Экосистемы

Экология: биология взаимодействия. 3.01. Экосистемы и биогеоценозы

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ
В рамках экологии изучаются разные уровни биосистем — от организменного (или даже более низких) до биосферного. Но самым характерным для биологической науки о взаимодействиях является, конечно, экосистемный уровень. Первое, что нужно сделать, начиная разговор об экосистемах, — разобраться в терминах. К сожалению, и в этом разделе экологии существует определенная терминологическая путаница, связанная с наличием двух сходных по своему значению терминов: «экосистема» и «биогеоценоз»

Экология: биология взаимодействия. 3.02. Компоненты экосистем

На какие компоненты можно разделить экосистему? С одной стороны, мы можем использовать те же подразделения, что и в составе биогеоценоза: биоценоз (фитоценоз + зооценоз + микробоценоз) + геоценоз (эдафотоп + климатоп). В такой классификации основное внимание обращено на происхождение отдельных компонентов. По способу питания все живые организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. По характеру получения пищи организмы можно разделить на осмотрофов и фаготрофов. Используя приведенные термины, легко увидеть разницу в способе питания, характерном для многоклеточных эукариотических организмов.

Экология: биология взаимодействия. 3.03. Примеры экосистем

Примерами экосистем могут быть пруд и луг, город и поле. Живые организмы и их среда как в пруду, так и на лугу неразделимы. Большая часть органики находится в почве или в твердой фазе. В воде доминируют микропродуценты, а на суше — макропродуценты (большая часть организма которых состоит из транспортной и опорной тканей). Органические остатки на суше труднее разрушаются, и поэтому там накапливается большее количество детрита.

Экология: биология взаимодействия. 3.04. Классификация биомов

Биом — это крупный тип биогеоценозов, характеризующийся сходным характером растительности и занимающий определенные регионы планеты. Биомы регулируются макроклиматом и, в первую очередь, — количеством осадков и температурой. Как отразить взаимоотношения разных типов сообществ друг относительно друга? Два основных метода — ординация (т.е. расположение в каком-то пространстве в определенном порядке) и классификация (т.е. распределение по отделенным друг от друга группам — классам или таксонам). Ординация подчеркивает континуальность изменений свойств, классификация — дискретность разрывов. Возможна многоуровневая иерархическая классификация сообществ.

Экология: биология взаимодействия. 3.05. Экологический баланс

Наша планета населена двумя группами живых существ, для каждой из которых ресурсами являются отходы или продукты жизнедеятельности другой группы. Речь идет об автотрофах в целом (включая фототрофов) и гетеротрофах, которые соответствуют друг другу, как две половинки разбитой тарелки. Естественно, такое соответствие не может быть случайным: оно отражает важную закономерность в функционировании биосферы.

Экология: биология взаимодействия. 3.06. Продукция экосистем и ее измерение

В 1964-1974 гг. во всем мире проводился согласованный сбор данных о продуктивности экосистем и влияющих на нее факторах, проходивший в рамках Международной биологической программы ООН. До сих пор эти результаты являются основой наших знаний о тех природных богатствах, которыми располагает Земля. Биомасса — суммарная масса всех организмов всего сообщества или отдельной популяции, измеряемая в единицах сырой или сухой массы на единицу площади или объема среды. Продукция — количество воспроизведенной биомассы на единицу площади (или объема) в единицу времени (а также сама эта биомасса). Выделяют первичную продукцию — количество органического вещества, произведенного автотрофами (продуцентами), а также вторичную продукцию — продукцию гетеротрофов (консументов и редуцентов).

Экология: биология взаимодействия. 3.07. Продуктивность различных биомов

Чистая первичная продукция суши за год — 110–120 млрд. тонн сухой органики, а океана — 50–60 млрд. тонн. Приблизительно можно сказать, что океан дает около 1/3 продукции нашей планеты, занимая при этом примерно 2/3 ее площади. Самые продуктивные биомы, как для суши, так и для океана, — те, которые имеют максимальную биомассу. Впрочем, биомасса наземных экосистем намного выше, чем морских. Это связано с тем, что на суше преобладают крупные растения со значительным количеством опорных и проводящих тканей.

Экология: биология взаимодействия. 3.08. Сукцессии. Основные понятия

Сукцессия — это последовательная смена сообществ в одном местообитании. Это направленный, контролируемый сообществом процесс, ведущий к определенной кульминации. Сукцессия в биогеоценозах является более длительным процессом, чем сезонные изменения, но и не столь длительным, как эволюция экосистем. Это направленный процесс, контролируемый сообществом и ведущий к определенному состоянию.

Экология: биология взаимодействия. 3.09. Тенденции в сукцессиях

В типичном случае в ходе сукцессии (например, в искусственной системе — микрокосме, или при заселении нового местообитания в ходе первичной автотрофной сукцессии) наблюдается следующее. Вначале быстро растет продукция, дыхание отстает и это приводит к накоплению биомассы. После достижения климакса дыхание догоняет продукцию и все параметры системы стабилизируются.

Экология: биология взаимодействия. 3.10. Природа и характеристики сообществ

Естественно, что самой яркой и интересной частью экосистем являются сообщества — совокупности их живых компонентов. Являются ли сообщества четко отличающимися отдельными объектами? Изредка — да, чаще — нет. Спор не закончен до сих пор. Сообщества можно характеризовать по ряду признаков, рассматривая их эмергентные свойства, отсутствующие на уровне частей целостной системы.

Экология: биология взаимодействия. 3.11. Трофические связи и уровни

Автотрофы получают биогены и необходимую энергию из среды и создают органические вещества. Органические вещества автотрофов потребляют одни гетеротрофы, этих гетеротрофов — иные, и так до тех пор, пока синтезированное автотрофами органическое вещество не разрушится почти без остатка. Эти отношения, основанные на питании, называются трофическими (пищевыми) связями. Трофическая цепь — путь переноса органического вещества и содержащейся в нем энергии от его первых получателей (автотрофов) через ряд поедающих друг друга организмов.

Экология: биология взаимодействия. 3.12. Экологические эффективности

Чем более простую задачу преобразования энергии выполняют организмы, тем меньшие потери они несут. Так, плотоядные животные решают сравнительно несложную задачу: они получают энергию в высококачественной пище, которую относительно «нетрудно» переработать и построить из нее собственное тело. А сложнее всего — задача, которую решают фотосинтетические организмы, использующие в качестве источника энергии свет.

Экология: биология взаимодействия. 3.13. Экологические пирамиды

Чарльз Эльтон предложил способ графического выражения отношений между трофическими уровнями, который стал едва ли не символом экологии как науки. Речь идет об экологических пирамидах. При построении экологических пирамид меры обилия представителей разных трофических уровней показывают в виде лежащих друг на друге прямоугольников. Обычно этот метод используют для описания пастбищных трофических цепей. Выделяют пирамиды численностей, биомасс и продуктивностей.

Экология: биология взаимодействия. 3.14. (дополнение) Флора, фауна, консорции

Описывая живой мир определенных территорий, часто используют понятия «фауна», «флора» и ряд аналогичных им. Флора — совокупность видов растений, приуроченных к определенному географическому пространству. Состав флоры определяется как современными условиями, так и геологическим прошлым. Растительность — совокупность всех растительных сообществ на определенной территории. Растительный мир — совокупность всех растительных организмов.

Экология: биология взаимодействия. 3.15. (дополнение) КПД экосистем и энергетические субсидии

Экосистемам можно помочь затратами энергии «со стороны». Чтобы сорняки не забили пшеницу на пшеничном поле, человек прилагает дополнительные затраты энергии. В примитивном сельском хозяйстве эта энергия может быть мышечной (например, затраты на прополку), а в современном потребности в энергии обеспечиваются в основном благодаря использованию ископаемого топлива. Это за счет ископаемого топлива производятся удобрения и пестициды, движутся по полю трактора и комбайны, подается вода… Речь идет об энергетических субсидиях — энергии, полученной из дополнительного источника, которая уменьшает затраты на самоподдержание экосистемы и увеличивает долю энергии, переходящую в продукцию.

Экология: биология взаимодействия. 3.16. (дополнение) Биомы и человеческая культура

Особенности природной среды определяют характерные отношения с ним человеческого общества, а значит, и характерные особенности социума. Человек сформировался как вид с чрезвычайно пластичным поведением, способный занимать разнообразные экологические ниши (т.е. находится в разных отношениях со средой, выполнять разные роли). Эти роли требуют адекватной социальной организации.