой. Увеличение численности популяции жертв как кормового ресурса создает условия для размножения и увеличения численности популяции хищников.

Последние, в свою очередь, начинают более интенсивно уничтожать жертв, уменьшая их численность, и тем самым ухудшают собственные кормовые условия. В менее благоприятных условиях снижается рождаемость в популяции хищника и через некоторое время численность популяции хищников также уменьшается, в результате чего снижается давление на популяцию жертвы.

Такая связь позволяет системе сохраняться в состоянии устойчивого динамического равновесия т. Наиболее важное значение общей теории систем для экологии как науки состоит в том, что она позволила создать новую научную методологию - системный анализ, при которой природные объекты представляются в виде систем.

Последние выделяются исходя из целей исследования. С одной стороны, система рассматривается как единое целое, а с другой - как совокупность элементов.

Задачи системного анализа состоят в выявлении:. Границы - наиболее сложная характеристика системы, обусловленная ее целостностью и определяемая тем, что внутренние связи и взаимодействия гораздо сильнее внешних.

Последнее обстоятельство определяет устойчивость системы к внешним воздействиям. Свойства элементов и системы в целом характеризуются качественными и количественными признаками, которые называют показателями.

Структура системы определяется соотношением в пространстве и во времени слагающих ее элементов их связей. Пространственный аспект структуры характеризует порядок расположения элементов в системе, а временной отражает смену состояний системы во времени т.

Экосистемы (7) - Реферат

Структура выражает иерархичность соподчиненность уровней и организованность системы. Характер связей и взаимодействия между элементами системы и системы с внешней средой представляет собой различные формы вещественного, энергетического информационного обмена. При наличии связей системы с внешней средой границы открыты, в противном случае закрыты. Живые организмы их окружение абиотическая среда обитания неразделимо связаны друг с другом и находятся и постоянном взаимодействии, образуя экологическую систему экосистему.

Экосистема - сообщество живых существ их среда обитания, образующие единое функциональное целое на основе причинно-следственных связей между отдельными экологическими компонентами. Основные свойства экосистем определяются их способностью осуществлять круговорот веществ и создавать биологическую продукцию, т. Природные экосистемы в отличие от искусственных, созданных человеком, при стабильных условиях окружающей среды могут существовать неограниченно долго, так как способны противостоять внешним воздействиям и поддерживать структурно-функциональное постоянство гомеостаз.

Крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга. Крупные наземные экосистемы, характерные для определенных географических природных зон, называются биомами например, тайга, степь, пустыня и т. Каждый биом включат целый ряд меньших по размерам, связанных друг с другом экосистем. Экосистема состоит из двух основных блоков. Один из них - комплекс взаимосвязанных между собой популяций живых организмов, т. Экосистема является функциональной единицей живой природы, включающей биотическую биоценоз и абиотическую среда обитания части экосистемы, связанные между собой непрерывным круговоротом обменом химических веществ, энергию для которых поставляет Солнце рис.

Фотосинтезирующие фотоавтотрофы организмы растения, микроводоросли синтезируют органические вещества из минеральных компонентов почвы, воды и воздуха, используя энергию солнечного света. Образованные в процессе фотосинтеза органические вещества служат растениям источником энергии, необходимым для поддержания своих функций, воспроизводства, а также строительным материалом, из которого они образуют свои ткани фитомассу.

Гетеротрофные организмы животные, бактерии грибы в процессе питания используют созданные фотоавтотрофами различные органические соединения для построения своего тела и в качестве источника энергии. В процессе обмена веществ у гетеротрофов происходят высвобождение запасенной химической энергии и минерализация органического вещества до диоксида углерода, воды, нитратов, фосфатов.

Поскольку продукты минерализации органического вещества вновь используются автотрофами, возникает постоянный круговорот веществ в экосистеме.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ЭКОСИСТЕМ

Структура любой системы определяется закономерностями в соотношении и связях ее частей. В каждой экосистеме обязательно присутствуют два основных блока элементов: Совокупность организмов растений, животных, микроорганизмов, грибов и т. Система взаимоотношений между организмами, а также между биотой и средой обитания, включающей абиотические факторы, определяет структуру экосистемы. Первые три группы компонентов неорганические вещества, органические вещества, физико-химические факторы составляют неживую часть экосистемы биотопа остальные - живую часть биоценоз.

Три последних компонента расположенных относительно потока поступающей энергии, представляют собой структуру экосистем рис. Продуценты улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию химических связей органического вещества. Консументы, поедая продуцентов, используют эту энергию для активной жизнедеятельности и построения собственного тела.

В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной. Редуценты расщепляют сложные органические соединения до минеральных компонентов, пригодных для использования продуцентами вода, углекислый газ и др. Структура экосистемы, включающая поток энергии двойная стрелка и два круговорота веществ: Таким образом, структуру экосистем образуют три основных группы организмов продуценты, консументы и редуцентыучаствующих в кругoворотax твердых и газообразных веществ, трансформации использовании энергии Солнца.

Одна из общих черт всех экосистем, будь то наземные, пресноводные, морские или искусственные экосистемы, - это взаимодействие автотрофных продуценты и гетеротрофных консументы и редуценты организмов, которые частично разделены в пространстве пространственная структура экосистемы.

Автотрофные процессы фотосинтез органического вещества растениями наиболее активно протекают в верхнем ярусе экосистемы, где доступен солнечный свет.

Гетеротрофные процессы биологические процессы, связанные с потреблением органического вещества наиболее интенсивно протекают в нижнем ярусе, в почвах и осадках, где накапливаются органические вещества. Система пищевых взаимодействий между организмами формирует трофическую структуру от греч. Функционирование автотрофов и гетеротрофов может быть разделено и но времени, так как использование продукции автотрофных организмов гетеротрофами может происходить не сразу, а с существенной задержкой.

Например, в лесной экосистеме фотосинтез протекает преимущественно в кронах деревьев. При этом лишь небольшая часть, продуктов фотосинтеза немедленно и непосредственно перерабатывается гетеротрофами, питающимися листвой и молодой древесиной. Основная масса синтезированного органического вещества в форме листьев, древесины и запасных питательных веществ в семенах, корнях в конце концов попадает в почву, где эти вещества относительно медленно используются гетеротрофами. Прежде чем будет использовано все это накопленное органическое вещество, могут пройти многие недели, месяцы, годы или даже тысячелетия если речь идет oб ископаемых видах топлива.

Следует учитывать, что организмы в природе живут для самих себя, а не для того, чтобы играть какую-либо роль в экосистеме.

Свойства экосистем формируются благодаря совокупной деятельности входящих в нее растений и животных. Лишь учитывая это, мы можем понять ее структуру и функции, а также то, что экосистема реагирует на изменения факторов среды как единое целое. Каждая экосистема характеризуется строго определенной видовой структурой - разнообразием видов видовым богатством и соотношением их численности или биомассы. Чем больше разнообразие условий среды обитания, тем больше количество видов в биоценозе. С этой точки зрения самыми богатыми по видовому разнообразию являются, например, экосистемы дождевых тропических лесов и коралловых рифов.

Количество видов организмов, населяющих названные экосистемы, исчисляется тысячами. А в экосистемах пустынь существует всего несколько десятков видов. Видовое разнообразие зависит также от возраста экосистем. В молодых развивающихся экосистемах, возникших, например, на безжизненном субстрате песчаных дюн, горных отвалом, пожарищ, количество видов крайне мало, однако по мере развития экосистем видовое богатство увеличивается. Из общего числа видов, обитающих в экосистеме, обычно лишь немногие доминируютт.

Большая же часть видов в экосистеме характеризуется относительно низкими показателями значимости. Не все виды одинаково влияют на свое биотическое окружение. Есть виды-эдификаторы, которые в процессе своей жизнедеятельности формируют окружающую среду для сообщества в целом и без них существование большинства других видов в экосистеме невозможно. Например, ель в еловом лесу является видом-эдификатором, так как создает своеобразный микроклимат, кислую реакцию почвы и специфические условия для развития других видов растений и животных, приспособленных к существованию в данных условиях.

При смене елового леса например, после пожара или вырубки березовым экотоп на этой территории существенно меняется, что определяет смену всего биологического сообщества экосистемы.

Названия экосистем образуются исходя из важнейших параметров, определяющих характерные условия среды обитания. Так, для наземных экосистем названия включают названия видов-эдификаторов или доминирующих видов растений ельник-черничник, злаково-разнотравные степные экосистемы и др. Экосистемы являются открытыми системами т. Живые организмы, входящие в экосистемы, чтобы существовать, должны постоянно пополнять и расходовать энергию.

В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным компонентам экосистемы, энергия может быть использована только один раз, т. Функциональная схема экосистемы отражает взаимодействие трех основных компонентов, а именно: Поток энергии направлен только в одну сторону. Часть поступающей солнечной энергии преобразуется биологическим сообществом и переходит на качественно более высокую ступень, трансформируясь в органическое вещество.