Как описать экосистему. Экосистема – основное понятие экологии

Несмотря на то, что экосистема и биогеоценоз используются как одно и то же понятие, экосистемы по своим размерам и сложности отличаются разнообразием. В то время как биогеоценозы имеют определённые чёткие границы, обозначить границы экосистем очень трудно. Примером малых экосистем могут служить капля воды с микробами , гниющий пень со своими микроорганизмами , грибами и мелкими позвоночными животными . В состав экосистемы могут входить несколько биогео-ценозов.

Таким образом, экосистема представляет собой более широкое понятие по сравнению с биогеоценозом. Любой биогеоценоз — это экосистема, но не каждую экосистему можно назвать биогеоценозом.

Биосфера

Самая большая экосистема — биосфера.

Жизнь на Земле не прерыва-ется уже более 3,5 млрд лет благодаря круговороту ве-ществ в природе. Растения создают органические ве-щества из минеральных веществ, воды, углекислого газа, используя потоки солнечной энергии. Животные используют в процессе питания готовые органические вещества, а грибы, бактерии постепенно разрушают их до минеральных. Минеральные вещества вновь ис-пользуются растениями. Так возникает биологиче-ский круговорот веществ .

В природном сообществе живые организмы связаны не только друг с другом, но и с неживой природой. Тес-ная связь между живыми и неживыми компонентами природы и образует экосистему.

Круговорот веществ в эко-системе может происходить, если есть запасы необхо-димых для жизни биогенных веществ и три группы организмов, образующие природное сообщество, — производители (продуценты), потребители (консументы), разрушители (редуценты) органиче-ских веществ.

На Земле нет ни одно-го вида, который не служил бы пищей другим или сам не питался бы организмами других видов. Ряд живых организмов в экосистеме, по которому проис-ходит передача энергии, заключённой в органических веществах, называют цепью питания .

Растительноядные животные используют энер-гию, запасённую растениями в виде органических ве-ществ. Однако большую часть энергии растения рас-ходуют на процессы жизнедеятельности. Меньше энергии получают хищники, питающиеся раститель-ноядными животными. Остатки животных и расте-ний, содержащих ещё меньше энергии, постепенно расходуются грибами и бактериями. Таким образом, из-за постоянной траты энергии на процессы жизне-деятельности цепи питания обычно состоят из не-большого числа звеньев — обычно из 3-5.

Общее число видов в экосистеме может составлять сотни и тысячи. Почти всегда организмы разных ви-дов питаются разными объектами. В результате обра-зуется сложная пищевая сеть. Благодаря этому ис-чезновение особей какого-либо вида не сказывается на экосистеме. Она продолжает устойчиво существо-вать в течение длительного времени.

Потоки веществ и энергии, про-ходящие через живые организ-мы, очень велики. Так, человек за свою жизнь потребляет десят-ки тонн воды и пищи, а через лёгкие проходят многие миллио-ны литров воздуха.

По происхождению

Экосистемы могут быть естественными (лес, луг, озеро) и искус-ственными (парк, поле, сад). Материал с сайта

• Естественные экосисте-мы существуют сами по себе, без участия человека, длительное время.
• Искусственные экосистемы — агроэкосистемы создаются человеком и не могут разви-ваться без его помощи. Они состоят из небольшого числа видов и потому неустойчивы. Если человек пре-кращает уход за искусственными экосистемами, то они зарастают сорняками и погибают.

По местоположению

Выделяют наземные экосистемы (луга, степи, леса) и водные (пруды, реки , моря).

По размеру

Экосистемы могут быть очень крупными (тунд-ра, тайга), средних размеров (водоём, берёзовая роща) и совсем маленькими (ручей, болотная кочка).

Термин "экосистема" был предложен английским экологом А. Тэнсли (1935).

По одному из определений экологическая система (экосистема) - совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время. Примеры экологических систем: луг, лес, озеро, океан, капля воды, зачерпнутая из озера, планета Земля в целом и т. д.

Состав экосистемы представлен абиотическими компонентами неживой природы и биотическими компонентами живой природы.

Абиотические компоненты - это:

Неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене между живой и мертвой материей (вода, кислород, кальций, магний, железо, азот, фосфор и т. д.).

Органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки);

Биотические компоненты - это все живые организмы.

Функционирование экосистем обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии, круговорота веществ.

С точки зрения пространственной структуры в природных системах выделяют два яруса:

Верхний - автотрофный, или «зеленый пояс» Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл;

Нижний - гетеротрофный, или коричневый пояс Земли, который включает почвы или донные осадки, где преобладают процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных.

Экосистемы существуют везде - в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по - разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них.

Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экологические системы, является принцип Ле Шателье-Брауна , хорошо известный в физике. При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

При изучении экосистем анализируют, прежде всего, поток энергии и круговорот веществ между соответствующими биотопом и биоценозом. Экосистемный подход учитывает общность организации всех сообществ независимо от места обитания. Это подтверждает сходство структуры и функционирования наземной и водной экосистем.

По определению В. Н. Сукачева, биогеоценоз (от греч. bios - жизнь, gео - Земля, ценоз - сообщество) - это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) на определенном участке поверхности Земли. Контур биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).

Термины «экологическая система» и «биогеоценоз» не являются синонимами. Экосистема - это любая совокупность организмов и среды их обитания, в том числе, например, горшок с цветком, муравейник, аквариум, болото, пилотируемый космический корабль. У перечисленных систем отсутствует ряд признаков из определения В. Н. Сукачева, и в первую очередь элемент «гео» - Земля. Биоценозы - это только природные образования. Однако биоценоз в полной мере может рассматриваться как экосистема. Таким образом, понятие «экосистема» шире и полностью охватывает понятие «биогеоценоз». «Биогеоценоз» - частный случай «экосистемы».

Самая крупная природная экосистема на Земле - биосфера. Граница между крупной экосистемой и биосферой столь же условна, как и между многими другими понятиями в экологии. Различие преимущественно состоит в такой характеристике биосферы, как глобальность и большая условная замкнутость (при термодинамической открытости). Прочие же экосистемы Земли вещественно практически не замкнуты.

Биомы - наиболее крупные наземные экосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли (пустынные, травянистые и лесные).

Водные экосистемы - основные экосистемы, существующие в водной сфере (гидросфере). Иногда в литературе встречается близкая, но менее четкая классификация, прежде всего выделяющая влажные тропические леса, саванны, пустыни, степи, леса умеренного пояса, хвойные (тайгу), тундру.

Каждый биом включает в себя ряд меньших по размеру, связанных между собой экосистем. Одни из них могут быть очень крупными, площадью в миллионы квадратных километров, другие - мелкими, например небольшой лес. Важно то, что любую экосистему можно определить как более или менее специфическую группировку растений и животных, взаимодействующих друг с другом и со средой. Так, например, легко выделить множество типов водных экосистем (ручьи, реки, озера, пруды, болота и др.) или подразделить океаны на отдельные экосистемы (коралловые рифы, континентальный шельф, абиссаль и т. д.). Четкие границы между экосистемами встречаются редко, обычно между ними находится переходная зона со своими особенностями.

На границе двух экосистем, например на опушке леса, одновременно встречаются представители лесных и луговых видов. Контрастность среды, а потому большее обилие экологических возможностей порождает «сгущение жизни», называемое правилом краевого эффекта , или правилом экотона (от греч. tonos - связь). Хорошо известно, что на опушках леса жизнь богаче, а в его глубине, как и в середине луга, она менее разнообразна. В природе все существует только совместно, а два рядом расположенных образования могут плавно переходить друг в друга.

Похожая информация:

1. III. Методика измерений и расчетные формулы. I. Цели работы: определение ускорения свободного падения по периоду колебаний математического и оборотного физического маятников

Экологическая система или экосистема рассматривается наукой как масштабное взаимодействие живых организмов с неживой средой их обитания. Они влияют друг на друга, и их содействие позволяет поддерживать жизнь. Понятие «экосистема» является обобщенным, оно не имеет физического размера, так как включает в себя океан и , и одновременно маленькую лужу и цветок. Экосистемы очень разнообразны, они зависят от большого количества факторов, таких как климат, геологические условия и деятельность человека.

Общее понятие

Чтобы полностью понять термин «экосистема» рассмотрим его на примере леса. Лес – не просто большое количество деревьев или кустарников, а сложная совокупность связанных между собой элементов живой и неживой (земля, солнечный свет, воздух) природы. К живым организмам относят:

• насекомых;
• лишайники;
• бактерии;
• грибы.

Каждый организм выполняет свою четко поставленную роль, а общая работа всех живых и неживых элементов создает баланс для бесперебойной работы экосистемы. Каждый раз, когда посторонний фактор или новое живое существо проникают в экосистему, могут возникнуть негативные последствия, наносящие разрушения и потенциальный вред. Экосистема может разрушаться в результате жизнедеятельности человека или стихийных бедствий.

Виды экосистем

В зависимости масштаба проявления существует три основных вида экосистем:

1. Макроэкосистема. Масштабная система, состоящая из маленьких систем. Примером становится пустыня, или океан населенный тысячами видов морских животных и растений.
2. Мезоэкосистема. Экосистема небольшого размера (пруд, лесной массив или отдельная поляна).
3. Микроэкосистема. Экосистема малого размера, которая имитирует в миниатюре природу различных экосистем (аквариум, труп животного, леской пень, лужа воды населенная микроорганизмами).

Уникальность экосистем в том, что они не имеют четко обозначенных границ. Чаще всего они дополняют друг друга или же разделяются пустынями, океанами и морями.

Человек играет весомую роль в жизнедеятельности экосистем. В наше время для удовлетворения собственных целей человечество создает новые и губит существующие экологические системы. В зависимости от способа образования экосистемы также делятся на две группы:

1. Естественная экосистема. Создается в результате сил природы, способна самостоятельно восстанавливаться и создавать замкнутый круг веществ, от создания до распада.
2. Искусственная или антропогенная экосистема. Состоит из растений и животных, которые обитают в условиях созданными руками человека (поле, пастбище, водохранилище, ботанический сад).

Одной из самых больших искусственных экосистем является город. Человек придумал его для удобства собственного существования и создал искусственные притоки энергии в виде газо- и водопроводов, электричества и отопления. Однако искусственная экосистема требует дополнительных притоков энергии и веществ извне.

Глобальная экосистема

Совокупность всех экологических систем составляет глобальную экосистему – . Она самая масштабная совокупность взаимодействия живой и неживой природы на планете Земля. Находится в балансе благодаря равновесию огромного множества экосистем и многообразия видов живых организмов. Она настолько огромна, что охватывает:

• земную поверхность;
• верхнюю часть литосферы;
• нижнюю часть атмосферы;
• все водные пространства.

Благодаря постоянному , глобальная экосистема сохраняет свою жизнедеятельность на протяжении миллиардов лет.

Термин «экосистема» был предложен в 1935 г. английским ботаником Артуром Тенсли. Тенсли считал, что экосистемы представляют собой основные природные единицы на поверхности земли. Это не только комплекс живых организмов, но и все сочетание физических факторов. Всюду, где мы наблюдаем отчетливое единство растений, животных и микроорганизмов, объединенных отдельным участком окружающей среды, мы имеем пример экосистемы.

Экосистема (экологическая система) - основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ.

Экосистемы состоят из биотического и абиотического компонентов. Биотический компонент подразделяется на автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофы - синтезируют органические вещества из неорганических за счет фотосинтеза (за исключением хемотрофных бактерий).

Гетеротрофы - используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.

Абиотический (неживой) компонент включает физические и химические факторы окружающей среды.

Биотическая структура экосистем включает основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом: продуценты , консументы, детритофаги и редуценты.

Продуценты - это в основном зеленые растения, осуществляющие фотосинтез: используя световую энергию, продуцируют сложные органические соединения своего тела из простых неорганических. При этом энергия света накапливается в органических соединениях, из которых построены ткани растений.

Консументы - самые разнообразные организмы от микроскопических бактерий до громадных синих китов. Это все животные и другие организмы, которые питаются органическим веществом, используя его как источник энергии и материал для построения своего тела.

Животных, питающихся непосредственно продуцентами называют первичными консументами . Их самих употребляют в пищу вторичные консументы . Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными (фитофаги), консументы второго и более высоких порядков - плотоядными. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относят к всеядным.

Детрит - мертвые растительные и животные остатки, а организмы, питающиеся им - детритофаги : грифы, земляные черви, раки, термиты, муравьи и т. д. Детритофагами могут питаться более крупные организмы.

Редуценты - грибы и бактерии. В любой системе детритофаги и редуценты играют одну и ту же роль - они питаются мертвым органическим веществом и при этом разлагают его.

Итак, во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты : неорганические вещества (углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.), вступающие в круговороты; органические соединения (белки, углеводы, липиды и т. д.), связывающие биотическую и абиотическую части; климатический режим (температура и другие физические факторы); продуценты; консументы; редуценты.

Таким образом, структуру экосистемы образуют три уровня (продуценты, консументы, редуценты) трансформации энергии и два круговорота: твердых и газообразных веществ.

Состав и структура экосистем.

Энергетика и продукция экосистемы

Экологические пирамиды

Виды экосистем.

Состав и структура экосистем

Если обратится к лекции №1 данного курса можно обнаружить, что в область изучения экологии входят три основных уровня организации жизни: популяционный, экосистемный и биосферный. Для решения многих глобальных проблем и принятия решений ключевую роль играет изучение организменного уровня.

Как известно, живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии, образуя экосистемы.

Экосистема – это совокупность всех живых организмов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

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 её форме, которая существует на Земле.

Примером может служить луг, лес, озеро.

Достаточно часто понятие экосистемы отождествляют с понятием биогеоценоз, однако эти термины не являются синонимами. Понятие экосистемы более широкое, охватывает все виды совокупностей живых организмов и среды обитания, биогеоценозом можно назвать лишь природные образования (лес, луг и т.п.). Т.о. любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема является биогеоценозом.

В состав экосистемы представлен двумя группами компонентов: абиотическими – компоненты неживой природы (экотоп) и биотическими - компоненты живой природы (биоценоз).

Биоценоз – совокупность представителей растительного (фитоценоз), животного (зооценоз) мира и мира микроорганизмов (микробиоценоз). Экотоп включает две главные составляющие: климат во всех его многообразных проявлениях и геологическую среду – почвы-грунты или эдафотоп. Все компоненты данной системы находятся в постоянном и сложном взаимодействии (рис. 1).

Совершенно очевидным является тот факт, что экосистема является не однородной в пространстве и времени, в связи с чем, достаточно важным является рассмотрение пространственной структуры биогеоценоза. Прежде всего это ярусное строение фитоценозов, являющееся приспособлением в борьбе за солнечный свет. В широколиственных лесах выделяют до 6 ярусов.

В пространственной структуре биогеоценоза наблюдается также мозаичность – изменение растительного и животного сообщества по площади (концентрирование растительности вокруг водоемов).

Участие различных видов в формировании экосистемы не одинаково, так в экосистеме представители одного вида могут доминировать (например: сосна обыкновенная в сосновом бору), другие могут встречаться единично (снежный барс).

Виды, которые преобладают по численности, называются доминантными . Среди них есть такие, без которых другие виды существовать не могут или эдифакторы . Второстепенные виды - малочисленные и даже редкие играют огромную роль в формировании устойчивой экосистемы. Так был установлен всемирный закон устойчивости экосистем, согласно которому: чем выше биоразнообразие экосистемы, соответственно, чем больше «второстепенных» видов, тем она устойчивее.

С точки зрения трофической структуры (от греч. trophe – питание) экосистему можно разделить на два яруса:

верхний автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений. Организмы, входящие в «зеленый пояс», называются автотрофными (от лат.: auto-сам, trofo-питание). Основной особенностью данных организмов является способность синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза. Так как, будучи автотрофами, они создают первичное органическое вещество, продуцируя его из неорганического, они носят название продуцентов .

нижний гетеротрофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс», в котором преобладает использование, трансформация и разложение сложных соединений. Организмы, входящие в данный пояс не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, вынуждены использовать то, что создано автотрофами, поедая их. Они называются гетеротрофами (от лат.: hetero-другими trofo-питание).

Однако специфика гетеротрофов может быть различна. Так часть организмов, использующая в питании готовые питательные вещества растений называются фитофагами - травоядными (фитос - pастение, фагос - пожиpатель, гр.) или растительноядными. Фитофаги - вторичные аккумуляторы солнечной энергии, первоначально накопленной растениями. консументами первого порядка (например: заяц, корова). Данная группа организмов относится к первичным консументам .

Многим животным эволюция предопределила необходимость использования животных белков. Это группа зоофагов или хищников, поедающих фитофагов и более мелких хищников. Хищники - важнейшие pегулятоpы биологического равновесия: они не только pегулиpуют количество животных-фитофагов, но выступают как санитары, поедая в первую очередь животных больных и ослабевших. Примером может служить поедание хищными птицами мышей-полевок. Данная группа организмов относится к вторичным консументам . Животные, питающиеся консументами второго порядка носят название консументов третьего порядка и т.д.

В любой системе неизбежно образуются органические отходы (трупы животных, экскременты и т.п.), которые также могут служить пищей для гетеротрофных организмов, получивших название редуцентов или сапрофитов .

Поэтому с биологической точки зрения в составе экосистемы удобно выделять следующие компоненты:

неорганические вещества (C, N, CO2, H2O и др.) включающееся в круговороты.

органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества), связывающие биотическую и абиотическую части.

воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы.

продуцентов, автотрофных организмов, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ.

макроконсументов или фаготрофов (от греч. phagos - пожиратель) - гетеротрофных организмов, основном животных, питающихся другими организмами или частицами органического вещества.

микроконсументов, сапротрофов, деструктрофов - гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапротрофами из растений и других организмов.

Все организмы, входящие в состав экосистемы, связаны тесными пищевыми связями (так один организм служит пищей для другого, который поедается третьим и т.д.). таким образом, в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим, или так называемая трофическая цепь.

Примерами таких цепей могут служить:

ягель олень волк (экосистема тундры);

трава корова человек (антропогенная экосистема);

микроскопические водоросли (фитопланктон) жучки и дафнии (зоопланктон) плотва щука чайки (водная экосистема).

Одна трофичиские цепи в экосистеме тесно переплетаются, образуя трофические сети. Так широко известно явление «трофического каскада»: морские вадры питаются морскими ежами, которые едят бурые водоросли, уничтожение охотниками выдр привело к уничтожению водорослей вследствие роста популяции ежей. Когда запретили охоту на выдр, водоросли стали возвращаться на места обитания.

Значительную часть гетеротрофов составляют сапрофаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию детрита. Поэтому различают два вида трофических цепей: цепи выедания , или пастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные цени разложения, которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных