Экосистема: определение понятия, структура, виды

Согласно Конвенции о биологическом разнообразии, экосистема — это динамический комплекс, образованный растениями, животными и микроорганизмами (биоценоз), а также окружающей их неживой природой (биотопом), которые взаимодействуют как одно функциональное целое. Другими словами, это участок геопространства и населяющие его живые организмы, не способные существовать отдельно друг от друга.

История термина

Мнение о том, что живые существа и места их обитания нужно рассматривать как единое целое, в XIX веке высказал физиолог из Шотландии Джон Скотт Холдейн. Он считал, что “части организма и его окружение составляют одну систему”. В 1928 году о “целостных экологических системах” говорил лейпцигский биолог и лимнолог Ричард Уолтерек. О целостности живых организмов и неживой природы писал российский почвовед Василий Васильевич Докучаев. Немецкий гидробиолог Август Тинеманн для обозначения единства биотопа и биоценоза использовал термин “голоцен”, предложенное энтомологом Карлом Фридрихом в 1927 году.

Карл Фридрих думает над новым термином

Современное понятие “экосистема” (англ. ecosystem), ставшее основным в экологии, придуман в 1935 году британским биологом и геоботаником Артуром Джорджем Тенсли. Ученый дал ему такое определение: “Единая система, включающая в себя не только комплекс организмов, но и комплекс факторов, которые образуют то, что мы называем экологией. Внутри системы происходит постоянное разнообразное взаимодействие не только между организмами, но и между органическим и неорганическим мирами“.

Сравнение понятий “экосистема” и “биогеоценоз”

В 1940-х годах в Советском Союзе науку об экологических системах создал советский ученый Владимир Николаевич Сукачев. Он придумал для них собственный термин — “биогеоценозы”, который долгое время использовался в восточноевропейской научной литературе вместо ecosystems Тенсли. Однако не все ученые согласны с тем, что эти термины полностью синонимичны.

Согласно Сукачеву, биогеоценоз — конкретный участок земной поверхности, где обязательно есть растительное сообщество — фитоценоз. Понятие “экосистема” более общее. Оно применимо, например, не только к полю или лесу, но также к кочке посреди болота или ручью.

Классификация экосистем

Классификация экосистем осуществляется по:

• расположению в пространстве,
• масштабу,
• типу возникновения,
• источнику энергии.

По расположению

Бывают наземные и водные системы. Наземные — это системы твердой поверхности нашей планеты. В их распределении наблюдается определенная климатическая зональность. Выделяют виды экосистем:

• арктическая тундра;
• бореальные хвойные леса, летнезеленые лиственные и смешанные леса, степь, пампасы умеренной зоны;
• альпийская (высокогорная) тундра;
• субтропические заросли жестколистных кустарников — чапараль;
• тропические пустыни, злаковники, саванна, вечнозеленые сухие и дождевые леса.

Водные виды делятся на морские (моря, океаны, соленые озера, ватты) и пресноводные (пресные озера, реки, ручьи).

По масштабу

Часть экологов выделяет 3 вида экосистем в зависимости от размера: микросистемы, мезосистемы, макросистемы. Отдельными системами они считают, например, разлагающийся пень, лес, где он находится, и целый континент. Самая большая это биосфера, которая включает в себя совокупность всех наземных и водных видов.

По типу возникновения

Различают естественные (природные) и искусственные, или антропогенные (созданные человеком) типы экосистем. Для первых характерны условность границ, большое разнообразие видов, устойчивость, способность саморегулироваться и восстанавливаться. Человек не влияет на обмен вещества и энергии.

Искусственные системы имеют четкие границы. Они не могут существовать без вмешательства человека, который отбирает для них определенные растения и животных. Они создаются, например для получения сельскохозяйственной продукции (пашни, теплицы, сады, рыбные пруды), отдыха (парки, поля для гольфа), снабжения водой (оросительные каналы, городские пруды).

По источнику энергии

В зависимости от наличия и количества живых организмов, производящих органические вещества (автотрофы, продуценты), бывают такие виды экосистем:

• автотрофные, которые делятся на фотоавтотрофные, использующие солнечную энергию, и хемотрофные, потребляющие химическую энергию. Это леса, болота, пашни, сады.
• гетеротрофные. В естественных (океанические глубоководные) организмы получают энергию, перерабатывая остатки животных и растений, которые попадают к ним из автотрофных. Антропогенные (грибные фермы, фабрики, города) зависят от электроснабжения.

Признаки и свойства

Важные свойства разных экосистем:

• Открытые. Нуждаются в притоке энергии. Между ними происходит обмен живыми организмами.
• Динамичные. Меняются под влиянием внешних и внутренних факторов.
• Сложные. Биотические и абиотические компоненты и структуры непрерывно взаимодействуют друг с другом. Чем больше взаимодействий между живыми существами и окружающей средой, тем сложнее система.

Значимые признаки природной или антропогенной экосистемы:

• Наличие круговорота веществ. (вода, отдельные химические элементы). Это означает, что многие из них используются многократно.
• Живые организмы — части пищевой цепи. В зависимости от способа питания они являются продуцентами (производителями), консументами (потребителями) или деструкторами (разрушителями).

Структура и основные компоненты

Наземные системы разделены на слои, водные — на зоны. Структура экосистем складывается из биотических и абиотических элементов. К ним относятся:

• биомасса: растения, животные, грибы, микроорганизмы;
• органические соединения;
• неорганические вещества;
• климатические факторы, которые влияют на влажность, освещение, температуру.

Компоненты экосистемы взаимодействуют друг с другом.

Уровни экологической системы

Экологическая система включает в себя разные функциональные группы организмов, среди которых:

• Первичные продуценты. Они производят из неорганических веществ органические, используя солнечный свет или химическую энергию. Это в первую очередь способные к фотосинтезу зеленые растения, автотрофные бактерии, археи.
• Консументы, поедающие продуцентов, других консументов или деструкторов. К ним относятся люди и животные. Они выделяют диоксид углерода. Их останки, испражнения, шерсть, волосы представляют собой источник химической энергии.
• Деструкторы (микроорганизмы), которые разлагают, а затем минерализуют останки продуцентов и консументов, их испражнения или органы (опавшие листья и др.).

Механизмы функционирования

К таким механизмам относят устойчивость и биоразнообразие видов. Некоторые системы не меняют свою структуру и функции при негативном воздействии или способны их восстанавливать. Эту способность называют резистентным и упругим гомеостазом. Экологическая система, чувствительная к воздействию факторов окружающей среды и/или населенная преимущественно незаменимыми видами, считается неустойчивой, или динамически хрупкой. Устойчивая, напротив, хорошо функционирует в любых условиях и населена в основном взаимозаменяемыми организмами. Чем больше видов, тем выше динамическая прочность системы.

Границы экосистем

Природная экосистема, как упоминалось выше, в отличие от антропогенной не имеет четких пространственных границ. Каждая плавно перетекает в другие. Переходы между ними иногда являются самостоятельными системами — экотонами. Их населяют виды из соседних комплексов и/или специфичные для них организмы. Примеры: дельта реки, опушка леса.

Дельта реки Ирравади

Одни экологические системы остаются более или менее неизменными, другие развиваются, то есть меняются на протяжении долгого времени. С этим процессом связано понятие “сукцессия”. Оно применяется для обозначения последовательного естественного изменения под воздействием внутренних факторов. Сформировавшееся в результате сукцессии сообщество называют климаксным. Оно наиболее устойчивое.

Воздействие человека

Виды негативного антропогенного воздействия на природные экосистемы:

• Нарушение естественного биологического равновесия. Например, в результате введения чуждых ей организмов и связанное с этим вытеснение местных видов.
• Преобразование ландшафта. Сюда относятся вырубка леса для освобождения площадей для сельского хозяйства. Или получения древесины (ежегодно вырубается 13 млн. га), осушение естественных или создание искусственных озер.
• Вымирание видов животных (браконьерство).
• Загрязнение окружающей среды. Примеры — выбросы углекислого газа при сжигании ископаемого топлива, разрушение озонового слоя фреоном.
• Добыча песка, природных гравия и камня. Происходит изменение химического состава почв или водоёмов, образуются отходы. Все это негативно влияет на биотопы и разрушает места обитания живых организмов.
• Долговременные последствия использования атомной/ядерной энергии. Яркий пример — Чернобыльская катастрофа.

Ввиду непрерывного ухудшения экологии негативное воздействие человека на нее изучают многие ученые. Согласно результатам исследования “Экономика экосистем и биоразнообразия”, защита и сохранение экологических систем всегда обходятся дешевле, чем их восстановление или замена искусственными.