Замкнутая экосистема

Содержание
  1. О равновесии в экосистемах
  2. править Концепция экосистемы
  3. править Источники
  4. править Потоки вещества и энергии в экосистемах
  5. Продуктивность экосистем
  6. Энергетические соотношения в экосистемах (экологические эффективности)
  7. править Устойчивость экосистем
  8. править Строение экосистемы
  9. Структурные компоненты экосистемы
  10. Функциональные компоненты экосистемы
  11. Структурно-функциональные компоненты экосистемы
  12. править Ранги экосистем
  13. править Временные границы экосистемы
  14. Сукцессия
  15. Климаксное сообщество
  16. Концепция экосистемы
  17. править Пространственные границы экосистемы

О равновесии в экосистемах

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 гомеоста- зом, — 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.

География

править Концепция экосистемы

Экосистема — сложная, самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основная характеристика экосистемы — наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой. Не каждая биологическая система является в достаточной степени самодостаточной и саморегулируемой, обычно такие подсистемы называются фациями. Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции, — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

править Источники

  1. Бродский А. К. Краткий курс общей экологии, Учебное пособие для ВУЗов, — СПб, «Деан», — 2000 год, — 224 с.
  2. Ю. Одум Основы экологии, — М., Мир, — 1975—741 с.
  3. Марачевский В. Г. Основы Геоэкологии. — СПб: Изд. СПбГУ, географический факультет. — 1994 г.
  4. Ю. Одум Экология. — М.: Мир, 1986.
  5. Биоценоз // Большая Советская Энциклопедия
  6. М. Бигон, Дж. Харпер, К. Таунсенд Экология. Особи, популяции и сообщества. — М.: Мир, 1989.
  7. В. Ф. Левченко Глава 3 // Эволюция Биосферы до и после появления человека. — СПб: Наука, 2004. — 166 с. — ISBN 5-02-026214-5.
Общее

Общая экология • Прикладная экология • Социальная экология • Интегральная экология • Информационная экология • Промышленная экология • Медицинская экология • Охрана природы • Красная книга • Экологический след • История экологии • Вторичные ресурсы • Гарбология • Геопургология • Геоэкология • Биосфера • Гринвошинг • Экосистема • Устойчивый транспорт • Экологизм • Защита природы (Энвайронментализм)

Глобальные проблемы

Глобальное потепление • Глобальное затемнение • Проблема народонаселения • Выхлопные газы • Озоновые дыры • Опустынивание • Обезлесение • Выбросы • Экологические катастрофы • Экологическая миграция

Организации и движения

Всемирный фонд дикой природы • Международный союз охраны природы • Гринпис • Международный Зелёный Крест • Социальная экология (движение) • Earth First! • Движение за добровольное исчезновение человечества

Экологическое право

Международное право охраны окружающей среды • Экологические преступления • Экологическая безопасность • Экологический консалтинг • Декларация Рио

Законы

Биоклиматический закон Хопкинса • Закон оптимума • Закон толерантности Шелфорда • Закон ограничивающего фактора

Экологические акции и мероприятия

Восстановление природной среды • Ноль отходов • Час Земли • Экологическая реставрация

Дни

Международный день предотвращения эксплуатации окружающей среды во время войн • Международный день действий против плотин • Международный день охраны озонового слоя • Международный день Матери-Земли • Всемирный день борьбы с опустыниванием и засухой • Всемирный день водно-болотных угодий • Всемирный день водных ресурсов • Всемирный день охраны мест обитаний • Всемирный день окружающей среды • Всемирный день защиты животных • Всемирный день защиты слонов в зоопарках • Всемирный день океанов • Всемирный день моря • Всемирный день китов • Всемирный день Хабитат • День Земли • День слона • День эколога • День Балтийского моря • Дни защиты от экологической опасности • День заповедников и национальных парков • День работников леса и лесоперерабатывающей промышленности • День посадки деревьев

Альтернативная энергетика

Биотопливо • Возобновляемые ресурсы • Возобновляемая энергия • Геотермальная энергетика • Мусоросжигание • Солнечная энергетика

Загрязнения

Антропогенный фактор • Загрязнение атмосферы • Загрязнение литосферы • Загрязнение пресных вод • Загрязнение океанов • Загрязнение почв • Химическое загрязнение • Световое загрязнение • Шумовое загрязнение • Электромагнитное загрязнение • Радиоактивное заражение • Загрязняющее вещество • Загрязнитель • Зона отчуждения • Отходы (обращение, захоронение в море)

править Потоки вещества и энергии в экосистемах

Принципиальная схема потоков вещества и энергии в экосистеме, на примере системы ручьев Сильвер Спринг. По Одуму, 1971

Сейчас отсутствует полное понимание всех вещественных и энергетических процессов внутри экосистемы, в большей части исследований либо вся экосистема, либо некоторые её части выступают в качестве «чёрного ящика».

Продуктивность экосистем

Для характеристики продуктивности экосистем используют следующие понятия:

  1. Первичная продукция сообщества (или первичная биологическая продукция) — образование биомассы продуцентами без исключения энергии, затраченной на дыхание за единицу времени на единицу площади. Первичная продукция разделяется на валовую первичную продукцию (продукцию фотосинтеза без затрат на дыхание) и чистую первичную продукцию (разница между валовой первичной продукцией и затратами на дыхание).
  2. Чистая продуктивость сообщества — скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами, вычисляется за вегетационный период либо за год. В более зрелых экосистемах значение чистой продуктивости сообщества стремится к нулю (см. концепцию климаксных сообществ).
  3. Вторичная продуктивность сообщества — скорость накопления энергии на уровне консументов.

Энергетические соотношения в экосистемах (экологические эффективности)

Существуют основные характеристические соотношения:

  1. Соотношения B/R (биомасса к дыханию) и P/R (продуктивность к дыханию). Cоотношение (B/R) показывает необходимое количество энергии, затрачиваемой на поддержание существующей биомассы. Cоотношение (P/R) характеризует эффективность затрачиваемой энергии (дыхания) на производство биомассы (продуктивность).

    График изменения соотношения P/B в экосистемах (по А. К. Бродскому, 2002)

  2. Соотношения A/I (ассимилированная энергия к поступившей) и P/A (продуктивность к ассимилированной энергии). Соотношение A/I называется эффективностью ассимиляции, а второе P/A — эффективностью роста тканей.
  3. Соотношение P/B (суммарная продуктивность сообщества к его биомассе). Коэффициент P/B безразмерен и может рассчитываться как продукция за определённый промежуток времени к средней за этот промежуток биомассе, или в конкретный момент времени как продуктивность в этот момент к существующей биомассе. Это соотношение обычно намного больше единицы в молодых сообществах, но с ростом числа видов и приближением к климаксному сообществу этот коэффициент стремится к единице.

править Устойчивость экосистем

Экосистема имеет прямые и обратные связи, которые поддерживают гомеостаз экосистемы в некоторых пределах параметров окружающей среды. Выделяют два типа гомеостаза: резистентный — способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии (см. Принцип Ле Шателье — Брауна) и упругий — способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы. Иногда выделяют третий аспект устойчивости — устойчивость экосистемы по отношению к изменениям характеристик среды и изменению своих внутренних характеристик. Устойчивость экосистемы обычно не зависит от числа видов и сложности устройства.

править Строение экосистемы

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты компоненты, которые формируют трофическую структуру экосистемы.

Строение экосистемы (биогеоценоза) по Реймерсу Н. Ф.

Структурные компоненты экосистемы

Структурными компонентами являются:

  1. климатический режим, определяющий основные физические характеристики среды;
  2. неорганические соединения;
  3. органические соединения;
  4. продуценты;
  5. макроконсументы;
  6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, грибы и бактерии, простейшие.

Последние три компонента являются биомассой экосистемы.

Функциональные компоненты экосистемы

Трофическая структура экосистемы

  1. автотрофы — организмы, производящие первичную продукцию;
  2. биофаги — организмы, поедающие других живых организмов;
  3. сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Это разделение показывает временную и функциональную связь в экосистеме, — органическое вещество образуется, затем преобразуется, затем разлагается (см. рисунок).

Структурно-функциональные компоненты экосистемы

  1. Экотоп — определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов, микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде.
  2. Климатоп — характеристика биогеоценоза, сочетание физических и химических характеристик воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов.
  3. Эдафотоп — часть косной среды преобразованной организмами.
  4. Биотоп — преобразованный биотой экотоп. Иначе — участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза.
  5. Биоценоз — исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Иногда биоценоз разделяют на фитоценоз и зооценоз.

править Ранги экосистем

Вопрос ранжирования экосистем достаточно сложен. Выделение минимальных экосистем (биогеоценозов) и экосистемы наивысшего ранга — биосферы не вызывает сомнений. Промежуточные же выделения довольно сложны, так как сложности не всегда однозначно позволяют определить границы экосистем. В геоэкологии (и ландшафтоведении) существует следующее ранжирование: фация — урочище (экосистема) — ландшафт — географический район — географическая область — биом — биосфера. В экологии существует сходное ранжирование, однако, обычно считается, что корректно выделение лишь одной промежуточной экосистемы — биома.

править Временные границы экосистемы

На одном и том же биотопе с течением времени существуют различные экосистемы. Смена одной экосистемы на другую может занимать как довольно длительные, так относительно короткие (несколько лет) промежутки времени. Длительность существования экосистем в таком случае определяется этапом сукцессии. Смена экосистем в биотопе может быть обусловлена и катастрофическими процессами, но в таком случае, существенно изменяется и сам биотоп, и такую смену не принято называть сукцессией (за некоторыми исключениями, когда катастрофа, например, пожар — естественный этап циклической сукцессии).

Сукцессия

Сукцессия — это последовательная, закономерная смена одних сообществ другими на определённом участке территории, обусловленная внутренними факторами развития экосистем. Каждое предыдущее сообщество предопределяет условия существования следующего и собственного исчезновения. Это связано с тем, что в экосистемах, которые являются переходными в сукцессионом ряду, происходит накопление вещества и энергии, которые они уже не в состоянии включить в круговорот, преобразование биотопа, изменение микроклимата и других факторов, и тем самым создаётся вещественно-энергетическая база, а также и условия среды, необходимые для формирования последующих сообществ. Есть другая модель, которая объясняет механизм сукцессии следующим образом: виды каждого предыдущего сообщества вытесняются лишь последовательной конкуренцией, ингибируя и «сопротивляясь» внедрению последующих видов.

Климаксное сообщество

 → Климакс (экология)

Климаксное сообщество формируется в результате последовательной смены экосистем и представляет собой наиболее сбалансированное сообщество, максимально эффективно использующее вещественно-энергетические потоки, то есть поддерживающее максимально возможную биомассу на единицу поступающей в экосистему энергии.

Концепция экосистемы

Основным объектом изучения экологии являются экологические системы, или экосистемы. Экосистема занимает следующее после биоценоза место в системе уровней живой природы. Говоря о биоценозе, мы имели в виду только живые организмы. Если же рассматривать живые организмы (биоценоз) в совокупности с факторами окружающей среды, то это уже экосистема. Таким образом, экосистема — природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (например, атмосфера — косной, почва, водоем — биокосной и т.д.), связанными между собой обменом веществ и энергии.

Общепринятый в экологии термин «экосистема» ввел в 1935 г. английский ботаник А. Тенсли. Он 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 факторов, образующих то, что мы называем средой биома, — факторы местообитания в самом широком смысле». Тенсли подчеркивал, что для экосистем характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между органическим и неорганическим веществом. Это не только комплекс живых организмов, но и сочетание физических факторов.

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 (рис. 8).

Замкнутая экосистема

Понятие «экосистема» можно применить к объектам различной степени сложности и величины. Примером экосистемы может служить тропический лес в определенном месте и в конкретный момент времени, населенный тысячами видов живущих вместе растений, животных и микробов и связанный происходящими между ними взаимодействиями. Экосистемами являются такие природные образования, как океан, море, озеро, луг, болото. Экосистемой может быть кочка на болоте и гниющее дерево в лесу с живущими на них и в них организмами, муравейник с муравьями. Самой большой экосистемой является планета Земля.

Каждая экосистема может характеризоваться определенными границами (экосистема елового леса, экосистема низинного болота). Однако само понятие «экосистема» безранговое. Она обладает признаком безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Обычно экосистемы разграничиваются элементами абиотической среды, например рельефом, видовым разнообразием, физико-химическими и трофическими условиями и т.н. Размер экосистем не может быть выражен в физических единицах измерения (площадь, длина, объем и т.д.). Он выражается системной мерой, учитывающей процессы обмена веществ и энергии. Поэтому под экосистемой обычно понимают совокупность компонентов биотической (живые организмы) и абиотической среды, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот, в котором участвуют продуценты, консументы и редуценты. Термин «экосистема» применяется и по отношению к искусственным образованиям, например экосистема парка, сельскохозяйственная экосистема (агроэкосистема).

Экосистемы можно разделить на микроэкосистемы (дерево в лесу, прибрежные заросли водных растений), мезоэкосистемы (болото, сосновый лес, ржаное поле) и макроэкосистемы (океан, море, пустыня).

править Пространственные границы экосистемы

Устье реки — пример экотона (фотография дельты Нила из космоса)

Некоторые возможные варианты границ (экотоны) между экосистемами

В природе не существует чётких границ между различными экосистемами. Всегда можно указать на ту или иную экосистему, но выделить точные границы, если они не представлены обрывами, реками, выходами скальных пород и т. п., не представляется возможным, всегда существуют плавные переходы от одной экосистемы к другой. Это обусловлено относительно плавным изменением градиента факторов среды (влажность, температура, увлажнённость и прочее). Иногда переходы из одной экосистемы в другую могут фактически являться самостоятельной экосистемой. Обычно сообщества, образующиеся на стыке различных экосистем, называются экотонами. Термин «экотон» введён Ф. Клементсом в 1905 году.

Комментариев нет, будьте первым кто его оставит