Лекция 5. Экосистемный подход (экосистемный уровень организации живой материи)

Экосистема - «любое природное

образование от кочки до оболочки»

Г.К. Ефремов

План

1. Понятие экосистема. Свойства экосистемы.

2. Концепция биогеоценоза. Отличия биогеоценоза от экосистемы.

3. Структура экосистемы.

4. Типы взаимоотношений в биогеоценозе.

5. Динамичность экосистемы.

1. Раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой называется синэкологией. Термин экосистема впервые ввел английский ботаник-эколог А. Тенсли в 1935 году. Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды обитания, объединенных в единое функциональное целое. С точки зрения А. Тенсли понятие «экосистема» приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга. Экосистема - основная функциональная единица в экологии.

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на дан­ном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биоти­ческие структуры и круговорот веществ между живой и нежи­вой частями, представляют собойэкологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

Выделяют экосистемы различного ранга: микроэкосистемы (труп животного с микроорганизмами, дерево в стадии разложения, аквариум, лужица, капля воды, подушка лишайника), мезоэкосистемы (лес, пруд, река); макроэкосистемы (океан, континент, природная зона); глобальная экосистема (биосфера в целом). Географ и писатель Ефремов Г.К. дал шутливое определение: экосистема «любое природное образование от кочки до оболочки».

С точки зрения среды обитания выделяют следующие типы экосистем:

Экосистема

Наземные (биомы): Пресноводные: Морские:

Тундра, Хвойные реки, ручьи,озера, открытый океан,

бореальные леса, болота, пруды и др. эстуарии, рифтовые

Степи, Саванны, Пустыни. зоны, районы апвеллинга.

Свойства экосистемы:

1. эмерджентность (анг. Эмердженс – неожиданно появляющийся): наличие у целого (экосистемы) особых свойств, не присущих элементам. Одна ель не составляет хвойный лес, которому свойственны микроклимат, взаимосвязи и т.д.

2. биоразнообразие: любая система не может состоять из абсолютно одинаковых элементов, разнообразие элементов является необходимым условием функционирования. Закономерность: чем разнообразнее экосистема (биогеоценоз), тем устойчивее система.

3. динамичность: любая экосистема способна поддерживать свою устойчивость и самосохраняться. Устойчивое или стационарное состояние динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой внешней работой для чего необходим приток энергии,ее преобразование в системе и отток за пределы системы.

4. неравновесность: системы, функционирующие с участием живых организмов являются открытыми, поэтому для них характерно поступление и отток энергии и вещества, что невозможно осуществить в условиях равновесного состояния.

5. Саморегуляция: гомеостаз — способность биологических систем — орга­низма, популяции и экосистем — противостоять изменениям и сохранять равновесие.

Таким образом, любая экосистема представляет собой открытую, динамичную, неравновесную экосистему.

2.Термин биогеоценоз предложен В.Н. Сукачевым в 1942 году. Это понятие территориальное, относящееся к участкам суши, занятых фитоценозами (по сути близко к понятию экосистема). Концепции экосистемы и биогеоценоза дополняют и обогащают друг друга. Для биоценозов характерны относительно устойчивый состав фауны и флоры, они обладают типичным набором живых организмов, которые сохраняют свои основные признаки во времени и пространстве. Биогеоценоз в отличии от экосистемы имеет более четкие границы. Поэтому различают сосняк бруснично-черничный, дубрава г. Брянска и т. д.

Ценоз –совокупность каких-либо живых организмов.

Биотоп (топос-место) – место проживания определенного ценоза.

Фитоценоз – совокупность сообщества растительных организмов, произрастающих на одной территории.

Зооценоз– совокупность животных, обитающих на одной территории.

Микробоценоз– совокупность микроорганизмов, обитающих на одной территории.

Биоценоз –организованнная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов, микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды.

Биогерценоз-совокупность фитоценоза, зооценоза, микробоценоза, проживающего на одном биотопе.

3.Структура экосистемы. Биогеоценозу присущи специфика взаимодействий слагающих его компонентов, их особая структура и определенный тип обмена веществ и энергии между собой и другими субъектами природной среды.

А) С точки зрения объекта в состав экосистемы входят такие компоненты:

1) не­органические вещества (С, N, СО₂, Н₂О, Р, О и др.), участвую­щие в круговоротах; 2) органические соединения (белки, угле­воды, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие био­тическую и абиотическую части; 3) воздушная, водная и суб­стратная среды, включающие абиотические факторы; 4) про­дуценты — автотрофные организмы, в основном зеленые рас­тения, способные производить пищу из простых неорганиче­ских веществ; 5) консументы, или фаготрофы (пожирате­ли), - гетеротрофы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества; 6) редуценты, или сапротрофы (питающиеся гнилью), — ге­теротрофные организмы, в основном бактерии и грибы, полу­чающие энергию путем разложения отмершей или поглоще­ния растворенной органики. Сапротрофы высвобождают неор­ганические элементы питания для продуцентов и, кроме того, являются пищей для консументов.

Между структурными компонентами существует тесная пищевая взаимосвязь (пищевая цепь). Цепь питания –перенос энергии от ее источника через ряд организмов путем поедания одних другими.

↓

Продуценты → консументы 1порядка → консументы 2 порядка → консументы 3 порядка → редуценты

Если цепь питания начинается с продуцентов, то называется пастбищная, если с редуцентов, то детритная. В экосистемах пищевые цепи не изолированы, а тесно переплетены и образуют пищевые сети. Место каждого звена в цепи питания называется трофическим уровнем. Конечным результатом пищевой цепи является рассеивание и потеря энергии, поэтому она состоит из 5….6 звеньев не более.

Функциональная схема экосистемы:

Функциональные взаимосвязи, т. е. трофическую структу­ру, можно изобразить графически, в виде так называемых эко­логических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Известны три основных типа экологиче­ских пирамид: 1) пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона); 2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества, - об­щий сухой вес, калорийность и т.д.; 3) пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показываю­щая изменение первичной продукции (или энергии) на после­довательных трофических уровнях.

Б) С точки зрения вида различают - видовую структуру биоценоза: характеризует разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. Чем выше видовое разнообразие, тем стабильнее биоценоз.

В) С точки зрения времени- пространственная структура: в ходе длительного эволюционного преобразования, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы в итоге приобрели четкое ярусное строение.

Г) С точки зрения экологической ниши – экологическая структура: каждый биоценоз складывается из определенных экологических групп организмов, которые могут иметь неодинаковый видовой состав, хотя и занимают сходные экологические ниши. Например, мухоловка-пеструшка и садовая горихвостка ловят насекомых в одном и том же лесу. Однако первая охотится только на уровне крон деревьев, а другая - в кустарниках и над почвой. Головастик питается растительной пищей, а взрослая лягушка- плотоядное животное.

4. Межвидовые взаимоотношения разно­образны. Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают раз­личные виды взаимоотношений:

нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают ни­какого действия друг на друга;

конкуренция - каждый из видов оказывает на другой не­благоприятное воздействие;

мутуализм - виды не могут существовать друг без дру­га (лишайник: водоросль и гриб; медоед и медоуказчик);

протокооперация(содружество) - оба вида образуют со­общество, но могут существовать и раздельно, хотя со­общество приносит им обоим пользу (кищечнополостные и краб, птицы – «чистильщики», уничтожающие личинок в коже у буйволов, лосей, кабанов, ослов, оленей, слонов, антилоп и др., птицы – “чистильщики» зубов крокодилов - тиркушки);

комменсализм - один вид, комменсал, извлекает поль­зу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет ни­какой выгоды (взаимная терпимость: мальки ставриды под колоколом медуз, гриф и лев);

аменсализм -один вид, аменсал, испытывает от друго­го угнетение роста и размножения (обычно наблюдается в растительном мире: клубника, если не обрывать усов, угнетающее сказывается на плодоношение и размеры, листовой поверхности);

паразитизм - паразитический вид тормозит рост и раз­множение своего хозяина и даже может вызвать его ги­бель;

хищничество - хищный вид питается своей жертвой. Является широко распространенным типом биотических отношений в природе.

Уникальным типом биотических связей является аллелопатия – химическое воздействие одних видов растений на другие при помощи своих продуктов метаболизма (эфирных масел, фитоциндов и т.д.). Например, орех и дуб своими выделениями угнетают травянистую растительность и размножение многих животных.