Основы теории экосистем и классификация факторов окружающей среды

Окружающая среда - система взаимосвязанных природных и антропогенных объектов и явлений, в которой протекает труд, быт и отдых людей.

Экологическая система (экосистема) – взаимосвязанная единая функциональная совокупность организмов и среды их обитания.

Примером экосистем могут быть пруд с растениями и живыми организмами, лес с обитателями. Сходные организмы, обитающие в неодинаковых условиях среды, образуют разные экосистемы. Например, еловый лес в Томской области и в горах Кавказа - разные экосистемы.

Для обозначения природных биосистем, занимающих определенную территорию, В.Н. Сукачевым предложен термин биогеоценоз (от биос жизнь, «гео» - Земля, «ценоз» - сообщество).

Понятия экосистема и биогеоценоз близки, но не являются синонимами. Экосистемы - это безразмерные устойчивые системы живых и неживых компонентов, в которых совершается круговорот веществ и энергии. Таким образом, экосистема - это и капля воды с ее микробным населением, и лес, и горшок с цветком, и космический пилотируемый корабль. Понятие экосистема шире, чем биогеоценоз т.е. любой биоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом, причем биогеоценоз - это сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

Экосистема включает две главные составляющие: биоценоз - совокупность живых организмов и биотоп (от греч топос место) - место жизни биоценоза. Представители отдельных видов растений или животных, обитающих в данной экосистеме, образуют популяции этих видов. Например, совокупность зайцев – популяция зайцев, совокупность берез - популяцию берез и т.д.

Как мы увидим дальше, антропогенная деятельность всегда направлена на биогеоценоз (экосистемы), вне которых нет жизни на Земле. Биогеоценоз - это элементарная структурная единица биосферы, сложно организованная и развивающаяся по определенным законам, и именно с ней взаимодействует человек.

Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов.

С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов.

Экологический фактор - любой элемент среды, способный оказать непосредственное влияние на живые организмы и на характер их отношений друг с другом. В свою очередь, организм реагирует на экологический фактор специфичными приспособительными реакциями.

Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на к а т е г о р и и: 1) факторы неживой природы - абиотические; 2) факторы живой природы - биотические;

Антропогенное воздействие на экологические факторы

Воздействие человека на окружающую среду проявляется, прежде всего, в изменении режима множества биотических и абиотических факторов зачастую за те пределы, которые отвечают экологическим требованиям живых организмов. Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-либо другие факторы, а их определенный режим, т.е. существуют некоторые верхние и нижние границы амплитуды допустимых колебаний этих факторов. Чем шире предел какого-либо фактора, тем выше устойчивость, т.е. толерантность данного организма.

Требования того или иного организма к факторам среды обусловливают границы его распространения (ареал) и место, занимаемое в экосистеме. Совокупность множества параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, и его функциональных характеристик (преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными и др.) представляет собой экологическую нишу.

Понятие и характеристики экологической ниши

Экологическая ниша — это абстрактное понятие, этот термин отражает ту роль, которую играет данный конкретный вид организмов в биогеоценозе. Чтобы дать характеристику экологической нише, необходимо знать следующие параметры:

• чем организм питается;
• кто его самого поедает;
• какова способность организма к перемещению в пространстве;
• какой этаж в биогеоценозе он занимает;
• другие особенности его взаимодействия с живыми и неживыми элементами биогеоценоза.

Экологическая ниша характеризует экологические условия жизнедеятельности организмов, которые определяются как абиотическими, так и биотическими факторами.

Следовательно, в каждом биогеоценозе все виды живых организмов занимают определенные экологические ниши, расселяясь таким образом, чтобы, не мешая друг другу, наиболее полно и эффективно использовать все энергетические и материальные ресурсы. Одни виды живых организмов расселяются в верхних этажах, потребляют энергию Солнца, извлекают необходимые вещества из атмосферного воздуха и используют атмосферную влагу. Другие поселяются в почве и живут за счет энергетических ресурсов мертвого органического вещества, почвенной влаги и газов, содержащихся в порах почвы. Расселяясь таким образом, все живые организмы, находясь в тесном взаимодействии, обеспечивают существование друг друга и постоянный круговорот веществ. От разнообразия живых организмов, от числа экологических ниш будут зависеть полнота и скорость круговорота веществ в данном конкретном биогеоценозе.

Как мы увидим далее, существование и развитие экологических систем зависит от количества энергии, поступающей в экологическую систему, скорости ее передачи через отдельные элементы системы и от интенсивности циркуляции минеральных веществ.

Энергетические основы функционирования природных систем

Как известно, энергией называется единая мера различных форм движения. Для количественной характеристики качественно различных форм движения вводятся соответствующие виды энергии:

• механическая;
• внутренняя;
• электромагнитная;
• химическая;
• ядерная и др..

Живые существа являются уникальными природными объектами, способными улавливать энергию, приходящую из Космоса преимущественно в виде солнечного света, удерживать ее в виде энергии сложных органических соединений, передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую и другие виды энергии. И все это соответствует закону сохранения и превращения энергии (1-е начало термодинамики), согласно которому энергия не исчезает и не создается, она только превращается из одного вида в другой или переходит от одного тела к другому, при этом ее значение сохраняется.

Термодинамические законы и устойчивость биосистем

Второе начало термодинамики — любое действие, связанное с преобразованием энергии, не может происходить без ее потери в виде рассеянного в пространстве тепла. Другими словами — энергия любой системы стремится к состоянию, называемому термодинамическим равновесием, что равнозначно максимальной энтропии.

Энтропия, таким образом, отражает возможности превращения энергии и рассматривается как мера неупорядоченности системы. Итак, часть поступающей в экологическую систему энергии теряется и не может совершать работу. Для того, чтобы энтропия системы не возрастала, чтобы существовала жизнь, необходим внешний источник энергии — излучение Солнца.