Александр Челноков - Общая и прикладная экология

Сравнивая рис. 2.1 и 2.2, видна принципиальная разница между понятиями «экосистема» и «биогеоценоз». Биогеоценоз отличается от экосистемы тем, что имеет четкие и строгие пространственные размеры, всегда приурочен к определенному небольшому по площади участку земной поверхности, однородному в экологическом отношении. В то время как экосистема – понятие безразмерное. В качестве экосистемы можно рассматривать и океан, и каплю воды. Поэтому следует различать понятия «экосистема» и «биогеоценоз».

Рис. 2.2. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия его компонентов (по В.Н. Сукачеву)

Таким образом, все рассмотренные объекты являются системами взаимодействующих биоценотических и экотопических составляющих, и различия наблюдаются лишь в определении границ этих систем в природе. Конкретизация границ экосистемы во многом зависит от поставленной цели исследования.

Точное задание границ, например биогеоценоза, подразумевает разделение непрерывного по своей природе пространства экоценотических факторов на своеобразные дискретные элементарные модули, что отражает организменные аналогии в противовес современным континуальным представлениям об экологических объектах (Б.М. Миркин, 1985). Все это заставляет рассматривать экосистему в определении Одума как основной предмет экологического исследования.

На современном уровне состояния экологической науки следует признать, что и теоретически, и операционально можно определить только нижнюю границу экосистемы: ее масштаб задается основной функцией – биогенным круговоротом вещества, формируемым потоками энергии и информации. Биом [1] Биом – совокупность сообществ, возникшая в результате взаимодействия регионального климата (макроклимата), региональной биоты и субстрата. (ландшафтная зона) или биосфера в целом выполняют ту же функцию, поэтому верхняя граница экосистемы устанавливается условно. В свою очередь, понятием «экосистема» задается верхняя граница по градиенту объектов экологии: особь – популяция – экосистема.

Экосистемы, как любая система, имеют собственную классификацию, структуру, функции и эволюцию.

Известен ряд классификаций экосистем по тем или иным признакам. По пространственному признаку выделяют:

• микроэкосистемы (неподвижно лежащий камень, ствол гниющего дерева и т. п.);

• мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.);

• макроэкосистемы (континент, океан и др.);

• глобальные (биосфера).

По характеру основной среды обитания выделяют наземные, пресноводные и морские экосистемы , относящиеся к макроэкосистемам.

Общепринята следующая классификация основных типов природных экосистем (Ю. Одум, 1986):

• наземные биомы:

– тундра (арктическая и альпийская);

– биомы северных хвойных лесов;

– листопадные леса умеренной зоны;

– степи умеренной зоны;

– тропические степи и саванны;

– чапараль (субтропические кустарниковые чаще всего вторичные сообщества, распространенные на юго-западе США и в северной Мексике) и жестколиственные леса;

– пустыни;

– полувечнозеленые сезонные тропические леса;

– тропические дождевые леса;

– тропический скрэб, или колючее редколесье;

– зональность в горах;

• пресноводные экосистемы:

– лентические экосистемы (озера и пруды);

– лотические экосистемы (ручьи и реки);

– заболоченные пресноводные участки (марши и болота);

• морские экосистемы:

– область континентального шельфа;

– области апвеллинга (зоны, в которых холодные глубинные воды океана поднимаются к поверхности);

– лиманы.

Эта классификация видов экосистем заняла ведущее место в современной экологии. Наземные биомы здесь выделены по естественным или исходным чертам растительности, а типы водных экосистем – по геологическим и физическим особенностям. Перечисленные 17 основных типов экосистем представляют основные биотические сообщества, поддерживающие жизнь на Земле.

Структура любой системы определяется соотношением в пространстве и во времени слагающих ее элементов и их связей. Пространственный аспект структуры характеризует порядок расположения элементов в системе, а временной – отражает смену состояний системы во времени (показывает развитие). Структура является выражением иерархичности и организованности системы. Характер связей и взаимодействия между элементами с внешней средой представляет собой различные формы вещественного, энергетического и информационного обмена.

При наличии связей системы с внешней средой границы являются открытыми, в противном случае – закрытыми.

Экологическая система представляет собой любую совокупность живых организмов и среды их обитания, взаимосвязанных обменом веществ, энергии и информации, которую можно ограничить в пространстве и во времени по значимым для конкретного исследования принципам. Обычно изучение природных экосистем в общем случае проводится в структурном и функциональном аспектах.

В с т p у к т у p н о м отношении исследуется видовой состав экосистемы: выясняется перечень видов микроорганизмов, растений и животных, населяющих экосистему, их количественное соотношение.

В ф у н к ц и о н а л ь н о м отношении исследуется движение вещества и потоки энергии в экосистеме. Функциональная (экологическая) структура биоценоза характеризует распределение особей биоценоза по выполняемым им функциям.

Информация в экологических системах может пониматься как энергетически слабый сигнал, управляющий системой. Например, он может восприниматься ее организмами в форме закодированного сообщения о возможности многократно более мощных влияний со стороны других организмов либо факторов среды, вызывающих их ответную реакцию. Считается, что информационная сеть экосистемы состоит из потоков сигналов физико-химической природы и определяет ее кибернетические (управленческие) возможности.

Управление в экосистемах основывается на обратной связи, изображаемой обратной петлей, по которой часть сигналов с выхода системы поступает обратно на ее вход (см. рис. 2.1). При этом их влияние на управление системой может резко усилиться. В природе часто низкоэнергетические сигналы вызывают высокоэнергетические реакции.

В каждом биоценозе организмы выполняют разные функции, благодаря которым осуществляется биогенный круговорот веществ и энергии.