Екологія і організація природоохоронної діяльності - Шматько В.Г. - 2.3. Екосистеми та їх роль в організації біосфери

Живі організми і їх неживе (абіотичне) оточення нерозривно зв'язані одне з одним і знаходяться в постійній взаємодії.

Будь-яке співтовариство живих істот і середовище його перебування, об'єднані в єдине функціональне ціле, завдяки взаємозалежності і потоку енергії, що протікає в них та речовин, називається екосистемою. Екосистему варто розглядати як основну функціональну одиницю в екології.

З погляду теорії систем, екосистеми являють собою відкриті системи. Важливими компонентами для них є середовище на вході і середовище на виході. Наявність зовнішнього середовища варто вважати властивістю екосистеми.

Екосистема - універсальне поняття: екосистемою є і крапля води зі ставка, і в цілому вся біосфера, тобто це поняття не рангове. Поряд з терміном екосистема існує і термін біогеоценоз - екосистема з визначеним типом рослинності (наприклад, біогеоценоз листяного лісу, біогеоценоз степу тощо).

У цьому змісті для великих регіональних чи субконтинентальних біосистем використовується термін біом.

У кожної екосистеми виділяється жива (біотична) і нежива (абіотична) частина. Біотична частина (біота) - це співтовариство (сукупність) усіх живих організмів в межах виділеної екосистеми. Абіотична частина (абіота) - це неживе фізичне середовище, що функціонує разом зі співтовариством.

Особливе питання являє собою грунт, в якому інтегровані живі організми і нежива речовина. За пропозицією академіка В. І. Вернадського грунт визначається як біокосне тіло Землі.

Рослинний покрив являє собою найважливіший компонент будь-якої наземної екосистеми. В екології його визначають терміном "фітоценоз". Фітоценоз це сукупність популяцій автотрофних рослин, зв'язаних подібним відношенням до умов середовища. Розрізняють ще рослини едифікатори - тобто види, що грають основну роль у створенні біосередовища в екосистемі. На рис. 2.1 і 2.2 зображені потік енергії в природному співтоваристві і кругообіг речовин в екосистемі.

Рис. 2.1. Потік енергії в природному співтоваристві

Рис. 2.2. Кругообіг речовин в екосистемі

В екосистемі спільно знаходяться і функціонують безліч видів. З погляду займаного простору кожен вид характеризується своїм місцеперебуванням - місцем, де він живе, чи місцем, де його зазвичай можна знайти. Однак однієї просторової характеристики для визначення умов, у яких проживає вид, недостатньо. Більш ємним є поняття екологічна ніша - сукупність екологічних характеристик виду: місце перебування, їжа, місце розмноження, опір факторам середовища, відносини між конкурентами чи ворожими видами, - тобто всі умови його існування.

Так, наприклад, при меліорації земель відбувається звуження, а то й закриття екологічних ніш для одних видів і розширення (створення нових) ніш для інших.

Для життя деяких організмів потрібні умови, обмежені вузькими межами. Такі організми звуться стеноеки. Інші, навпаки, пристосовуються до більш мінливих умов - евриеки. Екологічна валентність організму представляє його здатність заселяти різноманітні середовища. Можна сказати, що різні види відрізняються різною біологічною стійкістю. Загальний закон біологічної стійкості ілюструється рис. 2.3, а основні екологічні закони приведені у Додатку 1.

Рис. 2.3. Загальний закон біологічної стійкості

З погляду трофічної структури (ланцюга харчування) екосистема поділяється на два яруси: верхній автотрофний (самостійно харчується) ярус, тобто рослини, - тут переважає фіксація енергії світла, використання простих неорганічних з'єднань і нагромадження складних органічних сполук, і нижній гетеротрофний ярус (що харчується іншим), у якому переважають рослиноїдні та хижаки, трансформація і розкладання складних з'єднань.

У складі екосистеми виділяють наступні компоненти: неорганічні речовини (С, ЇМ, С02, Н20 та ін.), що включаються в кругообіг; органічні сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди, гумусові речовини тощо); повітряне, водяне і субстрат не (мінеральний розчин) середовище, що включає кліматичний режим та інші фізичні фактори; продуценти - автотрофні організми, що можуть робити їжу з простих неорганічних речовин; макроконсументи - в основному бактерії і грибки [23].

Співтовариство може бути представлене в наступному складі: продуценти - консументи - редуценти. Поняття "співтовариство" часто вживається й у більш вузькому значенні - кажуть, наприклад, рослинне співтовариство (фітоценоз).

Для функціонування будь-якої екосистеми необхідні наступні компоненти: сонячна енергія, вода, елементи харчування (основні абіотичні неорганічні й органічні сполуки), що містяться в ґрунтах, донних осадках і воді, автотрофні і гетеротрофні організми, що утворюють біотичні харчові ланцюги.

Живі і неживі частини екосистем тісно переплетені між собою в єдиному комплексі, так що розділити їх важко.

Основний процес у будь-якому рослинному співтоваристві, у тому числі в агроценозі (штучна екосистема для продукування рослинної маси) - фотосинтез. Процес фотосинтезу включає запасні частини енергії сонячного світла у виді потенційної, чи "зв'язаної" енергії їжі [23).

Загальне спрямування реакцій:

За характером протікання процесів фотосинтезу рослини поділяються на два типи - І та ІІ, в залежності від їх реакції на світло і температуру.

У рослин першого типу максимальна інтенсивність фотосинтезу (на одиницю поверхні листка) зазвичай спостерігається при помірній освітленості і температурі, а високі температури і яскраве сонячне світло придушують фотосинтез. Навпроти, рослини II типу адаптовані (пристосувалися) до яскравого світла і високої температури, і в таких умовах значно перевершують по продуктивності рослини І типу. Крім того, вони більш ефективно використовують воду: як правило, на виробництво 1 г. сухої речовини їм потрібно не менше 400 г. води, а рослинам 1-го типу від 400 до 1000 г. води.

У той же час варто мати на увазі, що рослини, які в даний час відіграють головну роль у харчуванні людства (пшениця, рис, картопля і велика частина овочів) відносяться до І типу, оскільки культури, придатні для інтенсивного механізованого землеробства, були виведені в помірній зоні Північної півкулі. Культури тропічного походження, наприклад, кукурудза, сорго, цукрова тростина, відносять до II типу.

Для життя і процвітання організмів необхідна наявність визначеної сукупності умов. Якщо всі умови виявляються сприятливими (за винятком одного, виявленого недостатньо), то остання умова, яка називається лімітуючим (обмежуючим) фактором, здобуває вирішального значення для життя чи смерті розглянутого організму, а, отже, його присутності чи відсутності в даному середовищі. Наприклад, для степового агроценозу лімітуючим фактором є вода.

При оцінці видів у зв'язку з їхніми місцеперебуваннями існує правило: два види, що живуть на одній і тій території, не можуть мати цілковито однакову екологічну нішу (правило Гаузе).

Розвиток екосистеми, чи екологічна сукцесія, складається у зміні в часі видової структури чи біоценотичних процесів. У загальному випадку сукцесія відбувається в результаті змін фізичного середовища і взаємодій "конкуренція - співіснування" на популяційному рівні. Сукцесія контролюється співтовариством, незважаючи на те, що фізичне середовище визначає характер і швидкість зміни, а часто й обмежує межі розвитку. Один з прикладів сукцесії - послідовність змін видового складу, що відбувається в порушеному місцеперебуванні. Наприклад, при лісовій пожежі, на вигорілому місцеперебуванні відбувається зміна видів (сукцесія) у наступній послідовності: трава - осика - береза - ялина.

Сукцесія може бути природною, що визначається переважно внутрішніми взаємодіями, - аутогенною сукцесією, і викликаною зовнішніми силами - аллогенною сукцесією. Кожна екологічна система прагне до визначеного стану рівноваги, гомеостазу характерного саме для неї.

Гомеостаз - збереження сталості видового складу і числа особей у співтоваристві. Гомеостаз у природній системі досягається регулярним поновленням основних її структур, речовинно-енергетичного складу і постійною функціональною саморегуляцією в усіх її ланках.