Общи свойства на системите. Централното понятие в екологията - екосистемата - отразява фундаменталната идея на тази наука, че природата функционира като цялостна система, независимо за каква среда говорим: сладководна, морска или сухоземна. Общата теория на сложните системи, която включва изучаването на интегралните свойства на екосистемите, започва с работата на биолога Лудвиг фон Берталанфи в края на 40-те години на 20 век. Системният подход към решаването на проблеми, свързани с околната среда, придобива все по-голямо практическо значение.

Системата се разбира като подреждане на взаимодействащи и взаимозависими компоненти, които образуват едно цяло.

Цялото е определено единство от елементи, което има своя собствена структура. Понятието "структура" отразява подреждането на елементите и естеството на тяхното взаимодействие.

Системите имат следните специфични свойства:

изолация;

интеграция;

Интегритет;

стабилност;

Равновесие;

контрол;

Стабилност (хомеостаза);

Възникване.

Поява (от англ. възникване- възникване) е универсална характеристика на системите, включително екосистемите, която се състои в това, че свойствата на системата като цяло не са проста сума от свойствата на нейните съставни части или елементи. Тъй като компонентите се комбинират в по-големи функционални единици, последните придобиват нови свойства, които не са присъствали на предишното ниво (ниво на компоненти). Такива качествено нови, възникващи свойства на системното ниво на една организация не могат да бъдат предвидени въз основа на свойствата на компонентите, които съставляват това ниво или единица.

Възникващите свойства на системите възникват в резултат на взаимодействието на компонентите, а не в резултат на промени в тяхната природа. Като се вземат предвид възникващите свойства, за да се изучава цялото, не е необходимо да се познават всички негови компоненти, което е много важно за екологията, тъй като много екосистеми включват хиляди компонентни популации, които не е възможно да се проучат задълбочено. Следователно, първото място по важност идва от интегралните свойства на интегралните сложни екологични системи: общата биомаса, производството и унищожаването на отделни трофични нива, без да се познават моделите, промените в които не могат да опишат поведението на цялата система във времето и да предскажат нейното бъдеще.

Стабилността на саморегулиращите се системи определя способността им да се връщат в първоначалното си състояние след леко отклонение. В този случай се прилага принципът Льо Шателие - Браун: когато външно въздействие изведе системата от стабилно равновесно състояние, равновесието се измества в посоката, в която ефектът от външното въздействие е отслабен.

Съществуването на системи е немислимо без директенИ обратенвръзки. Директната връзка е връзка, при която един елемент (A) действа върху друг (B) без отговор. Ако има реакция, тогава говорим за обратна връзка (фиг. 12.1).

Ориз. 12.1Механизъм за обратна връзка

Този тип връзка играе съществена роля във функционирането на екосистемите и определя тяхната стабилност и развитие. Обратната връзка може да бъде положителна или отрицателна.

Положителна обратна връзкапредизвиква засилване на процеса в една посока. Например след обезлесяването районите се заблатяват, появяват се сфагнови мъхове (резервоари за влага) и се засилва преовлажняването. Негативно мнениепредизвиква, в отговор на увеличаване на действието на елемент А, увеличаване на противоположната сила по посока на действието на елемент В. Това е най-често срещаният и важен тип връзки в естествените екосистеми. Устойчивостта и стабилността на екосистемите се основават преди всичко на тях. Пример за такава връзка е връзката между хищник и плячка. Увеличаването на популацията на плячката като хранителен ресурс създава условия за размножаване и увеличаване на популацията на хищниците. Последните от своя страна започват по-интензивно да унищожават жертвите, намалявайки техния брой и по този начин влошавайки собствените си условия на хранене. При по-неблагоприятни условия раждаемостта в популацията на хищниците намалява и след известно време размерът на популацията на хищниците също намалява, което води до намален натиск върху популацията на плячката. Тази връзка позволява на системата да остане в състояние на стабилно динамично равновесие (т.е. саморегулиране).

Обикновено има три вида системи:

1) изолиран- съществуващи в определени граници, през които не се извършва обмен на вещества и енергия (такива системи се създават само изкуствено);

2) затворен- обменят само енергия с околната среда;

3) отворен- обмен на материя и енергия с околната среда (това са естествени екосистеми).

Най-важното значение на общата теория на системите за екологията като наука е, че тя позволи създаването на нова научна методология - системен анализ,в които природните обекти са представени като системи. Последните са подчертани въз основа на целите на изследването. От една страна, системата се разглежда като едно цяло, а от друга, като съвкупност от елементи. Целите на системния анализ са да идентифицира:

Връзки, които правят системата холистична;

Връзки между системата и околните обекти;

Процеси на управление на системата;

Вероятности за поведението на обекта на изследване (прогноза).

Всяка система има следните основни параметри:

Граници;

Свойства на елементите и системата като цяло;

структура;

Естеството на връзките и взаимодействията между елементите на системата, както и между системата и нейната външна среда.

Граници- най-сложната характеристика на системата, поради нейната цялост и обусловена от факта, че вътрешните връзки и взаимодействия са много по-силни от външните. Последното обстоятелство определя устойчивостта на системата към външни влияния.

Свойства на елементите и систематанай-общо се характеризира с качествени и количествени характеристики, които се наричат ​​показатели.

Структура на систематасе определя от отношението в пространството и времето на съставните му елементи и техните връзки. Пространственият аспект на структурата характеризира реда на подреждане на елементите в системата, а времевият аспект отразява промяната в състоянията на системата във времето (т.е. показва развитието на системата). Структурата изразява йерархията (подчинението на нивата) и организацията на системата.

Естеството на връзките и взаимодействиятамежду елементите на системата и системата с външната среда представлява различни форми на обмен на материали, енергия и информация. Ако има връзки между системата и външната среда, границите са отворени, в противен случай те са затворени.

Екосистема. Живите организми и тяхната среда (абиотично местообитание) са неразривно свързани помежду си и са в постоянно взаимодействие, образувайки екологична система (екосистема).

Екосистемата е общност от живи същества и техните местообитания, образуващи единно функционално цяло, основано на причинно-следствени връзки между отделните компоненти на околната среда.

Основните свойства на екосистемите се определят от способността им да извършват кръговрата на веществата и да създават биологични продукти, тоест да синтезират органична материя. Естествените екосистеми, за разлика от изкуствените, създадени от човека, при стабилни условия на околната среда могат да съществуват неограничено дълго време, тъй като са в състояние да издържат на външни влияния и да поддържат структурно и функционално постоянство (хомеостаза). Големите екосистеми включват по-малки екосистеми.

В зависимост от размера на пространството, което заемат, екосистемите обикновено се разделят на:

Микроекосистеми (малко езерце, ствол на паднало дърво в стадий на разлагане, аквариум и др.);

Мезоекосистеми (гора, езеро, езеро, река и др.);

Макроекосистеми (океани, континенти, природни зони и др.),

Глобална екосистема (биосфера като цяло).

Големите сухоземни екосистеми, характерни за определени географски природни зони, се наричат ​​биоми (например тайга, степ, пустиня и др.). Всеки биом включва редица по-малки, взаимосвързани екосистеми.

Екосистемата се състои от два основни блока. Един от тях е комплекс от взаимосвързани популации от живи организми, т.е. биоценоза,а втората е комбинация от фактори на околната среда, т.е. екотоп. Екосистемата е функционална единица на живата природа, включваща биотични (биоценоза) и абиотични (местообитание) части на екосистемата, свързани помежду си чрез непрекъсната циркулация (обмен) на химикали, енергията за които се доставя от Слънцето (фиг. , 12.2).

Ориз. 12.2.Енергиен поток и химичен цикъл в една екосистема

Фотосинтетичните (фотоавтотрофни) организми (растения, микроводорасли) синтезират органични вещества от минералните компоненти на почвата, водата и въздуха, използвайки енергията на слънчевата светлина. Органичните вещества, образувани в процеса на фотосинтезата, служат като източник на енергия за растенията за поддържане на техните функции, размножаване, а също и като строителен материал, от който те образуват своите тъкани (фитомаса). Хетеротрофните организми (животни, бактерии, гъби) в процеса на хранене използват различни органични съединения, създадени от фотоавтотрофите, за изграждане на тялото си и като източник на енергия. В процеса на метаболизъм хетеротрофите освобождават съхранената химическа енергия и минерализират органичната материя до въглероден диоксид, вода, нитрати и фосфати. Тъй като продуктите от минерализацията на органичната материя отново се използват от автотрофи, в екосистемата възниква постоянен цикъл на веществата.

Структура на екосистемата. Структурата на всяка система се определя от закономерностите във взаимоотношенията и връзките на нейните части. Всяка екосистема задължително съдържа два основни блока от елементи: живи организми и фактори на неживата среда, която ги заобикаля. Съвкупността от организми (растения, животни, микроорганизми, гъби и др.) се нарича биоценоза или биота на екосистема. Системата от взаимоотношения между организмите, както и между биотата и местообитанието, включително абиотичните фактори, определя структурата на екосистемата.

Следните основни компоненти могат да бъдат разграничени като част от всяка екосистема:

- неорганични вещества- минерални форми на въглерод, азот, фосфор, вода и други химични съединения, влизащи в цикъла;

- органични съединения- протеини, въглехидрати, мазнини и др.;

- въздух, вода и субстратна среда, включително климатичен режим(температура и други физични и химични фактори);

- производители- автотрофни организми, които създават органична храна от прости неорганични вещества, използвайки енергията на Слънцето (фотоаутрофи), главно зелени растения и едноклетъчни микроскопични водорасли във вода, някои групи фотосинтезиращи бактерии и хемоавтотрофи, бактерии, които използват енергията на окислително-възстановителните реакции (серни бактерии , железни бактерии и др.);

- потребители- тревопасни и хищни хетеротрофни организми, главно животни, които се хранят с други организми;

- разлагачи(деструктори) - хетеротрофни организми, главно бактерии и гъби и някои безгръбначни, разлагащи мъртва органична материя.

Първите три групи компоненти (неорганични вещества, органични вещества, физико-химични фактори) съставляват неживата част на екосистемата (биотопа), а останалите - живата част (биоценозата). Последните три компонента, разположени спрямо потока на входящата енергия, представляват структура на екосистемата(фиг. 12.3). Производителите улавят слънчевата енергия и я превръщат в енергията на химичните връзки на органичната материя. Консуматорите, ядещите производители използват тази енергия за активен живот и изграждане на собственото си тяло. В резултат на това се използва цялата енергия, съхранявана от производителите. Редукторите разграждат сложните органични съединения до минерални компоненти, подходящи за използване от производителите (вода, въглероден диоксид и др.).

Ориз. 12.3.Структурата на една екосистема, включително потока на енергия (двойна стрелка) и два цикъла на веществата: твърди (дебела стрелка) и газообразни (тънка стрелка)

По този начин структурата на екосистемите се формира от три основни групи организми (производители, консументи и разлагащи), участващи в циркулацията на твърди и газообразни вещества, трансформацията и използването на слънчевата енергия.

Една от общите характеристики на всички екосистеми, независимо дали са сухоземни, сладководни, морски или изкуствени екосистеми, е взаимодействието на автотрофни (производители) и хетеротрофни (консуматори и разлагащи) организми, които са частично разделени в пространството ( пространствена структура на екосистемата).

Автотрофните процеси (фотосинтеза на органична материя от растенията) протичат най-активно в горния слой на екосистемата, където има слънчева светлина. Хетеротрофните процеси (биологични процеси, свързани с консумацията на органична материя) протичат най-интензивно в долния слой, в почвите и седиментите, където се натрупва органична материя.

Формира се системата от хранителни взаимодействия между организмите трофична структура(от гръцки trophe - храна), която за сухоземните екосистеми може да бъде разделена на две нива:

1) отгоре автотрофен слой(самохранещ се) или „зелен пояс“, включващ растения или части от тях, съдържащи хлорофил, в които преобладава фиксирането на светлинна енергия, използването на прости неорганични съединения и натрупването на сложни органични съединения, и 2) по-ниските хетеротрофен слой(подхранвани от други), или "кафявия пояс" от почви и утайки, разлагаща се материя, корени и др., в който преобладават използването, трансформацията и разлагането на сложни органични съединения.

Функционирането на автотрофите и хетеротрофите също може да бъде разделено във времето, тъй като използването на продуктите на автотрофните организми от хетеротрофите може да не настъпи веднага, но със значително закъснение. Например в горска екосистема фотосинтезата се извършва предимно в короните на дърветата. В същото време само малка част от продуктите на фотосинтезата се обработват незабавно и директно от хетеротрофи, които се хранят с листа и млада дървесина. По-голямата част от синтезираната органична материя (под формата на листа, дървесина и резервни хранителни вещества в семената и корените) в крайна сметка завършва в почвата, където тези вещества се използват относително бавно от хетеротрофите. Може да отнеме много седмици, месеци, години или дори хилядолетия (в случай на изкопаеми горива), преди цялата тази натрупана органична материя да бъде използвана.

Трябва да се има предвид, че организмите в природата живеят за себе си, а не за да играят някаква роля в екосистемата. Свойствата на екосистемите се формират поради комбинираната дейност на растенията и животните, включени в тях. Само като вземем предвид това, можем да разберем неговата структура и функции, както и факта, че екосистемата реагира на промените във факторите на околната среда като цяло.

Всяка екосистема се характеризира със строго определени видова структура- разнообразие от видове (видово богатство) и съотношение на техния брой или биомаса. Колкото по-голямо е разнообразието от условия на местообитанията, толкова по-голям е броят на видовете в биоценозата. От тази гледна точка най-богати на видово разнообразие са например екосистемите на тропическите гори и кораловите рифове. Броят на видовете организми, обитаващи тези екосистеми, е хиляди. А в пустинните екосистеми има само няколко десетки вида.

Видовото разнообразие зависи и от възрастта на екосистемите. В младите развиващи се екосистеми, възникнали например върху безжизнения субстрат на пясъчни дюни, планински сметища, пожари, броят на видовете е изключително малък, но с развитието на екосистемите богатството на видове се увеличава.

От общия брой видове, живеещи в една екосистема, обикновено само няколко упражнявам контрол, т.е. имат голяма биомаса, численост, производителност или други показатели от значение за екосистемата. Повечето от видовете в екосистемата се характеризират с относително ниски показатели за значимост.

Не всички видове влияят еднакво върху биотичната си среда. Яжте едификаторни видове, които в процеса на своята жизнена дейност формират среда за общността като цяло и без тях е невъзможно съществуването на повечето други видове в екосистемата.Например смърчът в смърчовата гора е едификаторен вид, тъй като създава уникален микроклимат, кисела реакция на почвата и специфични условия за развитието на други видове растения и животни, адаптирани да съществуват в тези условия. Когато смърчовата гора се замени (например след пожар или обезлесяване) с брезова гора, екотопът на тази територия се променя значително, което определя промяната в цялата биологична общност на екосистемата.

Имената на екосистемите се формират въз основа на най-важните параметри, които определят характерните условия на местообитанието. По този начин за сухоземните екосистеми имената включват имената на едификаторни видове или доминиращи растителни видове (смърчово-боровинови, тревно-травни степни екосистеми и др.).

Функциониране на екосистемата.Екосистемите са отворени системи, т.е. такива, които получават енергия и материя отвън и ги освобождават във външната среда, следователно важен компонент на екосистемата е външната среда (входяща среда и изходяща среда). Живите организми в екосистемите трябва постоянно да попълват и изразходват енергия, за да съществуват. За разлика от веществата, които непрекъснато циркулират през различни компоненти на една екосистема, енергията може да се използва само веднъж, т.е. енергията протича през екосистемата в линеен поток.

Функционалната диаграма на една екосистема отразява взаимодействието на три основни компонента, а именно: общност, енергиен поток и материален цикъл. Потокът от енергия е насочен само в една посока. Част от постъпващата слънчева енергия се преобразува от биологичната общност и преминава на качествено по-високо ниво, трансформирайки се в органична материя. Но по-голямата част от енергията се разгражда: след като премине през системата, тя излиза под формата на нискокачествена топлинна енергия, наречена радиатор. Енергията може да се съхранява в екосистема и след това да се освобождава отново или да се изнася, но не може да се рециклира. За разлика от енергията, хранителните вещества и водата могат да се използват многократно.

Еднопосочният поток на енергия е резултат от законите на термодинамиката. Първи закон на термодинамиката(закон за запазване на енергията) гласи, че енергията може да преминава от една форма (слънчева светлина) в друга (потенциална енергия на химичните връзки в органичната материя), но не изчезва или се създава наново, т.е. общото количество енергия в процесите остава постоянна. Втори закон на термодинамиката(законът за ентропията) гласи, че във всеки процес на трансформация на енергия, част от нея винаги се разсейва под формата на топлинна енергия, която не е достъпна за използване, следователно ефективността на спонтанното преобразуване на кинетичната енергия (например светлина) в потенциална енергия (например в енергията на химичните връзки в органичната материя) винаги по-малко от 100%.

Живите организми преобразуват енергия и всеки път, когато енергията се преобразува (например храната се усвоява), част от нея се губи като топлина. В крайна сметка цялата енергия, влизаща в биотичния цикъл на една екосистема, се разсейва като топлина. Въпреки това, живите организми, обитаващи екосистемите, не могат да използват топлинна енергия, за да извършват работа. За тази цел те използват енергията на слънчевата радиация, съхранявана под формата на химическа енергия в органичната материя, създадена от производителите по време на процеса на фотосинтеза.

Храната, създадена от фотосинтетичната активност на зелените растения, съдържа потенциална енергия, която, когато се използва от хетеротрофни организми, се превръща в други форми на химическа енергия.

По-голямата част от слънчевата енергия, която удря земята, се превръща в топлина и само много малка част от нея (средно за земното кълбо е поне 1%) се преобразува от зелените растения в потенциалната енергия на химичните връзки в органичната материя.

Целият животински свят на Земята получава необходимата потенциална химическа енергия от органични вещества, създадени от фотосинтезиращи растения, като по-голямата част от нея се превръща в топлина в процеса на дишане, а по-малка част се превръща обратно в химическа енергия на новосинтезирана биомаса. На всеки етап от преноса на енергия от един организъм към друг значителна част от нея се разсейва под формата на топлина.

Балансът на храната и енергията за отделен жив организъм може да бъде представен по следния начин:

E p = E d + E pr + E pv,

където E p е енергията на консумацията на храна;

E d – дихателна енергия;

E pr – растежна енергия;

E pv – енергия на екскреционните продукти.

Отделянето на енергия под формата на топлина в процеса на живот при месоядните (хищници) е малко, но при тревопасните е по-значително. Например, гъсениците на някои насекоми, които се хранят с растения, освобождават до 70% от енергията, погълната от храната, като топлина. Въпреки това, с цялото разнообразие от енергийни разходи за жизненоважна дейност, максималният разход за дишане е около 90% от цялата енергия, консумирана под формата на храна. Следователно преходът на енергия от едно трофично ниво към друго се приема средно за 10% от енергията, консумирана с храната. Този модел е известен като обикновено десет процента. От това правило следва, че силовата верига може да има ограничен брой нива, обикновено не повече от 4-5, след преминаване през които почти цялата енергия се разсейва.

Хранителни вериги.В една екосистема органичната материя, създадена от автотрофни организми, служи като храна (източник на енергия и материя) за хетеротрофите. Типичен пример: животно яде растение. Това животно от своя страна може да бъде изядено от друго животно и по този начин може да се пренесе енергия през редица организми - всеки следващ се храни с предходния, който го снабдява със суровини и енергия. Тази последователност от организми се нарича хранителна верига и всяка връзка е такава трофично ниво. Първото трофично ниво се заема от автотрофи (първични производители). Организмите от второто трофично ниво се наричат ​​първични потребители, третото - вторични потребители и т.н.

Основното свойство на хранителната верига е осъществяването на биологичния цикъл на веществата и освобождаването на енергия, съхранявана в органичните вещества.

Представители на различни трофични нива са свързани помежду си в хранителните вериги чрез процеси на еднопосочен насочен трансфер на биомаса (под формата на храна, съдържаща енергийни резерви).

Хранителните вериги могат да бъдат разделени на два основни типа:

1) пасищни вериги, които започват със зелено растение и отиват по-нататък до пасящи животни, а след това до хищници;

2) детритни вериги, които започват с малки организми, хранещи се с мъртва органична материя и преминават към малки и големи хищници.

Хранителните вериги не са изолирани една от друга; те са тясно преплетени в екосистемата, образувайки хранителни мрежи.

Екологични пирамиди.За да се изследват връзките между организмите в една екосистема и да се представят графично тези взаимоотношения, е по-удобно да се използват не диаграми на хранителни мрежи, а екологични пирамиди, основата на които е първото трофично ниво (нивото на производителите) и следващите нивата образуват етажите и върха на пирамидата. Екологичните пирамиди могат да бъдат класифицирани в три основни типа:

1) пирамиди на населението, отразяващ броя на организмите на всяко трофично ниво;

2) пирамиди от биомаса, характеризираща общата маса на живата материя на всяко трофично ниво;

3) енергийни пирамиди, показващ големината на енергийния поток или производителността на последователни трофични нива.

За да представите графично структурата на една екосистема под формата на популационна пирамида, първо пребройте броя на различните организми на дадена територия, като ги групирате по трофични нива. След такива изчисления става очевидно, че броят на животните прогресивно намалява по време на прехода от второто трофично ниво към следващите. Броят на растенията на първо трофично ниво също често надвишава броя на животните, които съставляват второто ниво. Два примера за пирамиди на населението са показани на фиг. 12.4, където дължината на правоъгълника е пропорционална на броя на организмите на всяко трофично ниво. Формите на популационните пирамиди варират значително сред различните общности в зависимост от размера на съставните им организми (фиг. 12.4).

Пирамидите на биомасата отчитат общата маса на организмите (биомаса) на всяко трофично ниво, т.е. показани са количествените съотношения на биомасата в общността (фиг. 12.5). Цифрите показват количеството биомаса в грамове сухо вещество на 1 m2. В този случай размерът на правоъгълниците е пропорционален на масата на живата материя от съответното трофично ниво на единица площ или обем. Размерът на биомасата на трофично ниво обаче не дава никаква представа за скоростта на нейното образуване (производителност) и потребление. Например дребните производители (водорасли) се характеризират с висок темп на растеж и възпроизводство (увеличаване на биомасата на производителите), балансирани от интензивното им потребление като храна от други организми (намаляване на биомасата на производителите). Така, въпреки че биомасата в даден момент може да е ниска, производителността може да е висока.

От трите вида екологични пирамиди, енергийната пирамида дава най-пълна картина на функционалната организация на общността.

В енергийната пирамида (фиг. 12.6), където числата показват количеството енергия (kJ/m2 на година), размерът на правоъгълниците е пропорционален на енергийния еквивалент, т.е. количеството енергия (на единица площ или обем ), които са преминали през определено трофично ниво за определен период. Енергийната пирамида отразява динамиката на преминаване на хранителната маса през хранителната (трофична) верига, което фундаментално я отличава от пирамидите на числата и биомасата, отразяващи статичното състояние на екосистемата (броя на организмите в даден момент).

Продуктивност на екосистемата –образуването на органична материя под формата на биомаса от животни, растения и микроорганизми, които съставляват биотичната част на екосистемата, за единица време на единица площ или обем. Способност за създаване на органична материя ( биологична продуктивност) е едно от най-важните свойства на организмите, техните популации и екосистемите като цяло.

Благодарение на енергията на светлината по време на фотосинтезата се създава основната или първична продукция на екосистемата. Първичната продуктивност е скоростта, с която слънчевата енергия се абсорбира от производителите (растенията) по време на фотосинтезата, натрупвайки се под формата на органична материя. С други думи, това е стойността на скоростта на растеж на растителната биомаса.

Прието е да се разграничават четири последователни етапа в процеса на производство на органична материя:

1) брутна първична производителност- общата скорост на фотосинтезата, т.е. скоростта на образуване на цялата маса органични вещества от производителите, включително количеството органична материя, консумирана от производителите за поддържане на активност (P G);

2) нетна първична продуктивност - скоростта на натрупване на органична материя в растителните тъкани минус органичната материя, която е била синтезирана от растенията и използвана за поддържане на техните жизнени функции (P N);

3) нетна производителност на общността - скоростта на натрупване на органична материя, която не се консумира от хетеротрофи (животни и бактерии) в общността за определен период (например увеличаване на растителната биомаса до края на летния сезон).

4) вторична производителност - скоростта на натрупване на енергия (под формата на биомаса) на ниво потребители (животни), които не създават органична материя от неорганична (както в случая на фотосинтеза), а използват само органични вещества, получени от храната, изразходвайки част от тях за поддържане на жизнената активност и трансформирайки останалите в собствените си тъкани.

Високите нива на производство на органична материя възникват при благоприятни фактори на околната среда, особено когато се доставя допълнителна енергия отвън, което намалява собствените разходи на организмите за поддържане на живота. Например в крайбрежната зона на морето допълнителна енергия може да дойде под формата на приливна енергия, която носи частици органична материя на заседналите организми.

Ден на визуално представяне на регионалните особености на функционирането на биосферата на фиг. Фигура 12.7 показва модел на производителността на големи биосферни екосистеми под формата на турбина, задвижвана от потока от слънчеви лъчи. Ширината на турбинното колело за сушата съответства на процента земя в определена природна зона, ширината на колелото за морето се взема произволно. Лопатките на този модел турбина (растителни видове в определена екосистема) получават слънчева светлина по време на фотосинтеза и осигуряват енергия за всички жизнени процеси в екосистемите. В същото време наземната турбина има най-големия брой лопатки (растителни видове) в тропиците, където 40 хиляди растителни вида могат да произвеждат годишен биологичен продукт от 10 11 тона органична материя. В тропическите земни екосистеми средно се създават около 800 g/m2 въглерод на година. Морските екосистеми (фиг. 12.7) са най-продуктивни в умерените бореални региони, където се произвеждат около 200 g въглерод на 1 m 2 годишно.

Стойността на биологичната продуктивност е определяща за повечето системи за класифициране на водните тела според нивото на трофичност, т.е. осигуряването на хранителни вещества за развитието на биоценозата. Трофичното ниво на резервоара се определя от съдържанието на основния фотосинтетичен пигмент (хлорофил), от количеството обща биомаса и от скоростта на производство на органична материя. Според тази класификация има четири вида езера: олиготрофни, еутрофни, мезотрофни и хипертрофни(Таблица 12.1).

В предложената система за класификация нивото на биологична продуктивност (трофичност) на резервоарите е тясно свързано с абиотичните фактори (дълбочина, цвят, прозрачност на резервоара, наличие на кислород в долните слоеве на водата, киселинност на водата (pH), концентрация биогенни вещества и др.), с географското разположение на резервоара и характера на дренажния басейн.

Олиготрофни резервоари(от гръцки - незначителен, беден) съдържат малко количество хранителни вещества, имат висока прозрачност, слаб цвят, голяма дълбочина. Фитопланктонът в тях е слабо развит, тъй като автотрофните организми не са снабдени с минерално хранене, главно азот и фосфор. Органична материя, синтезирана в резервоар ( автохтонно вещество) почти напълно (до 90..95%) се подлага на биохимично разлагане. В резултат на това количеството органична материя в дънните утайки е малко, така че съдържанието на кислород в дънните слоеве на водата е високо. В резервоара преобладават пасищните трофични вериги, има малко микроорганизми и процесите на разрушаване са слабо изразени. Такива езера се характеризират с големи размери и голяма дълбочина.

Евтрофни резервоари(от гръцки eutrophia добро хранене) се характеризират с повишено съдържание на хранителни вещества (азот и фосфор), поради което фитопланктонът е снабден с минерално хранене и интензивността на производствените процеси е висока. С увеличаване на степента на еутрофикация прозрачността и дълбочината на фотосинтетичната зона намаляват. В горните слоеве на водата често има излишък на кислород поради високата скорост на фотосинтеза, докато в долните слоеве на водата има значителен дефицит на кислород поради използването му от микроорганизми при окисляването на органичната материя. В един резервоар хранителните вериги на детрит стават все по-важни.

Мезотрофен тип(от гръцки mesos - среден) - междинен тип резервоар между олиготрофен и еутрофен. Обикновено мезотрофните водни тела възникват от олиготрофни и се превръщат в еутрофни. В много случаи този процес е свързан с еутрофикация- повишаване на нивото на първично производство на вода поради увеличаване на концентрацията на хранителни вещества в тях, главно азот и фосфор. Потокът от хранителни вещества във водните тела се увеличава в резултат на отмиването на торове от полетата, както и на навлизането в тях на промишлени и общински отпадъчни води.

Хипертрофични резервоари(от гръцки хипер - над, над) се характеризират с много високо ниво на първична продукция и, като следствие, висока фитопланктонна биомаса. Прозрачността и съдържанието на кислород в резервоарите са минимални. Съдържанието на голямо количество органична материя води до масово развитие на микроорганизми, които преобладават в биоценозата.

Хомеостаза на екосистемата.Екосистемите, подобно на съставните им популации и организми, са способни на самоподдържане и саморегулиране. Хомеостаза(от гръцки подобен, еднакъв) - способността на биологичните системи да устояват на промените и да поддържат динамично относително постоянство на състава и свойствата. Нестабилността на местообитанията в екосистемите се компенсира от биоценотични адаптивни механизми.

Наред с енергийните потоци и циклите на веществата, екосистемата се характеризира с развити информационни мрежи, включващи потоци от физически и химични сигнали, които свързват всички части на системата и я контролират като едно цяло. Следователно можем да приемем, че екосистемите имат и кибернетичен характер.

Хомеостазата се основава на принципа на обратната връзка, което може да се демонстрира чрез примера на зависимостта на гъстотата на населението от хранителните ресурси. Обратната връзка възниква, ако „продуктът“ (броят организми) има регулаторен ефект върху „сензора“ (храната). В този пример количеството хранителни ресурси определя скоростта на нарастване на населението. При отклонение на гъстотата на населението от оптимума в една или друга посока се увеличава раждаемостта или смъртността, в резултат на което гъстотата се довежда до оптимума. Такава обратна връзка, която намалява отклонението от нормата, се нарича негативно мнение.

В допълнение към системите за обратна връзка, стабилността на екосистемата се осигурява от резервирането на функционални компоненти. Например, ако в дадена общност има няколко вида автотрофи, всеки от които се характеризира със собствен температурен оптимум, тогава когато температурата на околната среда варира, скоростта на фотосинтезата на общността като цяло ще остане непроменена.

Хомеостатичните механизми работят в определени граници, извън които неограничената положителна обратна връзка води до смърт на системата, ако допълнителната настройка е невъзможна. С нарастването на стреса системата, въпреки че остава управляема, може да не е в състояние да се върне към предишното си ниво.

Областта на действие на отрицателната обратна връзка може да бъде изобразена като хомеостатично плато (фиг. 12.8). Състои се от стъпала; във всяка стъпка има отрицателна обратна връзка. Преходът от стъпка към стъпка може да се случи в резултат на промяна в "сензора". И така, увеличете или намалете

От гледна точка на екосистемата едно езеро, гора или някакъв друг елемент от природата ни се струва, че се състои от два основни компонента: автотрофен компонент(автотрофен означава самохранещ се), способен да улавя светлинна енергия и да използва прости неорганични вещества за храна, и геротрофен компонент(хетеротрофен означава хранене с готови органични вещества), който разлага, пренарежда и използва сложни вещества, синтезирани от автотрофни организми.

Тези функционални компоненти са подредени в припокриващи се слоеве, като най-голям брой автотрофни организми са разположени в горния слой, където навлиза светлинна енергия, докато интензивната хетеротрофна активност е концентрирана в местата, където органичната материя се натрупва в почвата и тинята.

От гледна точка на структурата е удобно да се разграничат четири компонента на екосистемата: 1) абиотични вещества - основните елементи и компоненти на околната среда; 2) производители - производители, автотрофни елементи (главно зелени растения); 3) големи консуматори или макроконсуматори - хетеротрофни организми (главно животни, които поглъщат други организми или смилат органична материя); 4) декомпозитори или микроконсуматори (наричани още сапрофити или сапробни организми), хетеротрофни организми (главно бактерии и гъбички), които разлагат сложните компоненти на мъртвата протоплазма, абсорбират продуктите на разпадане и освобождават прости вещества, използвани от производителите.

Тези екосистеми са най-екстремните видове, открити в биосферата; те силно подчертават приликите и разликите на всички екосистеми. Сухоземна екосистема (представена от поле, изобразено вляво) и открита водна система (представено от езеро или море, изобразено вдясно) са обитавани от напълно различни организми, с възможното изключение на някои бактерии, които могат да живеят и в двете среди.

Въпреки това основните екологични компоненти присъстват и са активни и в двата вида екосистеми. На сушата автотрофите обикновено са представени от големи растения с корени; докато в дълбоките резервоари ролята на автотрофи се поема от микроскопични растения, суспендирани във вода, т.нар. фитопланктон(фитон - растение; планктон - суспендиран). Като се има предвид определено количество светлина и минерали за определен период от време, най-малките растения могат да произвеждат същото количество храна като големите растения. И двата типа производители осигуряват живот на еднакъв брой консументи и разлагащи. В бъдеще приликите и разликите между сухоземните и водните екосистеми ще бъдат разгледани по-подробно.

За да се разбере връзката между структура и функция, е необходимо да се оцени структурата на екосистемата от различни гледни точки. Връзката между производители и потребители е един вид структура, наречена трофичен(trophe - хранене) и всяко ниво на „храна“ се нарича трофично ниво. Количеството жив материал на различни трофични нива или в популация се нарича „добив от поле“, термин, който се прилага еднакво за растенията и животните. „Реколтата на полето“ може да бъде изразена или чрез броя на организмите на единица площ, или чрез количеството биомаса, т.е. телесното тегло на организмите (живо тегло, сухо тегло, сухо тегло без остатък от пепел, въглеродно тегло, брой калории ), или в някои или други единици, подходящи за целите на сравнението. „Реколтата на полето“ не само представлява потенциална енергия, но играе голяма роля за намаляване на колебанията във физическите условия, а също и като местообитание или жизнено пространство за организмите. По този начин дърветата в гората не само действат като енергийни резерви, които осигуряват храна или гориво, но също така променят климата и осигуряват убежище за птици и хора.

Количеството безжизнен материал, като фосфор, азот и т.н., налично в даден момент, може да се счита за състояние на стабилност или стабилно количество. Необходимо е да се прави разлика между количествата материали и организми, налични в един или друг момент средно за определен период, и скоростта на промяна в състоянието на стабилност и „жътва на полето“ за единица време. Функциите на промяна на скоростите ще бъдат обсъдени подробно, след като се запознаете с някои други аспекти на структурата на екосистемата.

Количеството и разпределението както на неорганични, така и на органични вещества, концентрирани в биомасата или в околната среда, трябва да се считат за важна характеристика на всяка екосистема. Можем да говорим за това в общи линии като за биохимична структура. Например познаването на количеството хлорофил на единица земя или водна повърхност е от голям екологичен интерес. Също така е изключително важно да се знае количеството органични вещества, разтворени във водата. Освен това е необходимо да се представи видовата структура на екосистемата. Екологичната структура отразява не само броя на определени видове, но и видовото разнообразие на екосистемата. Последното се проявява под формата на връзки между видовете и броя на индивидите или биомасата и под формата на дисперсия (пространствено разпределение) на индивидите от всички видове, които съставляват общността.

Трябва да се подчертае, че екосистемите могат да бъдат ограничени до различни размери. Обектът на изследване може да бъде малко езерце, голямо езеро, гора или дори малък аквариум. Всяка единица може да се счита за екосистема, ако съдържа водещи и взаимодействащи компоненти, които създават функционална стабилност поне за кратко време. Нашата биосфера като цяло е поредица от преходи - градиенти (от планини към долини, от брегове към морски дълбини и т.н.), които заедно създават "хемостат", а именно постоянството на химичния състав на въздуха и водата за дълъг период от време. Не е особено важно къде да се очертаят границите между градиентите, тъй като екосистемата е преди всичко функционално единство. Трябва, разбира се, да се отбележи, че в природата често има прекъсвания в градиентите, които осигуряват удобни и функционално логични граници. Така, например, брегът на езеро може да се разбира като правилната граница между две рязко различни екосистеми, а именно езерото и гората. Колкото по-голяма и по-разнообразна е екосистемата, толкова по-стабилна е тя и относително независима от действията на съседни системи. Така цялото езеро може да се разглежда като по-независима единица от част от езерото, но за целите на изследването дори отделна част от езерото може да се счита за екосистема.

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Екосистемата се отнася до ключовите концепции на екологията. Самата дума означава "екологична система". Терминът е предложен от еколога А. Тансли през 1935 г. Една екосистема съчетава няколко концепции:

• Биоценоза - съобщество от живи организми
• Биотопът е местообитанието на тези организми
• Видове връзки между организмите в дадено местообитание
• Метаболизмът, който протича между тези организми в даден биотоп.

Тоест по същество екосистемата е комбинация от компоненти на живата и неживата природа, между които се обменя енергия. И благодарение на този обмен е възможно да се създадат необходимите условия за поддържане на живота. Основата на всяка екосистема на нашата планета е енергията на слънчевата светлина.

За да класифицират екосистемите, учените избраха една характеристика - местообитание. Това прави по-удобно разграничаването на отделните екосистеми, тъй като именно територията определя климатичните, биоенергийните и биологичните характеристики. Нека разгледаме видовете екосистеми.

Естествени екосистемисе образуват на земята спонтанно, с участието на природните сили. Например естествени езера, реки, пустини, планини, гори и др.

Агроекосистемие един от видовете изкуствени екосистеми, създадени от човека. Те се отличават със слаби връзки между компонентите, по-малък видов състав на организмите и изкуствен обмен, но в същото време агроекосистемите са най-продуктивни. Хората ги създават в името на получаването на селскостопански продукти. Примери за агроекосистеми: обработваеми земи, пасища, градини, зеленчукови градини, ниви, засадени гори, изкуствени езера...

Горските екосистеми са съобщества от живи организми, които живеят в дърветата. На нашата планета една трета от земята е заета от гори. Почти половината от тях са тропически. Останалите са иглолистни, широколистни, смесени, широколистни.

В структурата на горската екосистема се разграничават отделни нива. В зависимост от височината на слоя съставът на живите организми се променя.

Основното нещо в горската екосистема са растенията, а основното е един (по-рядко няколко) растителни вида. Всички останали живи организми са или консуматори, или разрушители, по един или друг начин влияят върху метаболизма и енергията...

Растенията и животните са само неразделна част от всяка екосистема. По този начин животните са най-важният природен ресурс, без който съществуването на една екосистема е невъзможно. Те са по-подвижни от растенията. И въпреки факта, че фауната е по-ниска от флората по отношение на видовото разнообразие, именно животните осигуряват стабилността на екосистемата, активно участвайки в метаболизма и енергията.

В същото време всички животни формират генетичния фонд на планетата, живеейки само в онези екологични ниши, където за тях са създадени всички условия за оцеляване и размножаване.

Растенията са основен фактор за съществуването на всяка екосистема. Те най-често са декомпозитори – тоест организми, които преработват слънчевата енергия. А слънцето, както беше отбелязано по-горе, е основата за съществуването на форми на живот на Земята.

Ако разгледаме представителите на флората и фауната отделно, тогава всяко животно и растение представлява микроекосистема на един или друг етап от съществуването. Например, стволът на едно дърво, докато се развива, е една цялостна екосистема. Стволът на паднало дърво е различна екосистема. Същото е и с животните: ембрион в репродуктивен стадий може да се счита за микроекосистема...

Водните екосистеми са системи, адаптирани към живот във вода. Водата е тази, която определя уникалността на общността от живи организми, които живеят в нея. Разнообразието от животински и растителни видове, състоянието и стабилността на водната екосистема зависят от пет фактора:

• Соленост на водата
• Процентът на кислорода, който съдържа
• Прозрачност на водата в резервоар
• Температури на водата
• Наличие на хранителни вещества.

Обичайно е всички водни екосистеми да се разделят на два големи класа: сладководни и морски. Морските води заемат повече от 70% от земната повърхност. Това са океани, морета, солени езера. Има по-малко прясна вода: повечето реки, езера, блата, езера и други по-малки водни басейни...

Стабилността на една екосистема е способността на дадена система да издържа на промени във външни фактори и да поддържа структурата си.

В екологията е обичайно да се разграничават два вида устойчивост на ЕС:

• Устойчиве вид устойчивост, при който една екосистема е в състояние да поддържа своята структура и функционалност непроменени, въпреки промените във външните условия.
• Еластичен— този тип устойчивост е присъща на тези екосистеми, които могат да възстановят своята структура след промяна на условията или дори след унищожаване. Например, когато една гора се възстановява след пожар, те говорят конкретно за еластичната стабилност на екосистемата.
  Човешка екосистема

В човешката екосистема хората ще бъдат доминиращият вид. По-удобно е такива екосистеми да се разделят на области:

Екосистемата е устойчива система от компоненти от жив и нежив произход, в която участват както обекти на неживата природа, така и обекти на живата природа: растения, животни и хора. Всеки човек, независимо от мястото на раждане и местоживеене (било то шумен метрополис или село, остров или голяма земя и т.н.) е част от екосистема....

В момента човешкото влияние върху всяка екосистема се усеща навсякъде. За собствените си цели човекът или унищожава, или подобрява екосистемите на нашата планета.

По този начин разточителното третиране на земята, обезлесяването и пресушаването на блатата се считат за разрушителното въздействие на хората. Обратно, създаването на природни резервати и възстановяването на животинските популации допринася за възстановяването на екологичния баланс на Земята и е творческо влияние на човека върху екосистемите...

Основната разлика между такива екосистеми е методът на тяхното формиране.

естествено,или естествените екосистеми са създадени с участието на природни сили. Човек или няма никакво влияние върху тях, или има влияние, но то е незначително. Най-голямата естествена екосистема е нашата планета.

Изкуствениекосистемите се наричат ​​още антропогенни. Те са създадени от човека с цел получаване на „ползи“ под формата на храна, чист въздух и други продукти, необходими за оцеляване. Примери: градина, зеленчукова градина, ферма, резервоар, оранжерия, аквариум. Дори космически кораб може да се счита за пример за създадена от човека екосистема.

Основните разлики между изкуствените екосистеми и естествените.

Екосистема и нейните свойства

Въведение

Слово "екология"образувано от две гръцки думи: “oicos”, което означава къща, жилище и “logos” - наука и буквално се превежда като наука за дома, местообитанието. Този термин е използван за първи път от немския зоолог Ернст Хекел през 1886 г., определяйки екологията като област на знанието, която изучава икономиката на природата - изследване на общите взаимоотношения на животните с живата и неживата природа, включително всички приятелски и неприятелски отношения с които животните и растенията влизат в пряк или индиректен контакт. Това разбиране за екологията е станало общоприето и днес класическата екология е наука за изучаване на връзките на живите организми с тяхната среда. Жива материя толкова разнообразенче се изучава на различни нива на организацията и от различни ъгли. Нивата на организмите, популацията и екосистемите са сферата на интерес на класическата екология. В зависимост от обекта на изследване и ъгъла, от който се изучава, в екологията са се обособили самостоятелни научни направления. Въз основа на размера на обектите на изследване екологията се разделя на аутекология (организъм и неговата среда), популационна екология (популация и нейната среда), синекология (общности и тяхната среда), биогеоцитология (изучаване на екосистемите) и глобална екология (изучаване на биосферата на Земята). В зависимост от обекта на изследване екологията се разделя на екология на микроорганизмите, гъбите, растенията, животните, човека, агроекология, индустриална (инженерна), екология на човека и др. Въз основа на средата и компонентите се разграничава екологията на земята, пресните водни тела, моретата, пустините, планините и други екологични и географски пространства. Екологията често включва голям брой свързани клонове на знанието, главно в областта на опазването на околната среда. Тази работа разглежда преди всичко основите на общата екология, тоест класическите закони на взаимодействие на живите организми с околната среда.

Екосистема – основното понятие на екологията

Екологични прегледивзаимодействие между живите организми и неживата природа. Това взаимодействие, първо, се осъществява в рамките на определена система (екологична система, екосистема) и, второ, то не е хаотично, а организирано по определен начин, подчинено на закони. Една екосистема е съвкупност от производители, консуматори и детритивни животни, които взаимодействат помежду си и със своята среда чрез обмен на материя, енергия и информация по такъв начин, че тази единична система да остане стабилна за дълъг период от време. По този начин естествената екосистема се характеризира с три характеристики:

1) една екосистема непременно е съвкупност от живи и неживи компоненти
2) в рамките на екосистемата се извършва пълен цикъл, започващ със създаването на органична материя и завършващ с нейното разлагане на неорганични компоненти;
3) екосистемата остава стабилна за известно време, което се осигурява от определена структура от биотични и абиотични компоненти.

Примери за естествени екосистеми са езеро, гора, пустиня, тундра, земя, океан, биосфера. Както се вижда от примерите, по-простите екосистеми са включени в по-сложно организираните. В същото време се реализира йерархия на организация на системите, в случая екологични. По този начин структурата на природата трябва да се разглежда като системно цяло, състоящ се от екосистеми, вложени една в друга, най-високата от които е уникална глобална екосистема - биосферата. В нейната рамка енергията и материята се обменят между всички живи и неживи компоненти в планетарен мащаб. Катастрофата, заплашваща цялото човечество, е, че една от характеристиките, които трябва да притежава една екосистема, е нарушена: биосферата като екосистема е била извадена от състояние на стабилност от човешката дейност. Поради своя мащаб и разнообразие от взаимовръзки, той не трябва да умира от това, той ще премине в ново стабилно състояние, като в същото време ще промени структурата си, първо неодушевено, а след това неизбежно и живо. Човекът като биологичен вид има по-малък шанс от другите да се адаптира към нови, бързо променящи се външни условия и най-вероятно ще изчезне пръв. Поучителен и ярък пример за това е историята на Великденския остров. На един от полинезийските острови, наречен Великденски остров, в резултат на сложни миграционни процеси през 7 век възниква затворена цивилизация, изолирана от целия свят. В благоприятен субтропичен климат, в продължение на стотици години на съществуване, той достигна определени висоти на развитие, създавайки уникална култура и писменост, които са неразгадаеми и до днес. И през 17-ти век той загива безследно, като първо унищожава флората и фауната на острова, а след това се самоунищожава в прогресивно дивачество и канибализъм. Последните островитяни вече нямаха волята и материалите да строят животоспасяващи „Ноеви ковчеги” – лодки или салове. В памет на себе си изчезналата общност остави полупустинен остров с гигантски каменни фигури - свидетели на някогашната му мощ. И така, екосистемата е най-важната структурна единица от структурата на околния свят. Както се вижда от фиг. 1 (виж приложението), основата на екосистемите се състои от жива материя, характеризираща се с биотична структура и местообитание, обусловено от комбинация от фактори на околната среда. Нека ги разгледаме по-подробно.

Биотична структура на екосистемите

Една екосистема се основава на единството на жива и нежива материя.Същността на това единство се проявява в следното. От елементи на неживата природа, главно молекули CO2 и H2O, под въздействието на слънчевата енергия се синтезират органични вещества, които изграждат целия живот на планетата. Процесът на създаване на органична материя в природата протича едновременно с обратния процес - потреблението и разлагането на това вещество отново до първоначалните му неорганични съединения. Комбинацията от тези процеси се случва в екосистеми от различни нива на йерархия. За да бъдат балансирани тези процеси, природата е изработила определена структура на живата материя на системата в продължение на милиарди години. Движещата сила във всяка материална система е енергията. Той идва в екосистемите главно от Слънцето.. Растенията, благодарение на съдържащия се в тях пигмент хлорофил, улавят енергията на слънчевата радиация и я използват, за да синтезират основата на всяко органично вещество - глюкоза C6H12O6.
По този начин кинетичната енергия на слънчевата радиация се преобразува в потенциална енергия, съхранявана от глюкозата. От глюкоза, заедно с минерални хранителни вещества, получени от почвата - биогени - се образуват всички тъкани на растителния свят - протеини, въглехидрати, мазнини, липиди, ДНК, РНК, тоест органичната материя на планетата.
В допълнение към растенията, някои бактерии могат да произвеждат органични вещества. Те създават своите тъкани, като съхраняват в тях, подобно на растенията, потенциална енергия от въглероден диоксид без участието на слънчева енергия. Вместо това те използват енергия, която се генерира от окисляването на неорганични съединения, като амоняк, желязо и особено сяра (в дълбоки океански басейни, където слънчевата светлина не прониква, но където сероводородът се натрупва в изобилие, са открити уникални екосистеми). Това е така наречената енергия на химичния синтез, поради което организмите се наричат ​​хемосинтетични. Така растенията и хемосинтетиците създават органична материя от неорганични компоненти, използвайки енергия от околната среда. Те се наричат ​​производители или автотрофи. Освобождаването на потенциална енергия, съхранявана от производителите, осигурява съществуването на всички други видове живот на планетата. Видовете, които консумират органична материя, създадена от производителите като източник на материя и енергия за своята жизнена дейност, се наричат ​​консументи или хетеротрофи. Потребители- това са голямо разнообразие от организми (от микроорганизми до сини китове): протозои, насекоми, влечуги, риби, птици и накрая бозайници, включително хора. Потребителите, от своя страна, се разделят на редица подгрупи според разликите в техните хранителни източници. Животните, които се хранят директно с производителите, се наричат ​​първични потребители или потребители от първи ред. Самите те се консумират от вторични потребители. Например, заек, който яде моркови, е консуматор от първи ред, а лисица, която ловува заек, е консуматор от втори ред. Някои видове живи организми отговарят на няколко такива нива. Например, когато човек яде зеленчуци, той е консуматор от първи ред, говеждо е консуматор от втори ред, а когато яде хищна риба, той действа като консуматор от трети ред.

Наричат ​​се първични консументи, които се хранят само с растения тревопасни или фитофаги.Потребители втори и по-високи разряди- месоядни животни. Видовете, които се хранят както с растения, така и с животни, се класифицират като всеядни, като хората. Мъртвите растителни и животински останки, като паднали листа, животински трупове, продукти на отделителната система, се наричат детрит.Това е органично! Има много организми, които се специализират в храненето с детрит. Те се наричат ​​детритивори. Примерите включват лешояди, чакали, червеи, раци, термити, мравки и др. Както в случая с обикновените консуматори, има първични детритояди, хранещи се директно с детрит, вторични и т.н. И накрая, значителна част от детрита в екосистемата, по-специално паднали листа, мъртва дървесина, в оригиналната си форма не се изяжда от животни, но гние и се разлага в процеса на хранене на гъбички и бактерии. Тъй като ролята на гъбите и бактериите е толкова специфична, те обикновено се класифицират като специална група детритивни животни и се наричат разлагачи.Декомпозиторите служат като санитари на Земята и затварят биогеохимичния цикъл на веществата, разграждайки органичната материя до нейните първоначални неорганични компоненти - въглероден диоксид и вода. Така, въпреки разнообразието на екосистемите, всички те имат структурни прилики. Във всеки от тях е възможно да се разграничат фотосинтезиращи растения - продуценти, различни нива на консументи, детритивни и разлагащи. Те съставляват биотичната структура на екосистемите.

Фактори на околната среда

Неживата и жива природа, заобикаляща растенията, животните и хората, се нарича местообитание. Множеството отделни компоненти на околната среда, които влияят на организмите, се наричат ​​фактори на околната среда. Според естеството на произхода се разграничават абиотични, биотични и антропогенни фактори. Абиотичните фактори са свойства на неживата природа, които пряко или косвено влияят на живите организми. Биотичните фактори са всички форми на влияние на живите организми един върху друг. Преди това човешкото влияние върху живите организми също беше класифицирано като биотични фактори, но сега се разграничава специална категория фактори, генерирани от хората. Антропогенните фактори са всички форми на дейност на човешкото общество, които водят до промени в природата като местообитание и други видове и пряко влияят върху живота им. По този начин всеки жив организъм се влияе от неживата природа, организми от други видове, включително хора, и от своя страна засяга всеки един от тези компоненти.

Закони за влиянието на факторите на околната среда върху живите организми

Въпреки разнообразието от фактори на околната среда и различното естество на техния произход, съществуват някои общи правила и закономерности на тяхното въздействие върху живите организми. За да живеят организмите, е необходима определена комбинация от условия. Ако всички условия на средата са благоприятни, с изключение на едно, то това условие става решаващо за живота на съответния организъм. Ограничава (ограничава) развитието на организма, затова се нарича ограничаващ фактор. Първоначално беше установено, че развитието на живите организми е ограничено от липсата на който и да е компонент, например минерални соли, влага, светлина и др. В средата на 19 век немският органичен химик Юстас Либих е първият, който експериментално доказва, че растежът на растенията зависи от хранителния елемент, който присъства в относително минимални количества. Той нарече това явление закона на минимума; в чест на автора се нарича още закон на Либих. В съвременната си формулировка законът за минимума звучи така: издръжливостта на един организъм се определя от най-слабото звено във веригата на неговите екологични нужди. Въпреки това, както се оказа по-късно, не само дефицит, но и излишък на фактор може да бъде ограничаващ, например загуба на реколта поради дъжд, пренасищане на почвата с торове и др. Концепцията, че наред с минимума ограничаващ фактор може да бъде и максимумът, е въведена 70 години след Либих от американския зоолог У. Шелфорд, който формулира закона за толерантността. Според закона на толерантността, ограничаващият фактор за просперитета на една популация (организъм) може да бъде или минимално, или максимално въздействие върху околната среда, а диапазонът между тях определя количеството на издръжливост (граница на толерантност) или екологичната валентност на организма. към даден фактор. Благоприятният диапазон на действие на фактор на околната среда се нарича зона на оптимум (нормална жизнена активност). Колкото по-значително е отклонението на действието на даден фактор от оптималното, толкова повече този фактор потиска жизнената активност на населението. Този диапазон се нарича зона на инхибиране. Максималните и минималните преносими стойности на даден фактор са критични точки, отвъд които съществуването на организъм или популация вече не е възможно. В съответствие със закона за толерантността всеки излишък на материя или енергия се оказва замърсител. По този начин излишната вода дори в сухите райони е вредна и водата може да се счита за общ замърсител, въпреки че е абсолютно необходима в оптимални количества. По-специално, излишната вода предотвратява нормалното образуване на почвата в черноземната зона. Видовете, чието съществуване изисква строго определени условия на околната среда, се наричат ​​стенобиотични, а видовете, които се адаптират към екологична ситуация с широк диапазон от промени в параметрите, се наричат ​​еврибиотични. Сред законите, които определят взаимодействието на индивид или индивид с околната среда, ние подчертаваме правилото за съответствие на условията на околната среда с генетичната предопределеност на организма. Той гласи, че даден вид организми може да съществува, докато естествената среда, която го заобикаля, съответства на генетичните способности за адаптиране на този вид към неговите колебания и промени.

Абиотични фактори на околната среда

Абиотични фактори - това са свойствата на неживата природа,които пряко или косвено засягат живите организми. На фиг. Таблица 5 (виж приложението) показва класификацията на абиотичните фактори. Нека започнем разглеждането си с климатичните фактори на външната среда. Температурата е най-важният климатичен фактор. От това зависи интензивността на метаболизма на организмите и тяхното географско разпространение. Всеки организъм е способен да живее в определен температурен диапазон. И въпреки че тези интервали са различни за различните видове организми (евритермни и стенотермни), за повечето от тях зоната на оптимални температури, при които жизнените функции се извършват най-активно и ефективно, е сравнително малка. Температурният диапазон, в който може да съществува живот, е приблизително 300 C: от -200 до +100 пр.н.е. Но повечето видове и по-голямата част от активността са ограничени до още по-тесен диапазон от температури. Някои организми, особено тези в латентна фаза, могат да оцелеят поне известно време при много ниски температури. Някои видове микроорганизми, главно бактерии и водорасли, могат да живеят и да се размножават при температури, близки до точката на кипене. Горната граница за изворните бактерии е 88 С, за синьо-зелените водорасли - 80 С, а за най-устойчивите риби и насекоми - около 50 С. По правило горните гранични стойности на фактора са по-критични от долните, въпреки че много организми близо до горните граници на обхвата на поносимост функционират по-ефективно. Водните животни са склонни да имат по-тесен диапазон на температурна толерантност от сухоземните животни, тъй като температурният диапазон във водата е по-малък, отколкото на сушата. Следователно температурата е важен и много често ограничаващ фактор. Температурните ритми до голяма степен контролират сезонната и дневната активност на растенията и животните.

Валежи и влажност- основните величини, измерени при изследване на този фактор. Количеството на валежите зависи главно от пътищата и характера на големите движения на въздушните маси. Например ветровете, духащи от океана, оставят по-голямата част от влагата по склоновете, обърнати към океана, което води до „дъждовна сянка“ зад планините, което допринася за образуването на пустиня. Придвижвайки се във вътрешността, въздухът натрупва известно количество влага и количеството на валежите отново се увеличава. Пустините обикновено се намират зад високи планински вериги или по крайбрежието, където ветровете духат от обширни вътрешни сухи зони, а не от океана, като пустинята Нами в Югозападна Африка. Разпределението на валежите по сезони е изключително важен ограничаващ фактор за организмите. Влажността е параметър, характеризиращ съдържанието на водни пари във въздуха. Абсолютната влажност е количеството водна пара на единица обем въздух. Поради зависимостта на количеството пара, задържана от въздуха, от температурата и налягането, беше въведено понятието относителна влажност - това е отношението на парата, съдържаща се във въздуха, към наситената пара при дадена температура и налягане. Тъй като в природата има дневен ритъм на влажността - повишаване през нощта и намаляване през деня, както и нейните колебания по вертикала и хоризонтала, този фактор, заедно със светлината и температурата, играе важна роля в регулирането на дейността на организмите. Снабдяването с повърхностна вода, достъпна за живите организми зависи от количеството на валежитев дадена област, но тези стойности не винаги съвпадат. По този начин, използвайки подземни източници, където водата идва от други райони, животните и растенията могат да получат повече вода, отколкото да я получат с валежи. Обратно, дъждовната вода понякога веднага става недостъпна за организмите. Радиацията от Слънцето се състои от електромагнитни вълни с различна дължина. Той е абсолютно необходим за живата природа, тъй като е основният външен източник на енергия. Трябва да се има предвид, че спектърът на електромагнитното излъчване от Слънцето е много широк и неговите честотни диапазони влияят на живата материя по различни начини.

За живата материя са важни качествените характеристики на светлината - дължина на вълната, интензитет и продължителност на облъчване. Йонизиращото лъчение избива електрони от атомите и ги прикрепя към други атоми, за да образуват двойки положителни и отрицателни йони. Неговият източник са радиоактивни вещества, съдържащи се в скалите, освен това идва от космоса. Различните видове живи организми се различават значително по способността си да издържат на големи дози радиационно облъчване. Повечето изследвания показват, че бързо делящите се клетки са най-чувствителни към радиация. При висшите растения чувствителността към йонизиращо лъчение е правопропорционална на размера на клетъчното ядро ​​или по-точно на обема на хромозомите или съдържанието на ДНК. Газовият състав на атмосферата също е важен климатичен фактор. Преди приблизително 3-3,5 милиарда години атмосферата е съдържала азот, амоняк, водород, метан и водни пари и в нея е нямало свободен кислород. Съставът на атмосферата до голяма степен се определя от вулканични газове. Поради липсата на кислород не е имало озонов екран, който да блокира ултравиолетовото лъчение от Слънцето. С течение на времето, поради абиотични процеси, кислородът започва да се натрупва в атмосферата на планетата и започва образуването на озоновия слой. Вятърът може дори да промени външния вид на растенията, особено в тези местообитания, например в алпийските зони, където други фактори имат ограничаващ ефект. Експериментално е доказано, че в открити планински местообитания вятърът ограничава растежа на растенията: когато е построена стена, за да предпази растенията от вятъра, височината на растенията се увеличава. Бурите са от голямо значение, въпреки че ефектът им е чисто локален. Ураганите и обикновените ветрове могат да пренасят животни и растения на големи разстояния и по този начин да променят състава на общностите. Атмосферното налягане не изглежда пряко ограничаващ фактор, но е пряко свързано с времето и климата, които имат пряк ограничаващ ефект.

Водните условия създават уникално местообитание за организмите, различаващи се от подземните води предимно по плътност и вискозитет. Плътността на водата е приблизително 800 пъти, а вискозитетът е приблизително 55 пъти по-висок от този на въздуха. Наред с плътността и вискозитета, най-важните физични и химични свойства на водната среда са: температурна стратификация, тоест промени в температурата по дълбочината на водното тяло и периодични промени в температурата във времето, както и прозрачността на водата, която определя светлинния режим под повърхността му: фотосинтеза на зелени и лилави водорасли, фитопланктон, висши растения. Както в атмосферата, газовият състав на водната среда играе важна роля. Във водните местообитания количеството кислород, въглероден диоксид и други газове, разтворени във водата и следователно достъпни за организмите, варира значително с времето. Във водоеми с високо съдържание на органична материя кислородът е ограничаващ фактор от първостепенно значение. Киселинността - концентрацията на водородни йони (pH) - е тясно свързана с карбонатната система. Стойността на pH варира в диапазона от 0 pH до 14: при pH = 7 средата е неутрална, при pH<7 - кислая, при рН>7 - алкален. Ако киселинността не се доближава до екстремни стойности, тогава общностите са в състояние да компенсират промените в този фактор - толерантността на общността към диапазона на pH е много значителна. Водите с ниско pH съдържат малко хранителни вещества, така че продуктивността е изключително ниска. Соленост - съдържание на карбонати, сулфати, хлориди и др. - е друг значим абиотичен фактор във водните тела. В сладките води има малко соли, от които около 80% са карбонати. Съдържанието на минерали в Световния океан е средно 35 g/l. Организмите в открития океан обикновено са стенохалинни, докато крайбрежните соленоводни организми обикновено са еврихалинни. Концентрацията на сол в телесните течности и тъкани на повечето морски организми е изотонична с концентрацията на сол в морската вода, така че няма проблеми с осморегулацията. Течението не само силно влияе върху концентрацията на газове и хранителни вещества, но и пряко действа като ограничаващ фактор. Много речни растения и животни са морфологично и физиологично специално адаптирани да поддържат позицията си в потока: те имат добре дефинирани граници на толерантност към фактора на потока. Хидростатичното налягане в океана е от голямо значение. При потапяне във вода от 10 m налягането се увеличава с 1 atm (105 Pa). В най-дълбоката част на океана налягането достига 1000 atm (108 Pa). Много животни са в състояние да понасят внезапни колебания в налягането, особено ако нямат свободен въздух в телата си. В противен случай може да се развие газова емболия. Високите налягания, характерни за големи дълбочини, като правило инхибират жизнените процеси.

Почвата

Почвата е слой от материал, лежащ върху скалите на земната кора.. Руски учен - естествоизпитател Василий Василиевич Докучаевпрез 1870 г. той е първият, който разглежда почвата като динамична, а не инертна среда. Той доказа, че почвата непрекъснато се променя и развива, а в нейната активна зона протичат химични, физични и биологични процеси. Почвата се формира чрез сложно взаимодействие на климат, растения, животни и микроорганизми. Съставът на почвата включва четири основни структурни компонента: минерална основа (обикновено 50-60% от общия състав на почвата), органична материя (до 10%), въздух (15-25%) и вода (25-30%). . Минералният скелет на почвата е неорганичният компонент, който се образува от основната скала в резултат на нейното изветряне. Почвената органична материя се образува от разлагането на мъртви организми, техните части и екскременти. Ненапълно разложените органични останки се наричат ​​отпадъци, а крайният продукт от разлагането - аморфно вещество, в което вече не е възможно да се разпознае оригиналният материал - се нарича хумус.Благодарение на своите физични и химични свойства, хумусът подобрява структурата и аерацията на почвата и повишава способността за задържане на вода и хранителни вещества. Почвата е дом на много видове растителни и животински организми, които влияят върху нейните физикохимични характеристики: бактерии, водорасли, гъби или протозои, червеи и членестоноги. Тяхната биомаса в различни почви е еднаква (kg/ha): бактерии 1000-7000, микроскопични гъби - 100-1000, водорасли 100-300, членестоноги - 1000, червеи 350-1000. Основният топографски фактор е надморската височина. С надморската височина средните температури намаляват, дневните температурни разлики се увеличават, валежите, скоростта на вятъра и интензивността на радиацията се увеличават, атмосферното налягане и концентрациите на газове намаляват. Всички тези фактори влияят върху растенията и животните, причинявайки вертикална зоналност. Планинските вериги могат да действат като климатични бариери. Планините служат и като бариери за разпространението и миграцията на организмите и могат да играят ролята на ограничаващ фактор в процесите на видообразуване.
Друг топографски фактор е изложението на склона. В северното полукълбо склоновете с южно изложение получават повече слънчева светлина, така че интензитетът на светлината и температурата тук са по-високи, отколкото в дъното на долините и склоновете със северно изложение. В южното полукълбо се наблюдава обратната ситуация. Важен релефен фактор е и стръмността на склона. Стръмните склонове се характеризират с бързо оттичане и отмиване на почвата, така че почвите тук са тънки и по-сухи. За абиотичните условия са валидни всички разгледани закони за влиянието на факторите на околната среда върху живите организми. Познаването на тези закони ни позволява да отговорим на въпроса: защо са се образували различни екосистеми в различни региони на планетата? Основната причина са уникалните абиотични условия на всеки регион.

Биотични взаимоотношения и ролята на видовете в екосистемата

Области на разпространение и численост на организмите от всеки видса ограничени не само от условията на външната нежива среда, но и от взаимоотношенията им с организми от други видове. Непосредствената жизнена среда на организма представлява неговата биотична среда, а факторите на тази среда се наричат ​​биотични. Представители на всеки вид могат да съществуват в среда, където връзките с други организми им осигуряват нормални условия на живот. Нека разгледаме характерните черти на взаимоотношенията от различни видове. Конкуренцията е най-всеобхватният тип взаимоотношения в природата, при който две популации или два индивида, в борбата за необходимите условия за живот, си влияят отрицателно. Конкуренцията може да бъде вътрешновидова и междувидова. Вътрешноспецифичната конкуренция възниква между индивиди от един и същи вид, междувидова конкуренция възниква между индивиди от различни видове. Конкурентното взаимодействие може да засяга жизнено пространство, храна или хранителни вещества, светлина, подслон и много други жизненоважни фактори. Междувидовата конкуренция, независимо какво стои в основата й, може да доведе или до установяване на равновесие между два вида, или до замяна на популацията на един вид с популация на друг, или до факта, че един вид ще измести друг на друго място или да го принуди да се премести на друго място.използване на други ресурси. Установено е, че два еднакви по отношение на екологията и потребностите си вида не могат да съжителстват на едно място и рано или късно единият конкурент измества другия. Това е така нареченият принцип на изключване или принцип на Гаузе.

1) взаимоотношенията между живите организми са един от основните регулатори на броя и пространственото разпределение на организмите в природата;

2) отрицателните взаимодействия между организмите се появяват в началните етапи на развитие на общността или в нарушени природни условия; в наскоро създадени или нови асоциации, вероятността от възникване на силни негативни взаимодействия е по-голяма, отколкото в стари асоциации;

3) в процеса на еволюция и развитие на екосистемите се разкрива тенденция за намаляване на ролята на отрицателните взаимодействия за сметка на положителните, които увеличават оцеляването на взаимодействащите видове.

Човек трябва да вземе предвид всички тези обстоятелства, когато извършва мерки за управление на екологични системи и отделни популации, за да ги използва в свои интереси, както и да предвиди косвените последици, които могат да възникнат.

Функциониране на екосистемата

Енергия в екосистемите.

Спомнете си, че екосистемата е съвкупност от живи организми непрекъснат обмен на енергия, материя и информация помежду си и с околната среда. Нека първо разгледаме процеса на обмен на енергия. Енергията се определя като способност за производство на работа. Свойствата на енергията се описват от законите на термодинамиката.
Първият закон (закон) на термодинамиката или законът за запазване на енергията гласи, че енергията може да преминава от една форма в друга, но не изчезва или се създава наново. Втори закон (начало) на термодинамикатаили законът за ентропията гласи, че в затворена система ентропията може само да нараства. По отношение на енергията в екосистемите е удобна следната формулировка: процесите, свързани с енергийните трансформации, могат да възникнат спонтанно само ако енергията премине от концентрирана форма в разпръсната, т.е. разгражда се. Мярката за количеството енергия, което става недостъпно за използване, или по друг начин мярката за промяната в реда, която настъпва по време на разграждането на енергията, е ентропията. Колкото по-висок е редът на системата, толкова по-ниска е нейната ентропия. По този начин всяка жива система, включително екосистема, поддържа жизнената си дейност благодарение, първо, на наличието в околната среда на излишък от свободна енергия (енергията на Слънцето); второ, способността, поради дизайна на неговите компоненти, да улавя и концентрира тази енергия и когато се използва, да я разсейва в околната среда. По този начин, първо улавянето и след това концентрирането на енергия с прехода от едно трофично ниво към друго осигурява увеличаване на подредеността и организацията на живата система, тоест намаляване на нейната ентропия.

Енергия и продуктивност на екосистемата

И така, животът в една екосистема се поддържа благодарение на непрекъснатото преминаване на енергия през живата материя, прехвърлена от едно трофично ниво на друго; В същото време има постоянна трансформация на енергия от една форма в друга. Освен това, по време на енергийните трансформации, част от нея се губи под формата на топлина.
Тогава възниква въпросът: в какви количествени отношения и съотношения трябва да бъдат помежду си членовете на съобществото от различни трофични нива в екосистемата, за да задоволят енергийните си нужди?

Целият енергиен резерв е концентриран в масата на органичната материя- биомаса, следователно интензивността на образуване и разрушаване на органична материя на всяко ниво се определя от преминаването на енергия през екосистемата (биомасата винаги може да бъде изразена в енергийни единици). Скоростта на образуване на органична материя се нарича продуктивност. Различават се първична и вторична производителност. Във всяка екосистема се образува и унищожава биомаса, като тези процеси се определят изцяло от живота на долното трофично ниво – продуцентите. Всички останали организми консумират само вече създадената от растенията органична материя и следователно общата продуктивност на екосистемата не зависи от тях. Високи нива на производство на биомаса се наблюдават в естествени и изкуствени екосистеми, където абиотичните фактори са благоприятни и особено когато се доставя допълнителна енергия отвън, което намалява собствените разходи на системата за поддържане на живота. Тази допълнителна енергия може да дойде в различни форми: например в обработваема нива - под формата на енергия от изкопаеми горива и работа, извършена от хора или животни. По този начин, за да се осигури енергия на всички индивиди от общност от живи организми в една екосистема, е необходимо определено количество енергия. количествено съотношение между производителите, консументи от различни разреди, детритивори и разлагащи. Въпреки това, за жизнената дейност на всеки организъм и следователно на системата като цяло, само енергията не е достатъчна, те трябва да получават различни минерални компоненти, микроелементи и органични вещества, необходими за изграждането на молекулите на живата материя.

Цикъл на елементите в една екосистема

Откъде в живата материя първоначално идват компонентите, необходими за изграждането на един организъм? Те се доставят в хранителната верига от едни и същи производители. Те извличат неорганични минерали и вода от почвата, CO2 от въздуха, а от глюкозата, образувана при фотосинтезата, с помощта на хранителни вещества изграждат допълнително сложни органични молекули – въглехидрати, протеини, липиди, нуклеинови киселини, витамини и др. За да бъдат необходимите елементи достъпни за живите организми, те трябва да са на разположение по всяко време. В тази връзка се осъществява законът за запазване на материята. Удобно е да го формулираме по следния начин: атомите в химичните реакции никога не изчезват, не се образуват и не се превръщат един в друг; те само се пренареждат, за да образуват различни молекули и съединения (в същото време енергията се абсорбира или освобождава). Поради това атомите могат да се използват в голямо разнообразие от съединения и техният запас никога не се изчерпва. Точно това се случва в естествените екосистеми под формата на цикли от елементи. В този случай се разграничават два цикъла: голям (геоложки) и малък (биотичен). Водният цикъл е един от най-големите процеси на повърхността на земното кълбо. Той играе основна роля в свързването на геоложки и биотични цикли. В биосферата водата, преминавайки непрекъснато от едно състояние в друго, прави малки и големи цикли. Изпарението на водата от повърхността на океана, кондензацията на водните пари в атмосферата и валежите на повърхността на океана образуват малък цикъл. Ако водните пари се носят от въздушни течения към сушата, цикълът става много по-сложен. В този случай част от валежите се изпаряват и се връщат обратно в атмосферата, другата захранва реки и резервоари, но в крайна сметка отново се връща в океана чрез речен и подземен отток, като по този начин завършва големия цикъл. Важно свойство на водния цикъл е, че взаимодействайки с литосферата, атмосферата и живата материя, той свързва всички части на хидросферата: океана, реките, почвената влага, подпочвените води и атмосферната влага. Водата е най-важният компонент на всички живи същества. Подземните води, прониквайки през растителната тъкан по време на процеса на транспирация, въвеждат минерални соли, необходими за живота на самите растения. Обобщавайки законите на функционирането на екосистемата, нека отново формулираме основните им разпоредби:

1) естествените екосистеми съществуват благодарение на незамърсяваща безплатна слънчева енергия, чието количество е прекомерно и относително постоянно;

2) преносът на енергия и материя през общността от живи организми в екосистемата се извършва по хранителната верига; всички видове живи същества в една екосистема се делят според функциите, които изпълняват в тази верига на производители, консументи, детритивни и разлагащи – това е биотичната структура на общността; количественото съотношение на броя на живите организми между трофичните нива отразява трофичната структура на общността, която определя скоростта на преминаване на енергия и материя през общността, тоест продуктивността на екосистемата;

3) естествените екосистеми, поради своята биотична структура, поддържат стабилно състояние за неопределено време, без да страдат от изчерпване на ресурсите и замърсяване от собствените си отпадъци; получаването на ресурси и освобождаването от отпадъците се случват в рамките на цикъла на всички елементи.

Въздействието на човека върху екосистемата

Въздействието на човека върху околната среда може да се разглежда в различни аспекти, в зависимост от целта на изследването на този въпрос. От екологична гледна точка представлява интерес отчитане на човешкото въздействиевърху екологичните системи от гледна точка на съответствието или противоречието на човешките действия с обективните закони на функциониране на природните екосистеми. Въз основа на виждането за биосферата като глобална екосистема, цялото многообразие на човешките дейности в биосферата води до промени в: състава на биосферата, циклите и баланса на съставните й вещества; енергиен баланс на биосферата; биота. Посоката и степента на тези промени са такива, че самият човек ги е нарекъл екологична криза. Съвременната екологична криза се характеризира със следните прояви:

Постепенна промяна в климата на планетата поради промени в баланса на газовете в атмосферата;
- общо и локално (над полюсите, отделни земни площи) разрушаване на озоновия екран на биосферата;
- замърсяване на Световния океан с тежки метали, сложни органични съединения, петролни продукти, радиоактивни вещества, насищане на водите с въглероден диоксид;
- нарушаване на естествените екологични връзки между океанските и сухоземните води в резултат на изграждането на язовири на реките, което води до промени в твърдия отток, пътищата за хвърляне на хайвера и др.;
- замърсяване на атмосферата с образуване на киселинни валежи, силно токсични вещества в резултат на химични и фотохимични реакции;
- замърсяване на земните води, включително речните води, използвани за питейно водоснабдяване, със силно токсични вещества, включително диоксини, тежки метали, феноли;
- опустиняване на планетата;
- деградация на почвения слой, намаляване на площта на плодородната земя, подходяща за селско стопанство;
- радиоактивно замърсяване на определени територии поради погребване на радиоактивни отпадъци, техногенни аварии и др.;
- натрупване на битови отпадъци и промишлени отпадъци върху земната повърхност, особено практически неразградими пластмаси;
- намаляване на площите на тропическите и северните гори, което води до дисбаланс на атмосферните газове, включително намаляване на концентрацията на кислород в атмосферата на планетата;
- замърсяване на подземното пространство, включително подпочвените води, което го прави негодно за водоснабдяване и застрашава все още слабо изучения живот в литосферата;
- масово и бързо, лавинообразно изчезване на видове жива материя;
- влошаване на жизнената среда в населените места, особено градските;
- общо изчерпване и липса на природни ресурси за развитие на човека;
- промени в размера, енергийната и биогеохимичната роля на организмите, реформиране на хранителните вериги, масово размножаване на определени видове организми;
- нарушаване на йерархията на екосистемите, увеличаване на системното еднообразие на планетата.

Заключение

Когато екологичните проблеми станаха център на вниманието на световната общност в средата на 60-те години на ХХ век, възникна въпросът: колко време остава на човечеството? Кога ще започне да извлича ползите от пренебрегването на околната среда? Учените са изчислили: след 30-35г. Това време дойде. Ние стана свидетел на глобална екологична криза,причинени от човешка дейност. Последните тридесет години обаче не са били напразни: създадена е по-солидна научна основа за разбиране на екологичните проблеми, формирани са регулаторни органи на всички нива, организирани са множество обществени екологични групи, приети са полезни закони и разпоредби, и са постигнати някои международни споразумения. Отстраняват се обаче главно последствията, а не причините от настоящата ситуация. Например, хората използват все повече и повече продукти за контрол на замърсяването върху колите и се опитват да извличат все повече и повече петрол, вместо да поставят под съмнение самата нужда от задоволяване на прекомерни нужди. Хуманност безнадеждно се опитва да спасиот изчезване, няколко вида, без да обръщат внимание на собствената си демографска експлозия, заличавайки естествените екосистеми от лицето на земята. Основният извод от разгледания в учебника материал е абсолютно ясен: системите, които противоречат на природните принципи и закони, са неустойчиви. Опитите за запазването им стават все по-скъпи и трудни и при всички случаи са обречени на провал. За вземане на дългосрочни решения е необходимо да се обърне внимание на принципите, които определят устойчивото развитие, а именно:

Стабилизиране на популацията;
- преминаване към по-енерго- и ресурсоспестяващ начин на живот;
- развитие на екологично чисти енергийни източници;
- създаване на малоотпадни индустриални технологии;
- рециклиране на отпадъци;
- създаване на балансирано земеделско производство, което не изчерпва почвените и водните ресурси и не замърсява земята и храната;
- опазване на биологичното разнообразие на планетата.

Библиография

1. Небел Б. Наука за околната среда: Как работи светът: В 2 тома - М.: Мир, 1993 г.
2. Одум Ю. Екология: В 2 тома - М.: Мир, 1986.
3. Reimers N. F. Защита на природата и околната среда на човека: Речник-справочник. - М.: Образование, 1992. - 320 с.
4. Стадницки Г.В., Родионов А.И. Екология.
5. М.: Висше. училище, 1988. - 272 с.

Екосистемите са едно от ключовите понятия на екологията, която е система, която включва няколко компонента: общност от животни, растения и микроорганизми, характерно местообитание, цяла система от взаимоотношения, чрез които се осъществява обменът на вещества и енергии.

В науката има няколко класификации на екосистемите. Едната от тях разделя всички известни екосистеми на два големи класа: естествени, създадени от природата, и изкуствени, създадени от човека. Нека разгледаме всеки от тези класове по-подробно.

Естествени екосистеми

Както беше отбелязано по-горе, естествените екосистеми са се образували в резултат на действието на природни сили. Те се характеризират с:

• Тясна връзка между органичните и неорганичните вещества
• Пълен, затворен кръг от кръговрата на веществата: започвайки от появата на органична материя и завършвайки с нейното разпадане и разлагане на неорганични компоненти.
• Устойчивост и способност за самолечение.

Всички природни екосистеми се определят от следните характеристики:

• 1. Видова структура: броят на всеки вид животно или растение се регулира от природните условия.
  2. Пространствена структура: всички организми са подредени в строга хоризонтална или вертикална йерархия. Например в горска екосистема нивата са ясно разграничени; във водна екосистема разпределението на организмите зависи от дълбочината на водата.
  3. Биотични и абиотични вещества. Организмите, които изграждат екосистемата, се делят на неорганични (абиотични: светлина, въздух, почва, вятър, влажност, налягане) и органични (биотични – животни, растения).
  4. От своя страна биотичният компонент е разделен на производители, потребители и разрушители. Производителите включват растения и бактерии, които използват слънчева светлина и енергия, за да създадат органична материя от неорганични вещества. Консуматорите са животни и месоядни растения, които се хранят с тази органична материя. Разрушителите (гъбички, бактерии, някои микроорганизми) са венецът на хранителната верига, тъй като те извършват обратния процес: органичните вещества се превръщат в неорганични вещества.

Пространствените граници на всяка естествена екосистема са много произволни. В науката е обичайно тези граници да се определят от естествените контури на релефа: например блато, езеро, планини, реки. Но като цяло всички екосистеми, които съставляват биочерупката на нашата планета, се считат за отворени, тъй като взаимодействат с околната среда и с космоса. В най-общ план картината изглежда така: живите организми получават енергия, космически и земни вещества от околната среда, а изходът е утаечни скали и газове, които в крайна сметка излизат в космоса.

Всички компоненти на естествената екосистема са тясно свързани помежду си. Принципите на тази връзка се развиват в продължение на години, понякога векове. Но точно затова те стават толкова стабилни, тъй като тези връзки и климатичните условия определят видовете животни и растения, които живеят в даден район. Всеки дисбаланс в естествена екосистема може да доведе до нейното изчезване или изчезване. Такова нарушение може да бъде например обезлесяване или унищожаване на популация от определен животински вид. В този случай хранителната верига незабавно се прекъсва и екосистемата започва да се „проваля“.

Между другото, въвеждането на допълнителни елементи в екосистемите също може да го наруши. Например, ако човек започне да отглежда животни в избраната екосистема, които първоначално не са били там. Ярко потвърждение за това е отглеждането на зайци в Австралия. Първоначално това беше от полза, тъй като в такава плодородна среда и отлични климатични условия за размножаване, зайците започнаха да се размножават с невероятна скорост. Но накрая всичко се разпадна. Безброй орди от зайци опустошиха пасищата, където преди това пасяха овце. Броят на овцете започнал да намалява. И човек получава много повече храна от една овца, отколкото от 10 заека. Този инцидент дори се превърна в поговорка: „Зайците изядоха Австралия“. Отнема невероятни усилия на учените и много разходи, преди да успеят да се отърват от популацията на зайци. Не беше възможно да се унищожи напълно популацията им в Австралия, но броят им намаля и вече не застрашаваше екосистемата.

Изкуствени екосистеми

Изкуствените екосистеми са съобщества от животни и растения, живеещи в условия, създадени за тях от човека. Те се наричат ​​още нообиогеоценози или социоекосистеми. Примери: поле, пасище, ​​град, общество, космически кораб, зоопарк, градина, изкуствено езерце, резервоар.

Най-простият пример за изкуствена екосистема е аквариумът. Тук местообитанието е ограничено от стените на аквариума, потокът от енергия, светлина и хранителни вещества се осъществява от човека, който също така регулира температурата и състава на водата. Първоначално се определя и броят на жителите.

Първа характеристика: всички изкуствени екосистеми са хетеротрофни, тоест консумиране на готова храна. Да вземем за пример град, една от най-големите изкуствени екосистеми. Тук огромна роля играе притокът на изкуствено създадена енергия (газопровод, електричество, храна). В същото време такива екосистеми се характеризират с голямо отделяне на токсични вещества. Тоест тези вещества, които по-късно служат за производството на органична материя в естествена екосистема, често стават неподходящи в изкуствени.

Друга отличителна черта на изкуствените екосистеми е отвореният метаболитен цикъл.Да вземем за пример агроекосистемите – най-важните за хората. Те включват ниви, градини, зеленчукови градини, пасища, ферми и други земеделски земи, върху които хората създават условия за производство на потребителски продукти. Хората изваждат част от хранителната верига в такива екосистеми (под формата на култури) и следователно хранителната верига се разрушава.

Третата разлика между изкуствените екосистеми и естествените е техният малък брой видове. Всъщност човек създава екосистема в името на отглеждането на един (по-рядко няколко) вида растения или животни. Например в пшенично поле се унищожават всички вредители и плевели и се отглежда само пшеница. Това прави възможно получаването на по-добра реколта. Но в същото време унищожаването на организми, които са „нерентабилни“ за хората, прави екосистемата нестабилна.

Сравнителна характеристика на естествени и изкуствени екосистеми

По-удобно е да се представи сравнение на естествени екосистеми и социоекосистеми под формата на таблица: