Классификация и свойства экосистем

Под экологической системой (экосистемой) понимают любые сообщества, складывающиеся из живых существ и среды их обитания, которые объединены в единое целое. Возникновение такой своеобразной «клеточки» биосферы вызвано взаимозависимостью, а также причинно-следственными связями между ее компонентами.

Определение понятия

Экосистема является ключевым элементом экологии. Введение данного термина было предложено в 1935 г. ученым А. Тенсли. Экологическая система включает в себя несколько понятий:

1. Биоценоз. Под данным термином понимается сообщество, сформированное живыми организмами.

2. Биотоп. Это не что иное, как среда обитания организмов, составляющих основу биоценоза.

3. Виды связей тех организмов, которые существуют в определенном ареале обитания.

4. Процессы обмена веществ, происходящие между организмами в биотопе.

Исходя из вышеизложенного можно понять, что экосистема представляет собой объединение элементов живой, а также неживой природы. Причем между такими компонентами в обязательном порядке осуществляется обмен энергией, благодаря которому создаются условия, способствующие поддержанию жизни. При этом в основе любой экосистемы, которая находится на нашей планете, лежит энергия солнца.

Классификация

Для того чтобы сгруппировать экологические системы, ученые выбрали такой ее признак, как среда обитания. Именно по нему удобнее всего производить классификацию, так как ареалом обуславливаются биоэнергетические и климатические, а также биологические особенности подобных сообществ. Кроме этого, экосистемы делят по размерам на:

1. Микроэкосистемы. В них входят компоненты живой и неживой природы нижней ступени, которые по своим размерам сходны с малыми компонентами среды. Сюда относят и небольшой водоем, и гниющий ствол уже упавшего дерева.

2. Мезоэкосистемы. В них входят, например, река, лес и т.д.

3. Макроэкосистемы. Подобные сообщества природных компонентов распространены в пределах материков, океанов и морей. К системе такого вида относят, например, материки и горы.

4. Глобальные экосистемы. Это биосфера.

Кроме этого, выделяют экологические системы по уровню антропогенного воздействия. В них включены:

1. Естественные, или природные. Такие экосистемы не нарушены воздействием на них человеческого фактора. К ним можно отнести океанические впадины, заповедники и джунгли Амазонии, находящиеся вдалеке от людских поселений.

2. Социоприродные. Под ними понимают естественные системы, которые изменены человеком (водохранилище, парк).

3. Антропогенные. Подобные экосистемы люди создают с целью получения выгоды.

Выделяют совокупность компонентов живой и неживой природы и по структуре. Сюда входят прибрежные, морские и пресноводные системы.

Существующая классификация рассматривает группировку подобных элементов и по источникам энергии. Разумеется, основным из них является солнце. Однако могут присутствовать и прочие субсидирующие источники.

Классифицируются экосистемы и по их расположению на планете. При этом выделяют:

1. Наземные биомы. Сюда входят тропические полувечнозеленые леса, кустарниковые и травянистые пустыни, степи и саванны, хвойные и листопадные леса, а также тундры.

2. Водяные экологические системы. Это могут быть пресноводные образования (озера и пруды, ручьи и реки, болота и заболоченные угодья). Входят в эту группу и морские экосистемы (океан и воды прибрежного континентального шельфа).

Стоит иметь в виду, что приведенная выше классификация является далеко не полной и учитывает только биомы – наиболее крупные образования. Какими свойствами обладает экосистема? Рассмотрим те характеристики, которые присущи для каждого из вышеперечисленного вида природных сообществ.

Целостность

С чего следует начать, если перед вами стоит вопрос: «Укажите основные свойства экосистемы?». Разумеется, с ее целостности, которая обеспечивает взаимосвязь обитающих в ней организмов не только друг с другом, но и той природной средой, где они находятся.

Отмечено, что жизнедеятельность и существование популяций, которые населяют экосистему, регулируется многочисленными абиотическими и биотическими факторами. При этом все жизненно важные химические элементы и органические соединения в совокупности образуют между собой круговорот веществ. Если объяснять подобные основные свойства экосистемы кратко, то можно отметить, что растениями черпаются из среды обитания минеральные вещества. Поглощают они кислород для дыхания, а также углекислый газ для осуществления фотосинтеза. При этом растениями во время этих же процессов выделяется в атмосферу кислород и углекислый газ.

Далее происходит питание организмов, входящих во все популяции экосистемы. Пищей для них служат неорганические и органические вещества растений. Не покидают экосистему и химические компоненты подобных соединений. По существующим в природе пищевым цепочкам они доходят вплоть до редуцентов, а после возвращаются ими к своему начальному состоянию в виде простых молекул и минеральных соединений. Неоценима при этом и роль солнечной энергии. Она аккумулируется зелеными растениями и способствует обеспечению жизнедеятельности каждого организма биоценоза. В этом и состоит одно из основных свойств экосистем - закон подтверждающий целостность природы, которая выражается во взаимосвязи существ между собой и со своей средой обитания.

Самовоспроизводимость

Какие еще существуют свойства экосистем? Немаловажный из них – самовоспроизводство. Основным условием для его поддержания являются:

• присутствие в среде энергии и пищи (для хемотрофов – химической, для автотрофов – солнечной);
• способность организмов к размножению;
• свойства живых существ, благодаря которым они воспроизводят химический состав, а также физические свойства, присущие природной среде (например, прозрачность воды или структуру почвы).

Устойчивость

Как называют свойство экосистемы сохраняться при внешних воздействиях? Конечно же, ее устойчивостью. Из всех свойств экосистем именно эта способствует длительному существованию совокупности живых и неживых организмов. Даже значительные колебания внешних факторов не оказывают воздействия на изменения внутренних параметров. Например, при снижении осадков над лесом до 30 % массив потеряет своей зеленой массы всего до 15 %. Что касается численности первичных консументов, то она снизится лишь на 5 %. Возможность переносить неблагоприятные условия напрямую зависит от выносливости организмов. Сохранение их способности к размножению в широком диапазоне условий усиливается при этом возможностью изменения цепочек питания в наиболее богатых сообществах.

Однако устойчивость экосистемы имеет тенденцию к снижению при объединениях видового состава.

Самыми богатыми жизнью считаются тропические леса. В них насчитывается до 9 тыс. растений. В связи со столь богатым разнообразием видов такие экосистемы считаются самыми устойчивыми. Далее следуют растительные массивы, расположенные в средней полосе. В таких лесах встречается до 2000 видов флоры. Менее устойчивыми считаются тундровые биоценозы (500 видов). Мало устойчивыми являются экологические системы океанических островов. На еще более низкой ступеньке находятся фруктовые сады. А что касается посевных полей, то они и вовсе, не поддерживаемые человеком, существовать не смогут. Такие земли быстро зарастают сорняками и начинают уничтожаться вредителями.

Саморегуляция

Что еще является основным свойством экосистемы? Ее саморегуляция, эффективность которой определена разнообразием не только видов, но и пищевых взаимоотношений, которые имеют место между ними.

Например, если снижается численность какого-либо природного консумента, то при существующем разнообразии видов хищники начинают питаться теми животными, которых в природе насчитывается большее количество, но которые раньше являлись для них второстепенными.

Длинные цепочки питания очень часто пересекаются, что способствует созданию их вариации, которые зависят от численности жертв, урожая растений и т. д. Львы и тигры, если отсутствуют копытные, начинают питаться не такими крупными животными. Порой они даже переходят на растительную пищу. А вот сокол-сапсан, питающийся в воздухе, при массовом размножении леммингов начинает употреблять в пищу этих зверьков, подхватывая их прямо с земли.

Пищевая цепь «растения – мышь – змея – орел» порой сокращается. Из нее выпадает змея. Если год более благоприятный, то численность различных видов подлежит восстановлению, нормализуя при этом пищевые отношения, имеющие место в биоценозе. Если год урожайный для растений, то количество травоядных также увеличивается. Пища хищникам обеспечена, и они также быстро размножаются. Если год неурожайный, то, соответственно, в экосистеме снижается количество травоядных. В такие годы практически не размножаются и хищники.

Саморегуляцию как свойство экосистемы можно проследить и на колебании в зависимости от года численности популяций леммингов. Один раз в несколько лет количество этих зверьков стремительно увеличивается. Они начинают объедать растительность тундровой зоны. Через организм леммингов вещества, находящиеся в растениях, переходят в детрит. На протяжении нескольких лет происходит процесс минерализации, что способствует образованию плодородной почвы, на которой произрастает питательный растительный покров.

Если годы малокормные, то количество леммингов стремительно снижается. Это происходит не только из-за недостаточного питания, но и из-за быстро размножающихся хищников. Среди них совы, песцы и лисы. Таким образом растения, а также лемминги с хищниками способствуют саморегуляции экосистемы тундры, сохраняя при этом ее долговечность и устойчивость.

Эмерджентные свойства

Порой экосистемам становятся присущи новые, уникальные характеристики, которые являются итогом синергичного взаимодействия элементов. Их называют эмерджентными свойствами экосистемы. Так, некоторые кишечнополостные животные и водоросли совместно эволюционируют, образуя при этом цепь коралловых рифов.

Это способствует возникновению эффективного механизма круговорота компонентов питания, что позволяет подобной комбинированной системе постоянно поддерживать самую высокую продуктивность в воде, отличающейся небольшим содержанием питательных веществ. Таким образом, огромное разнообразие и продуктивность коралловых рифов и считаются эмерджентными свойствами, которые характерны для этого подводного сообщества.

Сукцессия

Все экосистемы устойчивы только относительно. Ведь идет время, меняются внешние условия. Несколько иным становится характер взаимодействия друг с другом организмов, включенных в биоценоз.

Изменения экосистем могут быть циклическими и поступательными. В первом случае они происходят из-за суточных, сезонных или многолетних преобразований в природе. Так, после засушливого года наступает влажный, что влияет на численность популяций тех организмов, которые приспособлены, соответственно, либо к засухе, либо к высокой влажности.

Что касается поступательных изменений, то они являются более продолжительными, приводя, как правило, к смене биоценозов. Они вызываются:

• изменениями в природной среде, вызванными продолжительным влиянием жизнедеятельности организмов;
• установлением наиболее стабильных отношений между различными видами, которые происходят после их нарушений, например, во время лесных пожаров, перемен в климате и т.д.;
• влиянием людей.

Такие поступательные изменения носят название «сукцессия», что в переводе с латинского означает «преемственность», «вступление на чье-либо место». В ходе данного процесса один биоценоз сменяется другим, более устойчивым.

Например, для сукцессии, происходящей в местности с голой каменистой поверхностью, характерно выветривание горных пород. Это происходит под действием влажности и температуры, солнечного света и воздушных масс. Далее разрушают породы лишайники и водоросли, грибы и бактерии. Образующиеся в результате жизнедеятельности этих организмов кислоты, растворяют камни и минерализуют почвенный слой. Это способствует накоплению питательной смеси растительных остатков, обогащенных азотом. Она служит прекрасной основой для роста неприхотливых, не имеющих корней споровых растений, например, мхов. По мере их отмирания формируется небольшой по толщине почвенный слой, на котором появляются клевер, злаки, осока и другие травянистые растения, которые лишают мхи влаги. Далее появляются кустарники. Почва постепенно обогащается и становится пригодной для произрастания деревьев. Таким образом, данный биоценоз постепенно превращается в зрелое и устойчивое сосуществование живых и неживых компонентов.

Какие свойства экосистемы изменяются при антропогенном преобразовании? Довольно значительные. Особенно это можно заметить в зеленых зонах, существующих близ городов. На таких территориях растительность весьма интенсивно вытаптывается человеком, который собирает ягоды, грибы или просто совершает прогулки на природе. Это травмирует корни лесных трав, которые находятся сразу под подстилкой леса. Почва уплотняется и начинает плохо впитывать влагу.

Что еще изменяет свойства экосистем зеленых зон? Присутствие человека становится причиной повреждения подроста древесной растительности, что можно заметить по засохшим верхушкам. Пораженные деревья страдают от грибов и вредителей. Листва редеет, лес становится светлее. На этих территориях начинают распространяться луговые травы, предпочитающие солнечные лучи. Они же представляют собой растения, наиболее устойчивые к вытаптыванию.

Естественные и антропогенные экосистемы

Между этими сообществами существует как сходство, так и некоторые различия. Так, свойства естественных и антропогенных экосистем схожи в том, что они:

• являются открытыми и поглощают энергию солнца;
• состоят из консументов, продуцентов и редуцентов;
• включают в себя экологические пирамиды и цепи питания;
• состоят из организмов, у которых существует борьба за выживание, естественный или искусственный отбор, а также наследственная изменчивость;
• в качестве своей основы содержат продуценты, использующие солнечную энергию и являющиеся первым из звеньев в пищевой цепочке.

Различия между этими двумя системами можно увидеть в:

• действии и направлении отбора особей;
• общем круговороте питательных элементов;
• источнике энергии;
• разнообразии и устойчивости видов;
• способности к саморегуляции и самодостаточности;
• продуктивности.

Биосфера

При взаимодействии абиотической и биотической частей произошло образование уникальной среды. Это биосфера как глобальная экосистема. Основные свойства биосферы – круговорот веществ, который обеспечивает существование баланса биоценозов. Без этой среды невозможна жизнь на нашей планете.

Как уже было сказано выше, экосистемы классифицируются по размерам и бывают различных уровней сложности. Более мелкие системы взаимодействия организмов входят в состав более крупных, а те являются частью еще более внушительных по своим масштабам. Совокупность макроэкосистем образует глобальное сообщество, которое и называют биосфера. В ней существует все живое на Земле.

Какие свойства экосистемы характерны и для биосферы? Это круговорот энергии, вызванный различным трофическим участием продуцентов, редуцентов и консументов. Это и является ответом на вопрос «Какие свойства биосферы позволяют называть ее экосистемой?». Подобный признак является ключевым. Он же обеспечивает и стабильность существующей схемы взаимодействия организмов.

Какие свойства экосистемы характерны и для биосферы? Все те, которые присущи подобным сообществам. Однако более существенные функции выполняет биосфера как глобальная экосистема. Основные свойства биосферы заключены:

• в круговороте веществ (большом – океан и суша, а также малом – живое и косное вещество);
• в наличии трех участников трофической цепи в виде продуцентов, консументов и редуцентов;
• в стабильности и потенциальной бессмертности до тех пор, пока в системе существуют продуценты.

В биосфере заключены все свойства экосистем, существующих на планете. Именно поэтому ее и называют глобальной.

Под воздействием деятельности человека у биосферы появляются признаки, не являющиеся свойствами экосистемы. Происходит нарушение цепочки взаимодействия среды обитания организмов, снижается склонность к равновесию, происходит дисбаланс в обмене энергии. Это требует от человека понимания того, что изменения любого компонента глобального сообщества неизбежно повлияет на все остальные, оказав негативное воздействие на жизнь нашей планеты.