ТЕМА 10: КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОСИСТЕМ.

Экосистема — это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды. Термин «экосистема» ввел английский фитоценолог А. Тенсли в 1935 г. Экосистемами являются, например, участок леса, река, море, аквариум, кабина космического корабля, географический ландшафт или даже вся биосфера.

Экологи используют также термин «биогеоценоз», предложенный советским ботаником В. Н. Сукачевым. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз является синонимом экосистемы.

Между экосистемами, как и между биогеоценозами, обычно нет четких границ, и одна экосистема постепенно переходит в другую. Большие экосистемы состоят из экосистем меньшего размера.

Самой большой экосистемой является биосфера — оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Толщина биосферы немногим больше 20 км (организмы обитают над поверхностью суши не выше 6 км над уровнем моря, опускаются не глубже 15 км в толщу суши и на 11 км в глубь океана), но основная масса живого вещества сконцентрирована в приповерхностном слое толщиной 50 - 100 м — это высота лесного полога и глубина проникновения основной массы корней. В этих же границах сконцентрированы наземные и почвенные животные и микроорганизмы. В океане наиболее обжиты растениями и животными освещаемые солнцем и прогреваемые до глубины 10 - 20 м приповерхностные толщи воды. В этом тонком слое биосферы сконцентрировано более 90% биомассы растений и животных

По сравнению с диаметром Земли (13 тыс. км) биосфера — тонкая пленка.

Учение о биосфере создал русский ученый В. И. Вернадский. Он доказал, что живые организмы за 4 млрд. лет существования их на Земле произвели огромные преобразования. В атмосфере появился кислород, раковины моллюсков и фораминифер образовали осадочные горные породы. Под влиянием жизнедеятельности организмов в биосфере постоянно происходил и происходит круговорот воды, кислорода, углерода азота и других веществ.

При незначительном вмешательстве человека в экосистемы биосфера сохраняет свое равновесие. Однако усиливающееся влияние человека на природу, например, вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание больших количеств содержащего углерод топлива с выделением углекислого газа, уменьшение испарения с поверхности океана из-за загрязнения нефтью — все это нарушает круговороты веществ и приводит к глобальному ухудшению состояния биосферы.

В экосистемах устанавливается постоянный баланс процессов синтеза и распада органических веществ, который под воздействием внешних факторов приспосабливается путем перестройки или разрушается. В этом случае наступает экологический кризис.

Искусственно создаваемые экосистемы обеспечивают непрерывный процесс обмена веществ и энергии как внутри природы, так и между ней и человеком. В зависимости от воздействия хозяйственной деятельности человека эти системы подразделяются на:

• естественные, сохранившиеся в неприкосновенности;

• модифицированные, изменившиеся от деятельности человека;

•трансформированные, преобразованные человеком. Итак, в экосистеме происходит взаимодействие жизненного сообщества, состоящего из множества организмов, с характерными факторами среды, действующими на это сообщество. Экосистемы классифицируют обычно по наиболее важным факторам среды. Так, выделяют морские, наземные или сухопутные, береговые или литоральные, озерные или лимнические экосистемы и др.

Как построена экосистема?Как правило, она состоит из четырех основных элементов (рисунок 9 ).

1. Неживая (абиотическая) среда — это вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

2. Продуценты (производители) — живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. Такую работу выполняют главным образом зеленые растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Этот процесс называют фотосинтезом. При нем высвобождается кислород. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, кислород используется для дыхания.

3. Консументы — потребители растительной продукции. Организмы, питающиеся только растениями, называют консументами первого порядка. Животных, питающихся только (или преимущественно) мясом, называют консументами второго порядка.

4. Редуценты (деструкторы, разлагатели) — группа организмов, которые разлагают остатки отмерших существ, например, растительные остатки или трупы животных, превращая их снова в исходное сырье (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов, превращающих эти составные части снова в органические вещества. К редуцентам относятся многие черви, личинки насекомых и другие мелкие почвенные организмы. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы, превращающие живое вещество в минеральное, называют минерализаторами.

Как отмечалось ранее, экосистема может быть и искусственной. Примером такой экосистемы, крайне упрощенной и не - полной по сравнению с естественной, является космический корабль. Его пилоту в течение длительного времени приходится жить в замкнутом пространстве корабля, обходясь ограниченными запасами пищи, кислорода и энергии. При этом по возможности желательно восстанавливать и вторично использовать израсходованные запасы вещества и отходы. Для этого в космическом корабле предусмотрены специальные установки регенерации, а в последнее время ведутся опыты и с живыми организмами (растениями и животными), которые должны участвовать в переработке отходов жизнедеятельности космонавта, используя энергию солнечного света.

Сравним искусственную экосистему космического корабля с какой-либо естественной, например, с экосистемой пруда. Наблюдения показывают, что количество организмов в этом биотопе остается (с некоторыми сезонными колебаниями) в основном постоянным. Такую экосистему называют стабильной. Равновесие сохраняется до тех пор, пока не изменятся внешние факторы. Основные из них — приток и отток воды, поступление различных питательных веществ, солнечное излучение. В экосистеме пруда живут различные организмы. Так, после создания искусственного водохранилища оно постепенно заселяется бактериями, планктоном, затем рыбами и высшими растениями. Когда развитие достигло определенной вершины и внешние воздействия остаются долгое время неизменными (приток воды, веществ, излучения, с одной стороны, и отток или испарение, вынос веществ и отток энергии — с другой), экосистема пруда стабилизируется. Между живыми существами устанавливается равновесие.

Как и упрощенная искусственная экосистема космического корабля, экосистема пруда способна к самоподдержанию. Неограниченному росту препятствуют взаимодействия между растениями-продуцентами, с одной стороны, животными и растениями (консументами и редуцентами) — с другой. Консументы могут размножаться лишь до тех пор, пока они не перерасходуют запас имеющихся питательных веществ. Если их размножение окажется чрезмерным, то рост их численности прекратится, так как им не хватит пищи. Продуцентам в свою очередь постоянно требуются минеральные вещества. Они же вновь пускают в оборот отходы жизнедеятельности. Таким образом, возобновляется круговорот: растения (продуценты) поглощают эти минеральные вещества и с помощью солнечной энергии воспроизводят из них богатые энергией питательные вещества.

Рисунок 9 : Экологическая пирамида (биомасс) и трофические уровни в экосистеме. Пирамида на рисунке перевернута.

Природа действует в высшей степени экономно. Созданная организмами биомасса (вещество их тел) и содержащаяся в ней энергия передаются остальным членам экосистемы: животные питаются растениями, хищные животные поедают первых, человек употребляет в пищу растения и животных. Этот процесс называют пищевой цепью.

Примеры пищевых цепей: растения — растительноядные животные — хищник; злак — полевая мышь — лиса; кормовые растения — корова — человек. Как правило, каждый вид питается не одним-единственным видом. Поэтому пищевые цепи переплетаются, образуя пищевую сеть. Чем сильнее организмы связаны между собой пищевыми сетями и другими взаимодействиями, тем устойчивее сообщество против возможных нарушений. Естественные, ненарушенные экосистемы стремятся к равновесию. Состояние равновесия основано на взаимодействии биотических и абиотических факторов среды.

Поддержание замкнутых круговоротов в естественных экосистемах возможно благодаря наличию редуцентов, которые используют все отходы и остатки, и постоянному поступлению солнечной энергии. В городских и искусственных экосистемах редуценты отсутствуют или их количество ничтожно мало, поэтому отходы (жидкие, твердые и газообразные) накапливаются, загрязняя окружающую среду. Для быстрейшего разложения и вторичного использования таких отходов создают условия для развития редуцентов, например, путем компостирования. Так человек учится у природы.

В отношении поступления энергии природные и антропогенные (созданные человеком) экосистемы сходны. И природным, и искусственным (дома, города, системы транспорта) экосистемам требуется подвод энергии извне. Но естественные экосистемы получают энергию от практически вечного источника — Солнца, которое к тому же, «производя» энергию, не загрязняет окружающую среду. Человек, напротив, питает процессы производства и потребления в основном за счет конечных источников энергии — угля и нефти, которые наряду с энергией выделяют пыль, газы, тепловые и другие отходы, наносящие вред окружающей среде и не поддающиеся переработке внутри самой искусственной экосистемы. Не следует забывать, что потребление даже такой «чистой» энергии, как электрическая (если она произведена на тепловой электростанции), приводит к загрязнению воздуха и тепловому загрязнению среды.