Під екологічною системою (екосистемою) розуміють будь-які спільноти, що складаються з живих істот і середовища їх існування, які об’єднані в єдине ціле. Виникнення такої своєрідної «клітинки» біосфери викликано взаємозалежністю, а також причинно-наслідковими зв’язками між її компонентами.
Визначення поняття
Екосистема є ключовим елементом екології. Введення цього терміна було запропоновано в 1935 р. вченим А.с Тенсли. Екологічна система включає в себе кілька понять:
1. Біоценоз. Під даним терміном розуміється спільнота, сформована живими організмами.
2. Біотоп. Це не що інше, як середовище існування організмів, складових основу біоценозу.
3. Види зв’язків тих організмів, які існують у певному ареалі проживання.
4. Процеси обміну речовин, що відбуваються між організмами в біотопі.
Виходячи з вищевикладеного можна зрозуміти, що екосистема являє собою об’єднання елементів живої, а також неживої природи. Причому між такими компонентами в обов’язковому порядку здійснюється обмін енергією, завдяки якому створюються умови, які сприяють підтримці життя. При цьому в основі будь-якої екосистеми, яка знаходиться на нашій планеті, лежить енергія сонця.
Класифікація
Для того щоб згрупувати екологічні системи, вчені вибрали таку її ознаку, як середовище проживання. Саме по ньому найзручніше проводити класифікацію, так як ареалом обумовлюються біоенергетичні та кліматичні, а також біологічні особливості подібних спільнот. Крім цього, екосистеми поділяють за розмірами на:
1. Мікроекосистеми. В них входять компоненти живої та неживої природи нижньої ступені, які за своїми розмірами схожі з малими компонентами середовища. Сюди відносять і невелика водойма, і гниючий стовбур вже дерева, що впало.
2. Мезоэкосистемы. В них входять, наприклад, річка, ліс і т. д.
3. Макроэкосистемы. Подібні спільноти природних компонентів поширені в межах материків, океанів і морів. До системи такого виду відносять, наприклад, материки і гори.
4. Глобальні екосистеми. Це біосфера.
Крім цього, виділяють екологічні системи за рівнем антропогенного впливу. У них включені:
1. Природні, або природні. Такі екосистеми не порушені впливом на них людського фактора. До них можна віднести океанічні западини, заповідники і джунглі Амазонії, що знаходяться далеко від людських поселень.
2. Соціоприродні. Під ними розуміють природні системи, які змінені людиною (водосховище, парк).
3. Антропогенні. Подібні екосистеми люди створюють з метою отримання вигоди.
Виділяють сукупність компонентів живої і неживої природи і за структурою. Сюди входять прибережні морські і прісноводні системи.
Існуюча класифікація розглядає групування подібних елементів і джерел енергії. Зрозуміло, основним з них є сонце. Однак можуть бути й інші субсидують джерела.
Класифікуються екосистеми і по їх розташуванню на планеті. При цьому виділяють:
1. Наземні биомы. Сюди входять тропічні полувечнозеленые ліси, чагарникові і трав’янисті пустелі, степу і савани, хвойні і листопадні ліси, а також тундри.
2. Водні екологічні системи. Це можуть бути прісноводні освіти (озера, ставки, струмки і річки, болота і заболочені угіддя). Входять в цю групу і морські екосистеми (океан і води прибережної континентального шельфу).
Варто мати на увазі, що наведена вище класифікація є далеко не повною і враховує тільки биомы – найбільш великі освіти. Якими властивостями володіє екосистема? Розглянемо ті характеристики, які притаманні для кожного з вищезгаданого виду природних співтовариств.
Цілісність
З чого слід почати, якщо перед вами стоїть питання: «Вкажіть основні властивості екосистеми?». Зрозуміло, з її цілісності, яка забезпечує взаємозв’язок мешкають у ній організмів не тільки один з одним, але і тієї природної середовищем, де вони знаходяться.
Відзначено, що життєдіяльність та існування популяцій, які населяють екосистему, регулюється численними абіотичними і біотичними факторами. При цьому всі життєво важливі хімічні елементи та органічні сполуки в сукупності утворюють між собою кругообіг речовин. Якщо пояснювати подібні основні властивості екосистеми коротко, то можна відзначити, що рослинами черпаються з середовища проживання мінеральні речовини. Вони поглинають кисень для дихання, а також вуглекислий газ для здійснення фотосинтезу. При цьому рослинами під час цих процесів виділяється в атмосферу кисень і вуглекислий газ.
Далі відбувається живлення організмів, що входять в усі популяції, екосистеми. Їжею для них служать неорганічні та органічні речовини рослин. Не залишають екосистему і хімічні компоненти подібних сполук. По існуючим у природі харчових ланцюжках вони доходять аж до редуцентов, а після повертаються ними до свого початкового стану у вигляді простих молекул і мінеральних сполук. Неоціненна при цьому і роль сонячної енергії. Вона акумулюється зеленими рослинами і сприяє забезпеченню життєдіяльності кожного організму біоценозу. В цьому і полягає одна з основних властивостей екосистем – закон підтверджує цілісність природи, яка виражається у взаємозв’язку істот між собою і з середовищем існування.
Самовоспроизводимость
Які ще існують властивості екосистем? Важливий з них – самовідтворення. Основною умовою для його підтримки є:
- присутність у середовищі енергії і їжі (для хемотрофов – хімічної, для автотрофов – сонячної);
- здатність організмів до розмноження;
- властивості живих істот, завдяки яким вони відтворюють хімічний склад, а також фізичні властивості, властиві природному середовищі (наприклад, прозорість води або структуру грунту).
Стійкість
Як називають властивість екосистеми зберігатися при зовнішніх впливах? Звичайно ж, її стійкістю. З усіх властивостей екосистем саме ця сприяє тривалому існування сукупності живих і неживих організмів. Навіть значні коливання зовнішніх факторів не роблять впливу на зміни внутрішніх параметрів. Наприклад, при зниженні опадів над лісом до 30 % масив втратить своєї зеленої маси всього до 15 %. Що стосується чисельності первинних консументов, то вона знизиться лише на 5 %. Можливість переносити несприятливі умови безпосередньо залежить від витривалості організмів. Збереження їх здатності до розмноження в широкому діапазоні умов посилюється при цьому можливістю зміни ланцюжків живлення в найбільш багатих суспільствах.
Однак стійкість екосистеми має тенденцію до зниження при об’єднаннях видового складу.
Найбагатшими життям вважаються тропічні ліси. В них налічується до 9 тис. рослин. У зв’язку з настільки багатою різноманітністю видів такі екосистеми вважаються найбільш стійкими. Далі йдуть рослинні масиви, розташовані в середній смузі. В таких лісах зустрічається до 2000 видів флори. Менш стійкими вважаються тундрові біоценози (500 видів). Мало стійкими є екологічні системи океанічних островів. На ще більш низькій сходинці знаходяться фруктові сади. А що стосується посівних полів, то вони і зовсім не підтримуються людиною, існувати не зможуть. Такі землі швидко заростають бур’янами і починають знищуватися шкідниками.
Саморегуляція
Що ще є основним властивістю екосистеми? Її саморегуляція, ефективність якої визначена різноманітністю не тільки видів, але і харчових взаємовідносин, які мають місце між ними.
Наприклад, якщо знижується чисельність якого-небудь природного консумента, то при існуючому розмаїтті видів хижаки починають харчуватися тими тваринами, яких у природі налічується більшу кількість, але які раніше були для них другорядними.
Довгі ланцюжки живлення дуже часто перетинаються, що сприяє створенню їх варіації, які залежать від чисельності жертв, врожаю рослин і т. д. Леви і тигри, якщо відсутні копитні, починають харчуватися не такими великими тваринами. Часом вони навіть переходять на рослинну їжу. А ось сокіл-сапсан, харчується в повітрі, при масовому розмноженні лемінгів починає вживати в їжу цих звірків, підхоплюючи їх прямо з землі.
Харчова ланцюг «рослини – миша – змія – орел» часом скорочується. З неї випадає змія. Якщо рік більш сприятливий, то чисельність різних видів підлягає відновленню, нормалізуючи при цьому харчові відносини, що мають місце в біоценозі. Якщо рік урожайний для рослин, то кількість травоїдних також збільшується. Їжа хижакам забезпечена, і вони також швидко розмножуються. Якщо рік неврожайний, то, відповідно, в екосистемі знижується кількість травоїдних. В такі роки практично не розмножуються і хижаки.
Саморегуляцію як властивість екосистеми можна простежити і на коливанні залежно від чисельності популяцій лемінгів. Один раз на кілька років кількість цих звірків стрімко збільшується. Вони починають об’їдати рослинність тундрової зони. Через організм лемінгів речовини, що знаходяться в рослинах, які переходять у детрит. Протягом декількох років відбувається процес мінералізації, що сприяє утворенню родючого грунту, на якій зростає живильний рослинний покрив.
Якщо роки малокормные, то кількість лемінгів стрімко знижується. Це відбувається не тільки з-за недостатнього харчування, але й швидко розмножуються хижаків. Серед них сови, песці і лисиці. Таким чином рослини, а також лемінги з хижаками сприяють саморегуляції екосистеми тундри, зберігаючи при цьому її довговічність і стійкість.
Емерджентні властивості
Деколи екосистем стають притаманні нові, унікальні характеристики, які є підсумком синергічного взаємодії елементів. Їх називають эмерджентными властивості екосистеми. Так, деякі кишечнополостные тварини і водорості спільно еволюціонують, утворюючи при цьому ланцюг коралових рифів.
Це сприяє формуванню ефективного механізму кругообігу компонентів харчування, що дозволяє подібної комбінованої системі постійно підтримувати найвищу продуктивність у воді, що відрізняється невеликим вмістом поживних речовин. Таким чином, величезну різноманітність і продуктивність коралових рифів і вважаються эмерджентными властивостями, які характерні для цього підводного співтовариства.
Сукцесія
Всі екосистеми стійкі тільки відносно. Адже йде час, змінюються зовнішні умови. Дещо іншим стає характер взаємодії один з одним організмів, включених у біоценоз.
Зміни екосистем можуть бути циклічними і поступальними. У першому випадку вони відбуваються з-за добових, сезонних або багаторічних перетворень в природі. Так, після посушливого року настає вологий, що впливає на чисельність популяцій тих організмів, які пристосовані, відповідно, або до посухи, або до високої вологості.
Що стосується поступальних змін, то вони є більш тривалими, наводячи, як правило, до зміни біоценозів. Вони викликаються:
- змінами в природному середовищі, викликані тривалим впливом життєдіяльності організмів;
- встановленням найбільш стабільних відносин між різними видами, які відбуваються після їх порушень, наприклад, під час лісових пожеж, змін у кліматі і т. д.;
- впливом людей.
Такі поступальні зміни носять назву «сукцесія», що в перекладі з латинського означає «спадкоємність», «вступ на чиєсь місце». В ході даного процесу один біоценоз змінюється іншим, більш стійким.
Наприклад, для сукцесії, що відбувається в місцевості з голою кам’янистою поверхнею, характерно вивітрювання гірських порід. Це відбувається під дією вологості і температури, сонячного світла і повітряних мас. Далі руйнують породи лишайники і водорості, гриби та бактерії. Утворюються в результаті життєдіяльності цих організмів кислоти, що розчиняють камені і мінералізують ґрунтовий шар. Це сприяє накопиченню живильної суміші рослинних залишків, збагачених азотом. Вона служить прекрасною основою для зростання невибагливих, що не мають коренів спорових рослин, наприклад, мохів. По мірі їх відмирання формується невеликий по товщині ґрунтовий шар, на якому з’являються конюшина, злаки, осока та інші трав’янисті рослини, які позбавляють мохи вологи. Далі з’являються чагарники. Грунт поступово збагачується і стає придатною для виростання дерев. Таким чином, даний біоценоз поступово перетворюється в зріле і стійке співіснування живих і неживих компонентів.
Які властивості екосистеми змінюються при антропогенному перетворення? Досить значні. Особливо це можна помітити в зелених зонах, поблизу існуючих міст. На таких територіях рослинність досить інтенсивно витоптується людиною, який збирає ягоди, гриби або просто здійснює прогулянки на природі. Це травмує коріння лісових трав, які знаходяться відразу під підстилкою лісу. Грунт ущільнюється і починає погано вбирати вологу.
Що ще змінює властивості екосистем зелених зон? Присутність людини стає причиною пошкодження підросту деревної рослинності, що можна помітити по засохлих верхівках. Уражені дерева страждають від грибів і шкідників. Листя рідшає, ліс стає світліше. На цих територіях починають поширюватися лугові трави, які віддають перевагу сонячні промені. Вони ж представляють собою рослини, найбільш стійкі до витоптування.
Природні та антропогенні екосистеми
Між цими спільнотами існує як подібність, так і деякі відмінності. Так, властивості природних і антропогенних екосистем схожі в тому, що вони:
- є відкритими і поглинають енергію сонця;
- складаються з консументов, продуцентів і редуцентов;
- включають в себе екологічні піраміди і ланцюги живлення;
- складаються з організмів, у яких існує боротьба за виживання, природний або штучний відбір, а також спадкова мінливість;
- в якості своєї основи містять продуценти, що використовують сонячну енергію і є першим з ланок в харчовому ланцюжку.
Відмінності між цими двома системами можна побачити в:
- дії та напрямку відбору особин;
- загальному кругообігу поживних елементів;
- джерело енергії;
- різноманітності і стійкості видів;
- здатності до саморегуляції і самодостатності;
- продуктивності.
Біосфера
При взаємодії абиотической і біотичної частин відбулося утворення унікальної середовища. Це біосфера як глобальна екосистема. Основні властивості біосфери – кругообіг речовин, який забезпечує існування балансу біоценозів. Без цього середовища неможливе життя на нашій планеті.
Як вже було сказано вище, екосистеми класифікуються за розмірами і бувають різних рівнів складності. Більш дрібні системи взаємодії організмів входять до складу більш великих, а ті є частиною ще більш значні за своїми масштабами. Сукупність макроэкосистем утворює глобальне співтовариство, яке і називають біосфера. В ній існує все живе на Землі.
Які властивості екосистеми характерні і для біосфери? Це кругообіг енергії, викликаний різних трофічних участю продуцентів, редуцентов і консументов. Це і є відповіддю на запитання «Які властивості біосфери дозволяють називати її екосистемою?». Подібний ознака є ключовим. Він же і забезпечує стабільність існуючої схеми взаємодії організмів.
Які властивості екосистеми характерні і для біосфери? Всі ті, які притаманні подібним спільнот. Однак більш суттєві функції виконує біосфера як глобальна екосистема. Основні властивості біосфери укладені:
- у круговороті речовин (великому – океан і суходіл, а також малому – живе і відсталу речовину);
- в наявності трьох учасників трофічного ланцюга у вигляді продуцентів, консументов і редуцентов;
- у стабільності і потенційної безсмертність до тих пір, поки в системі існують продуценти.
В біосфері укладені всі властивості екосистем, існуючих на планеті. Саме тому її і називають глобальною.
Під впливом діяльності людини у біосфери з’являються ознаки, що не є властивостями екосистеми. Відбувається порушення ланцюжка взаємодії середовища проживання організмів, знижується схильність до рівноваги, відбувається дисбаланс в обміні енергії. Це вимагає від людини розуміння того, що зміни будь-якого компонента глобального співтовариства неминуче вплине на всі інші, надавши негативний вплив на життя нашої планети.
