Экосистема: что это, характеристика, виды, из чего состоит, типы, уровни и примеры

История термина “экосистема”

Впервые этот термин был употреблен в 1935 году британцем Артуром Тенсли, одним из первых в мире экологов. Позднее он был доработан русским геологом Василием Васильевичем Докучаевым. А с 1944 года в отечественной науке стало общепринятым понятие “биогеоценоз”, введенное Владимиром Николаевичем Сукачевым.

Важно! По своей сути экосистема и биогеоценоз обозначают одно и то же, но в биогеоценозе большее значение уделяется части суши или воды, где располагается флора и фауна.

Суть понятия

Все сообщества существующих ныне живых организмов связывают с неорганической средой тесные материально-энергетические связи. Так, растения могут развиваться только за счет постоянного поступления в них воды, кислорода, углекислого газа, минеральных солей. Жизнедеятельность гетеротрофов возможна только за счет автотрофов. Однако при этом они также нуждаются в воде и кислороде. Любое конкретное местообитание могло бы обеспечить необходимыми для жизни населяющих его организмов неорганическими соединениями лишь на короткий срок, если бы они не возобновлялись.

Возврат биогенных элементов в среду происходит непрерывно. Процесс идет как во время жизни организмов (дыхание, дефекация, экскрекция), так и после их смерти. Иными словами, их сообщество с неорганической средой образует определенную специфическую систему. В ней поток атомов, обусловленный жизнедеятельностью организмов, замыкается, как правило, в круговорот. По сути, это и есть экосистема. Структура экосистемы позволяет более глубоко изучить ее строение и характер существующих связей.

Определение экосистемы

Отцом экосистемной экологии считают американского биолога Юджина Одума, известного своими новаторскими работами в этой области. В связи с этим, пожалуй, логично будет привести именно его толкование рассматриваемого в статье термина.

По словам Ю. Одума, всякое единство, в состав которого входят все организмы данного участка, взаимодействующие с физической средой таким способом, когда создается поток энергии с четко определенной трофической структурой, видовым разнообразием и круговоротом веществ (обмен энергией и веществами между абиотической и биотической частями) внутри системы, есть экосистема. Структура экосистемы может рассматриваться с различной точки зрения. Традиционно выделяют три ее вида: трофическую, видовую и пространственную.

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).

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.

Виды экосистем

Экосистемы могут быть разных размеров, существуют на различных пространствах, как на больших, так и на маленьких. Своя экосистема может быть под камнями, в небольших водоемах. Экологические системы могут охватывать огромные площади – леса, пустыни, степи. Технически, вся планета Земля представляет собой одну большую экосистему, общую для всех проживающих в ней существ.

Виды экосистем

Виды экосистем в зависимости от масштаба:

• Микроэкосистема — экосистема небольшого масштаба, как пруд, лужа, пень дерева и т.д.
• Мезоэкосистема — экосистема, такая, как лес или большое озеро.
• Биом. Очень большая экосистема или совокупность экосистем с аналогичными биотическими и абиотическими факторами, такими как целый тропический лес с миллионами животных и деревьев, и множеством различных водных объектов.

Границы экосистем не обозначены четкими линиями. Их часто разделяют географические барьеры, такие как пустыни, горы, океаны, озера и реки. Поскольку границы не являются строго установленными, экосистемы, как правило, сливаются друг с другом. Вот почему озеро может иметь множество небольших экосистем со своими собственными уникальными характеристиками. Ученые называют такое смешивание «Экотон».

Макроэкосистема

Система огромного размера, которая состоит из множества небольших систем. Примерами таких систем будут: океан, пустыня или субтропический лес. Все они населены тысячами видов животных, растений и бактерий, нужных для её исправного функционирования.

Мезоэкосистема

Этот вид экосистем уже не очень большого размера. Примерами таковых будут: система отдельно рассматриваемого пруда или лесного массива, либо же система одной изолированной поляны.

Микроэкосистема

Микроэкосистема — это система малых размеров. Она работает в миниатюре и имитирует функционирование других экосистем большого размера. Примерами таких систем будут: сад в бутылке, аквариум, лужа (она населена множеством микроорганизмов), труп животного и т. д..

Виды экосистем в зависимости от типа возникновения

Существуют определенные экосистемы, их можно различить по типу появления. Они чаще всего естественного происхождения, но бывают и искусственно созданные.

• Естественная экосистема – созданная природой. К ней можно отнести леса, озера, моря и так далее.
• Искусственные экосистемы создает сам человек: различные огороды, сады, т. д.

Естественные

Они подразделяются на наземные и водные.Основные типы наземных экосистем:

• Тундра . Наиболее северная экосистема. Характеризуется крайне скудным разнообразием видов, низкими температурами.
• Тайга. Обладает такими особенностями, как обилие хвойных деревьев, температуры ниже нуля по полгода, кислые почвы.
• Хвойные леса. Находятся южнее тайги. Отличаются малым количеством кустарников и отсутствием широколиственных деревьев.
• Смешанные леса. Расположены в умеренном климате. Смесь хвойных и широколиственных деревьев, обилие кустарников.
• Широколиственные леса. Находятся во влажном и умеренном климате с необходимым уровнем осадков. Отличаются тем, что растения представлены разными видами, образуют ярусы по высоте. В этой зоне встречаются дубы и клены, ясени и вязы, а также дикорастущие фруктовые деревья — груши, яблони.
• Тропические лиственные леса. Размещены в тропических широтах. Из особенностей можно отметить большое разнообразие флоры и фауны, обилие кустарников.
• Тропические дождевые (вечнозеленые) леса. То же, что и тропические леса, но уровень осадков — более 2000 мм в год. От тропических лесов отличаются еще большей густотой и обилием высоких деревьев.
• Саванны. Луга, находящиеся в тропических широтах. Имеют сезон засухи, а также малое количество отдельных деревьев, растущих на значительных расстояниях друг от друга.
• Прерии (умеренные луга). Расположены в засушливом климате. Крупные деревья и кустарники почти отсутствуют. Имеется травяной покров различной высоты.
• Степные луга. Расположены вблизи пустынь. Низкая растительность, кустарники и деревья встречаются возле рек и озер.
• Пустыни. Находятся в засушливом климате. Количество осадков — до 250 мм в год. Высокая температура, засушливость, небольшое разнообразие флоры и фауны.

Основные типы водных систем:

1. Пресноводная:
   • Лентические. Так называют водоемы со стоячей водой. Обычно это пруды или озера. Флора и фауна в них подвержены стратификации, то есть разделению по месту проживания в определенных слоях водной толщи с разной плотностью. Изменения в них если и происходят, то длительные или сезонные.
   • Лотические. Водоемы с текучей водой. Отсутствие четких структур, какие наблюдаются в стоячих водах. Более или менее равномерное распределение кислорода по всей глубине.
   • Естественные заболоченные водоемы. Болота и их разновидности.
2. Морские:
   • Океаны.
   • Шельфовые воды.
   • Моря.

Искусственные

К искусственным экосистемам относятся те, которые не способны самостоятельно поддерживать свое существование без вмешательства человека. Развитие промышленности и сельского хозяйства — причина, почему подобных экосистем становится все больше. К ним относятся, например, пашни, сады, огороды или даже аквариумы. Еще одна их особенность — цикл часто не замкнут, так как некоторые компоненты экосистемы человек изымает. Например, пожинает урожай или отбирает скот на убой.

Типы экосистем

Существует два основных типа экосистем: водные и наземные. Любые другие экосистемы мира относятся к одой из этих двух категорий.

Наземные экосистемы

Наземные экосистемы могут быть найдены в любом месте мира и подразделены на:

Лесные экосистемы

Здесь проживает большое количество живых организмов, расположенных на сравнительно небольших пространствах. Плотность заселенности лесов крайне велика, однако даже самые незначительные изменения могут сильно изменить естественный баланс на местности. В подобных экосистемах масса представителей животного и растительного мира. Лесные экологические системы разделяются на:

1. Дождевые тропические леса, где ежегодно выпадает масса осадков. Основные признаки тропических лесов такие: густая растительность с преобладанием высоких деревьев, которые располагаются на различной высоте. В подобных территориях живет множество живых организмов, где укрывается множество животных.
2. Лиственные тропические леса, в которых помимо разнообразных видов тропических деревьев произрастают кустарники. Лиственные тропики можно обнаружить во всех уголках планеты, в них живет не только масса растений, но и разнообразные животные.
3. Умеренные вечнозеленые леса, в которых не так много деревьев. В таких областях преобладают вечнозеленые растения, ежегодно постепенно обновляющие свою листву.
4. Широколиственные леса, произрастающие в регионах с умеренной влажностью, где выпадает достаточное для жизни количество осадков. Зимой деревья сбрасывают листья, обновляя покров в весеннее время.
5. Тайга, произрастающая непосредственно возле тундры. В ней располагаются вечнозеленые хвойные деревья, чаще всего отрицательна температура, а почвы крайне кислые. Летом сюда слетается множество перелетных видов птиц, просыпаются насекомые, жизнь остальных животных тайги бьет ключом.

Пустынная экосистема

Здесь не так много животных, растений. Сами системы расположены рядом с полупустынными областями, занимают примерно 17% всей площади суши. Температура очень высокая, воды мало, а света слишком много.

Экосистема луга

Луга можно встретить по всему миру. На их территориях в основном произрастают травы, немного деревьев, кустарников. На лугах пасутся животные, как насекомоядные, так и растительноядные.

Горные экосистемы

В горной местности можно увидеть разнообразие мест обитаний, в которых проживают многие животные, растут растения. На вершинах гор в основном суровый климат, в котором выживают лишь альпийские растения. Проживающие в горных местностях звери часто имеют толстую шкуру, которая защищает их от холодов. На нижних склонах гор произрастают хвойные деревья.

Водные экосистемы

Водная экосистема — экосистема, расположенная в водной среде (например, реки, озера, моря и океаны). Она включает в себя водную флору, фауну, а также свойства воды, и подразделяется на два типа: морскую и пресноводную экологические системы.

Морские экосистемы

Морские экосистемы

Крупными экосистемами можно считать именно морские. Они занимают более 70% территории планеты. В них находится более 97% водных запасов Земли. В морской воде содержится масса минералов, а также солей. Экосистемы морей делятся на:

• Океаническую – сравнительно небольшую часть океанов, располагающуюся на шельфе континентов;
• Профундальную часть – не насыщается солнечным светом, располагается на больших глубинах;
• Бентальную часть, где проживают донные живые организмы;
• Зона приливов;
• Зона лиманов;
• Области кораллов;
• Солончаки;
• Гидротермальные жерла, в которых множество хемосинтезирующих бактерий создают кормовую базу для других существ.

В морских экосистемах встречают массу организмов, присущих только им: кораллы, различные виды водорослей, морские организмы.

Пресноводные экосистемы

В отличие от морских экосистем, пресноводные охватывают лишь 0,8% поверхности Земли и содержат 0,009% от общего количества мировых запасов воды. Существует три основных вида пресноводных экосистем:

• Стоячие: воды, где отсутствует течение, как бассейны, озера или пруды.
• Проточные: быстро движущиеся воды, такие как ручьи и реки.
• Водно-болотные угодья: места, в которых постоянно или периодически затопленная почва.

Пресноводные экосистемы являются местами обитания рептилий, земноводных и около 41% видов рыб в мире. Быстро движущиеся воды обычно содержат более высокую концентрацию растворенного кислорода, тем самым поддерживают большее биологическое разнообразие, чем стоячие воды прудов или озер.

Структура экосистемы

Структура экосистемы — это в основном описание организмов и физических особенностей среды, включая количество и распределение питательных веществ в определённой среде обитания.

Также предоставляется информация о диапазоне климатических условий, преобладающих на данной территории.

Все экосистемы состоят из следующих основных компонентов:

• абиотические компоненты;
• биотические компоненты.

Абиотические компоненты

Экологические отношения проявляются в физико-химической среде. Абиотический компонент экосистемы включает основные неорганические элементы и соединения.

Климатические факторы

Включает в себя такие физические факторы, как влажность, воздушные потоки и солнечная радиация. Лучистая энергия солнца является единственным существенным источником энергии для любой экосистемы.

Эдафические (почвенные) факторы

Почвенные факторы включают в себя рельеф, кислотность почвы, минерализацию и т. д.

Значение абиотических компонентов

Почвы содержат минеральные и органические вещества, а также живые организмы. Почва обеспечивает живых существ питательными веществами, влагой и средой обитания. Растительность верхней части почвенного покрова тесно с ней связана через круговорот питательных веществ.

Атмосфера обеспечивает живые организмы углекислым газом (для фотосинтеза) и кислородом (для дыхания). Процессы испарения, транспирации и круговорота воды происходят между атмосферой и поверхностью Земли.

Солнечное излучение нагревает атмосферу и испаряет воду. Свет также необходим для фотосинтеза. Фотосинтез обеспечивает растения энергией, для роста и обмена веществ, а также органическими продуктами для питания других форм жизни.

Большинство живой ткани состоит из высокого процента воды, до 90% и даже более. Немногие клетки способны выжить, если содержание воды падает ниже 10%, и большинство из них погибают, когда вода составляет менее 30-50%.

Вода является средой, с помощью которой минеральные пищевые продукты поступают в растения. Она также необходима для фотосинтеза. Растения и животные получают воду с поверхности Земли и почвы. Основной источник воды — атмосферные осадки.

Биотические компоненты

Биотические компоненты включают в себя все живые организмы, присутствующие в экологической системе.

С точки зрения питания биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:

• автотрофы (продуценты);
• гетеротрофы (консументы);
• сапротрофы (редуценты).

Продуценты

Продуценты – это всегда первое звено пищевой цепи. Данный термин объединяет все организмы, которые обладают способностью производить из неорганических веществ органические, т. е. являются автотрофами. Главным образом продуценты представлены зелеными растениями. Они синтезируют органические соединения из неорганических в процессе фотосинтеза. Кроме того, к ним можно отнести несколько видов хемотрофных бактерий. Они могут осуществлять исключительно химический синтез без энергии солнечного света.

Консументы

В биотическую структуру и состав экосистемы входят также гетеротрофные организмы, которые потребляют уже готовые органические соединения, создаваемые автотрофами. Их называют консументами. Они, в отличие от редуцентов, не обладают способностью разлагать до неорганических соединений органические вещества.

К консументам принадлежат все животные, а также некоторые насекомоядные (росянка, венерина мухоловка и др.) и паразитические растения, микроорганизмы. Консументы делятся на несколько порядков, но, как правило, их редко бывает более четырех. Связано это с тем, что на каждом этапе передачи энергии и вещества трофическая цепь теряет до 90%.

К консументам I порядка принадлежат все те организмы, которые питаются непосредственно продуцентами. К ним относятся растения-паразиты и травоядные животные. Питающиеся ими хищники – это консументы II порядка. К этой же группе принадлежат паразиты травоядных животных.

Интересно, что в отличных пищевых цепях один и тот же вид может принадлежать к разным порядкам консументов. Примеров тому — великое множество. В частности, мышь. Она – это консумент как первого, так и второго порядка, так как питается и растительноядными насекомыми, и растениями.

Редуценты

Термин «редуценты» имеет латинское происхождение и дословно переводится, как «восстанавливаю, возвращаю». Это в полной мере отражает их значение в экологической структуре экосистем. Редуценты или деструкторы – это организмы, которые разрушают, превращая в простейшие органические и неорганические соединения, отмершие останки живого. Они возвращают в почву в доступном для продуцентов виде воду и минеральные соли и, тем самым, замыкают круговорот веществ в природе. Ни одна экосистема обойтись без редуцентов не может.

Не меньший интерес представляет видовая и пространственная структуры экосистем. Они отражают видовое разнообразие организмов и их распределение в пространстве в соответствии с индивидуальными потребностями и условиями обитания.

Уровни экосистемы

Уровни экосистемы

Для экосистем характерны следующие уровни:

1. Особь (любое живое существо).
2. Популяция (группа существ определенного вида на определенной территории).
3. Сообщество (совокупность всех существ на местности).
4. Экосистема (совокупность природных факторов).
5. Биосфера (совокупность каждой экосистемы планеты).

Особь

Особь — это любое живое существо или организм. Особи не размножаются с индивидуумами из других групп. Животные, в отличие от растений, как правило, относятся к этому понятию, поскольку некоторые представители флоры могут скрещиваться с другими видами.

В приведенной выше схеме, можно заметить, что золотая рыбка взаимодействует с окружающей средой и будет размножаться исключительно с представителями своего вида.

Популяция

Популяция — группа особей данного вида, которые живут в определенной географической области в данный момент времени. (Примером может служить золотая рыбка и представители ее вида). Обратите внимание, что популяция включает особей одного вида, которые могут иметь различные генетические отличия, такие как цвет шерсти/глаз/кожи и размер тела.

Сообщество

Сообщество включает в себя всех живых организмов на определенной территории, в данный момент времени. В нем могут присутствовать популяции живых организмов разных видов. В приведенной выше схеме, обратите внимание, как золотые рыбы, лососёвые, крабы и медузы сосуществуют в определенной среде. Большое сообщество, как правило, включает в себя биоразнообразие.

Экосистема

Экосистема включает в себя сообщества живых организмов, взаимодействующих с окружающей средой. На этом уровне живые организмы зависят от других абиотических факторов, таких как камни, вода, воздух и температура.

Биом

Простыми словами, биом представляет собой совокупность экосистем, имеющих схожие характеристики с их абиотическими факторами, адаптированными к окружающей среде.

Биосфера

Когда мы рассматриваем различные биомы, каждый из которых переходит в другой, формируется огромное сообщество людей, животных и растений, живущих в определенных местах обитания. Биосфера является совокупностью всех экосистем, представленных на Земле.

Замкнутая экосистема

Это экосистема, в которой не ожидается какой-либо обмен веществ со средой за её пределами.

Пищевая цепь и энергия в экосистеме

Схема пищевой цепи

Всем нужна энергия для жизнедеятельности и развития. Живые организмы питаются по-разному. Так, растения получают необходимые питательные вещества из почвы и от Солнца. Животные могут питаться растениями или другими животными. Подобное соотношение принято называть пищевой цепочкой.

Не стоит путать трофическую цепь с пищевой – это два разных понятия. Трофическая цепь – совокупность всех пищевых цепей, она имеет крайне сложную структуру. Энергия постепенно передается от одного элемента цепи к другому, некоторая часть используется для жизнедеятельности, поэтому она не может перейти дальше. В коротких цепях энергия сохраняется больше. В конце энергия полностью поглощается окружающим миром.

Передача энергии

Энергия передается по пищевым цепям от одного уровня к другому. Часть энергии используется для роста, размножения, передвижения и других потребностей, и не доступна для следующего уровня.

Более короткие пищевые цепи сохраняют больше энергии, чем длинные. Израсходованная энергия поглощается окружающей средой.

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.

Как вам статья?