Размещено на http://www.allbest.ru/

Экосистемный подход. Экосистема как структурно-функциональная единицы биосферы

Содержание

• Введение
• 1. Экосистемный подход
• Заключение
• Список литературы


Актуальность

Актуальность и необходимость знаний о биосфере в современном мире имеет большую значимость. Ведь все в этом мире тесно связано между собой. Так же актуальность заключается в рассмотрении значения человеческой деятельности в процессе развития биосферы, глобальных экосистем.

Введение

Термин «экосистема».

Одним из главных недостатков естествознания ХIX века В.В. Докучаев считал разобщённость естественных наук, каждая из которых изучала только «свой» компонент Природы (ботаника - растения, зоология - животных, минералогия - горные породы и т. д.), а не ту «генетическую, вековечную и всегда закономерную связь, какая существует между силами, телами и явлениями …». По мнению В.В. Докучаева, в конце ХIX века назрела необходимость в появлении такой науки, которая специально изучала бы взаимосвязи, взаимодействия всех явлений природы на земной поверхности. В наше время на роль такой науки претендует, прежде всего, экология. Но в начале ХХ века многие подразделения естественных наук стремились реализовать эту мысль Докучаева (учение о географических ландшафтах и природных зонах в географии, генетическое почвоведение, учение о лесе, учение о биосфере, геохимия, геоботаника и другие).

«Идеи о (природных единствах, где вся растительность, фауна и микроорганизмы, почва и атмосфера находятся в тесном взаимодействии и взаимообусловленности), возникли независимо в разное время в разных странах, и они получили разное наименование (микрокосм, эпиморфа, элементарный ландшафт, микроландшафт, биосистема, голоцен, биохора, геоценоз, биогеоценоз, экосистема, ландшафтная фация и др.)» - отмечал академик В.Н. Сукачёв.

Многие из перечисленных терминов практически вышли из употребления, другие успешно используются специалистами, но вряд ли в наши дни найдется образованный человек, который не знал бы о термине ЭКОСИСТЕМА.

1. Экосистемный подход

Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским учёным Артуром Георгом Тенсли (A.G. Tansley, 1871 - 1955) который считал, что экосистемы с точки зрения эколога, представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических (абиотических) факторов. Он писал:

«Более глубоким представлением, по-моему, является целостная система (в понимании физики), включающая в себя не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем окружающей средой биома - факторы местообитания в самом широком смысле. Хотя организмы в первую очередь могут претендовать на наш интерес, когда мы пытаемся мыслить фундаментально, мы не можем отделить их от окружающей их определённой среды, с которой они формируют одну физическую систему.

Схема экосистемы

Экосистема (экологическая система) - основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания, любая совокупность совместно обитающих живых организмов и условий их существования.

С точки зрения эколога эти системы являются основными единицами природы на лике Земли ... В каждой системе существует постоянный взаимный обмен самого разного вида не только между организмами, но и между органическими и неорганическими (частями). Эти экосистемы в нашем обозначении могут быть самого разнообразного вида и размеров. Они образуют одну (особую) категорию разнообразия физических систем Вселенной, от Вселенной и до атома)...

Относительно более стабильных систем экосистемы исключительно уязвимы как по количеству своих собственных нестабильных компонентов, так и потому, что они подвержены внедрению компонентов других систем. Тем не менее, некоторые из высокоразвитых систем - «климаксы» - поддерживают себя в течение тысяч лет...

В экосистеме равно организмы и неорганические факторы являются компонентами, которые находятся в относительно стабильном динамическом равновесии. Сукцессия и развитие - примеры универсальных процессов, направленных на создание таких равновесных систем» (Тенсли, 1935, цит. по Кузнецовой, 2001).

Существуют два основных подхода к выделению экосистем:

1. Функциональный подход (при котором главное внимание уделяется вопросам функционирования системы, а не особенностям её строения)

Экосистема (от греч. oikos - жилище, местопребывание и systema - сочетание, объединение),экологическая система - живые организмы и среда их обитания, функционирующие (и изучаемые) как единое целое, как единая биокосная система, способная поддерживать земную жизнь. Основная функциональная единица в экологии. Иногда экологию называют «учением об экосистемах».

Функциональное понятие экосистема (по Ф. Эвансу, 1956) применимо к объектам разного размера и сложности, в которых наблюдается закономерное взаимодействие живого и неживого, - как к биосфере или Мировому океану, так и к гниющему пню или пересыхающей луже с её обитателями. Критерии, позволяющие установить границы экосистемы, заранее жестко не заданы (они определяются самим исследователем), поэтому количество экосистем и их расположение для любой территории заранее не регламентировано и зависит от целей и задач исследования.

Сказанное выше вовсе не означает, что «экологическая система не имеет границ». В Федеральном законе Российской Федерации «Об охране окружающей среды» специально подчеркивается, что «естественная экологическая система - объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые её элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией».

В современной экологии абсолютно преобладает представление об экосистеме как основной функциональной единице, что отличается от первоначального использования термина.

Характеризуя экосистему как основную функциональную единицу в экологии, американский эколог Ю. Одум (1986) подчеркивает следующие моменты:

«Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразрывно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (система), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённые биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему.

Экосистема - основная функциональная единица в экологии, поскольку в неё входят и организмы, и неживая среда - компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той форме, которая существует на Земле. Если мы хотим, чтобы наше общество перешло к целостному решению проблем, возникающих на уровне биомов и биосферы, то должны прежде всего изучать экосистемный уровень организации. Экосистемы представляют собой открытые системы, поэтому важной составной частью концепции являютсясреда на выходе и среда на входе».

2. Хорологический подход (при котором выделяется наименьшая самостоятельная ячейка биосферы Земли, подобная клетке в живом организме, элементарная пространственная (хорологическая) единица). Такую экосистему мы будем называть биогеоценозом (по В.Н. Сукачёву, 1942) или элементарной экосистемой.

Основоположником биогеоценологии (и ряда других научных направлений в ботанике, общей биологии и географии) был выдающийся ученый, академик Владимир Николаевич Сукачёв (1880 - 1967 гг.). Он писал: «... С начала 20-го века в зарубежных странах идёт разработка не только понятия географического ландшафта, но и близкого к биогеоценозу понятия об экосистеме. … Эти термины не вполне равнозначны, но все они применяются к природным объектам, близким между собой. …За рубежом наиболее распространён термин «экосистема», а у нас - «биогеоценоз» ... среди географов бытует также термин «фация» (ландшафтная) ... Биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою, особую специфику взаимодействия этих слагающих её компонентов ... (Сукачёв, 1964).

Понятие биогеоценоз (по В.Н. Сукачёву), строго говоря, применимо лишь к элементарным природным единицам, своеобразным ячейкам или клеточкам биогеосферы. Критерии, позволяющие установить границы биогеоценоза (элементарной экосистемы), заранее жестко заданы, поэтому их количество и расположение для любой территории строго регламентировано.

По положению в пространстве (хорологически) биогеоценозу приближённо соответствуют: в геохимии ландшафта - элементарный ландшафт (по Б.Б. Полынову, 1956); в ландшафтоведении - ландшафтная фация.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЛАНДШАФТ (по Б.Б. Полынову) - «определённый элемент рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным растительным сообществом. Все эти условия создают определённую разность почвы ...». Соответствует понятиям ландшафтная фация и биогеоценоз.

ЛАНДШАФТ ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ - основная категория территориального деления географической оболочки, одно из фундаментальных понятий географии, природная система. Ландшафт географический - конкретная территория, однородная по своему происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов и закономерным набором морфологических частей - фаций и урочищ.

ФАЦИЯ ЛАНДШАФТНАЯ - элементарная морфологическая единица ландшафта, структурная часть урочища. Обычно совпадает с одним элементом мезорельефа (например, вершиной холма, верхней частью его северного склона и т. п.) или с отдельной формой микрорельефа и характеризуется однородностью материнской породы, микроклимата, водного режима, почвы и расположением в пределах одного биоценоза.

УРОЧИЩЕ - сопряженная система ландшафтных фаций, объединяемых общей направленностью процессов и приуроченных к одной мезоформе рельефа на однородном субстрате.

2. Экосистема как структурно-функциональная единицы биосферы

Биосфера - экосистема высшего порядка, объединяющая все остальные экосистемы и обеспечивающая существование жизни на Земле. В состав биосферы входят следующие «сферы»:

1. Атмосфера - это самая лёгкая из оболочек Земли, граничит с космическим пространством; через атмосферу происходит обмен вещества и энергии с космосом (внешним пространством).

2. Гидросфера - водная оболочка Земли. Почти такая же подвижная, как и атмосфера, она фактически проникает всюду. Вода - соединение с уникальными свойствами, одна из основ жизни, универсальный растворитель.

3. Литосфера - внешняя твёрдая оболочка Земли, состоит из осадочных и магматических пород. На данный момент под земной корой понимается верхний слой твёрдого тела планеты, расположенный выше границы Мохоровичича.

4. Педосфера - самый верхний слой литосферы, включает почву и процессы почвообразования. Она находится на границе между литосферой, атмосферой, гидросферой, в ней замыкаются все циклы вещества и энергии в биосфере.

Биосфера тоже не замкнутая система, она фактически полностью обеспечивается энергией Солнца, небольшую часть составляет тепло самой Земли. Ежегодно Земля получает от Солнца около 1,3·10²⁴ калорий^[. 40 % от этой энергии излучается обратно в космос, около 15 % идёт на нагрев атмосферы, почвы и воды, вся остальная энергия является видимым светом, который и является источником фотосинтеза.

Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода.

В любом конкретном месте обитания запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.

Следовательно, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами

Совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему:

Экосистема = Биотоп + Биоценоз

Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ. В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.

Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуцентами выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений

биосфера экосистема продуцент биогеоценоз

Продуценты.

Консументы - гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.

Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов в течение жизни, выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.

В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена - консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.

Искусственные экосистемы - это экосистемы, созданные человеком, например, агроценозы, природно-хозяйственные системы или биосфера.

Заключение

Равновесными называются такие экосистемы, которые «контролируют» концентрации биогенов, поддерживая их равновесие с твердыми фазами. Твердые же фазы (остатками живых организмов) являются продуктами жизнедеятельности биоты. Равновесными будут и те сообщества и популяции, которые входят в равновесную экосистему. Такой вид биологического равновесия называется подвижным, поскольку процессы отмирания непрерывно компенсируются появлением новых организмов.

Равновесные экосистемы подчиняются принципу устойчивости Лe Шателье. Следовательно, эти экосистемы обладают гомеостазом, - иными словами, способны минимизировать внешнее воздействие при сохранении внутреннего равновесия. Устойчивость экосистем достигается не смещением химических равновесий, а путем изменения скоростей синтеза и разложения биогенов.

Особый интерес представляет способ поддержания устойчивости экосистем, основанный на вовлечении в биологический круговорот органического веществ, ранее произведенного экосистемой и отложенного «про запас» - древесины и мортмассы (торф, гумус, подстилка). В этом случае древесина служит как бы индивидуальным материальным богатством, а мортмасса - коллективным, принадлежащим экосистеме в целом. Это «материальное богатство» увеличивает запас устойчивости экосистем, обеспечивая их выживание при неблагоприятных изменениях климата, стихийных бедствиях и др.

Устойчивость экосистемы тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.

Экосистемы разного типа используют различные варианты индивидуальных и коллективных способов запасания устойчивости при различном соотношении индивидуального и коллективного материального богатства.

Таким образом, основная функция совокупности живых существ (сообщества), входящих в экосистему, - обеспечить равновесное (устойчивое) состояние экосистемы на основе замкнутого круговорота веществ.

Список литературы

1. Николайкин, Н. И. , Николайкина, Н. Е., Мелехова, О. П. Экология. - 5-е. - М.: Дрофа, 2006. - 64 с.

2. Бродский А. К. Краткий курс общей экологии, Учебное пособие для ВУЗов. - СПб.: «Деан», 2000. - 24 с

3. Розенберг Г. С., Мозговой Д. П., Гелашвили Д. Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии. - Самара: СамНЦ РАН, 1999. - 97 с.

4. М. Бигон, Дж. Харпер, К. Таунсенд. Экология. Особи, популяции и сообщества в 2 т. - Москва: Мир, 1989. -- 105с

Размещено на Allbest.ru