Екосисте́ма або екологічна система (від грец. Οἶκος - житло, місцеперебування і грец. σύστημα - система) — це сукупність живих організмів (біоценоз), які пристосувалися до спільного проживання в певному середовищі існування (біотопі), утворюючи з ним єдине ціле. Одне з основних понять екології.
Приклад екосистеми — ставок з рослинами, рибами, безхребетними тваринами, мікроорганізмами, що живуть у ньому і становлять живу складову цього природного утворення, біоценоз. Для ставка як екосистеми, властиві донні відкладення певного складу, певний хімічний склад (іонний склад, концентрація розчинених газів) і фізичні ознаки (прозорість води, сезонний хід температури), а також певні показники біологічної продуктивності, трофічний статус і особливі умови цієї водойми. Інший приклад екологічної системи - листяний ліс в середній смузі України з певним складом лісової підстилки, притаманним для цього виду лісів,ґрунтом і стійким рослинним угрупованням і, як наслідок, із суворо визначеними показниками мікроклімату (температури, вологості, освітленості) та відповідним таким умовам середовища, скупченням тваринних організмів. Важливою ознакою, що дозволяє визначати типи і межі екосистем, є трофічна структура угруповання та співвідношення виробників біомаси, її споживачів і організмів, які руйнують біомасу, а також показники продуктивності та обміну речовини й енергії.
Загальний опис
Отож, екосистема — це біоценоз + його біотоп.
Термін «екосистема» ввів в обіг англійський еколог Артур Тенслі 1935 року, а сучасне визначення йому надав Реймонд Ліндман в 1942 році в своїй класичній роботі з вивчення біології озера Міннесота.
Ось яке визначення цьому терміну дає М. Ф. Реймерс:
| Термодинамічно відкрита сукупність біотичних екологічних складових і абіотичних джерел речовини й енергії, єдність і діяльний зв'язок яких, лежить в межах притаманного для певної ділянки біосфери часу і простору (зокрема біосфери в цілому), що інформаційно саморозвивається, забезпечує перевищення на цій ділянці внутрішніх закономірних переміщень речовини, енергії та інформації над зовнішнім обміном (зокрема й між сусідніми подібними сукупностями) і на основі цього, невизначено довгу саморегуляцію і розвиток цілого під керівним впливом біотичних і біогенних складових. |
Розмір екосистеми може бути різним. Це може бути тропічний ліс Амазонської низовини, або окремий ставок, чи навіть домашній акваріум. Різні екосистеми зазвичай, відокремлені географічними перешкодами — пустелями, горами, океанами та інше, або є обмеженими в інший спосіб — як от річки чи озера. З огляду на те, що ці межі ніколи не є цілком непроникними, екосистеми накладаються одна на одну. Отже можна сказати, що вся Земля може розглядатись як єдина екосистема.
Складові екосистем
В екосистемі можна вирізнити три складники — біотичний, абіотичний і антропічний. Біотичний складається з автотрофів (організми, які отримують первинну енергію для існування з фото- і хемосинтезу) або продуцентів і гетеротрофів (організми, що одержують енергію з процесів окислення органічної речовини — консументи і редуценти). Автотрофи і гетеротрофи формують трофічну структуру екосистеми.
Єдиним джерелом енергії для існування екосистеми і підтримки в ній різних процесів є продуценти, що засвоюють енергію сонця, (тепла, хімічних зв'язків) з ефективністю 0,1-1% , зрідка 3- 4,5% від первинної кількості. Автотрофи являють собою перший трофічний рівень екосистеми. Наступні трофічні рівні екосистеми утворюються за допомогою консументів (2-й , 3-й , 4-й і наступні рівні) і замикаються редуцентами, які перетворюють органічну речовину в мінеральну форму (абіотична складова), яка може бути засвоєна автотрофами.
Основні компоненти екосистеми
З погляду улаштування, в екосистемі вирізняють такі складові:
- кліматичний режим, який визначає температуру, вологість, стан освітлення та інші фізичні властивості середовища;
- неорганічні речовини, що залучаються до кругообігу;
- органічні сполуки, які пов'язують біотичну і абіотичну частини в кругообігу речовини й енергії;
- продуценти - організми, що створюють первинну продукцію;
- макроконсументи, або фаготрофи, - гетеротрофи, які поїдають інші організми або великі частки органічної речовини;
- мікроконсументи (сапротрофи) - гетеротрофи, переважно гриби і бактерії, які руйнують мертву органічну речовину, мінералізуючи її, і тим самим повертаючи в кругообіг.
Останні три складові утворюють біомасу екосистеми.
З погляду діяльності екосистеми, вирізняють наступні функціональні союзи організмів (крім автотрофів):
- біофаги - організми, котрі поїдають інших живих істот;
- сапрофаги - організми, що поїдають мертву органічну речовину.
Цей розподіл показує тимчасово-діяльний зв'язок в екосистемі, зосереджуючись на поділі в часі утворення органічної речовини і перерозподілі його всередині екосистеми (біофаги) і переробці сапрофагами. Між відмиранням органічної речовини і повторним залученням її складових, в кругообіг речовини в екосистемі, може минути суттєвий проміжок часу, наприклад, щодо соснової колоди, 100 і більше років.
Всі ці складові взаємопов'язані в просторі та часі й утворюють єдину структурно-функціональну систему.
Екотоп
Зазвичай, визначення екотопів, тлумачилося як середовище проживання організмів, що відзначається певним поєднанням екологічних умов: ґрунтами, мікрокліматом та іншим. У цьому випадку це визначення, близьке до поняття кліматоп.
На даний час, під екотопом на відміну від біотопу, розуміється певна територія або акваторія з усім набором і особливостями ґрунтів, мікроклімату та інших чинників в незміненому організмами вигляді. Прикладами екотопу можуть бути наносні ґрунти, новоутворені вулканічні або коралові острови, вириті людиною кар'єри та інші заново утворені території. У цьому разі, кліматоп є частиною екотопу.
Кліматоп
Спочатку «кліматоп» був визначений В.М. Сукачовим (1964) як повітряна частина біогеоценозу, що відрізняється від навколишньої атмосфери власним газовим складом, особливо концентрацією вуглекислого газу в приземному біогоризонті, кисню там же, і в біогоризонтах фотосинтезу, повітряним режимом, насиченістю біолінами, зменшеною і зміненою [[сонячною радіацією і освітленістю]], наявністю люмінесценції рослин і деяких тварин, особливим тепловим режимом і станом вологості повітря.
Сучасна наука, це природне утворення, тлумачить дещо ширше: як характеристика біогеоценозу, поєднання фізичних і хімічних властивостей повітряного або водного середовища, істотних для організмів, що населяють це середовище. Кліматоп задає в довгостроковому вимірі основні фізичні показники існування тварин і рослин, визначаючи коло організмів, які можуть існувати в даній екосистемі.
Едафотоп
Під едафотопом зазвичай, розуміється ґрунт як складова екотопу. Однак більш точно це поняття слід визначати як частину абіотичного середовища, перетвореного організмами, тобто не весь ґрунт, а лише його частину. Ґрунт (едафотоп) є найважливішою складовою екосистеми: в ньому відбувається замикання циклів речовини і енергії, здійснюється перетворення мертвих органічних сполук на мінеральні речовини та їх залучення в живу біомасу. Основними носіями енергії в едафотопі виступають органічні сполуки вуглецю, їхні лабільні і стабільні форми, вони найбільшою мірою визначають родючість ґрунтів.
Біотоп
«Біотоп» - перетворений біотою екотоп або, точніше, ділянка території, однорідна за умовами життя для певних видів рослин або тварин, або ж для утворення певного біоценозу.
Біоценоз
Біоценоз - історично створена сукупність рослин, тварин, мікроорганізмів, що населяють ділянку суші або водойми (біотоп). Не останнє значення в утворенні біоценозу має конкуренція і природний відбір. Основна одиниця біоценозу - консорція, оскільки будь-які організми так чи інакше пов'язані з автотрофами й утворюють складну систему консортів різного порядку, водночас ця мережа є консортом все більшого порядку і може побічно залежати від все більшого числа детермінантів консорцій.
Також можливий поділ біоценозу на фітоценоз і зооценоз. Фітоценоз - це сукупність рослинних популяцій одного угруповання, які і формують детермінантів консорцій. Зооценоз - це сукупність популяцій тварин, які і є консортами різного порядку і слугують механізмом перерозподілу речовини й енергії всередині екосистеми.
Біотоп і біоценоз разом, утворюють біогеоценоз/екосистему.
Типи екосистем
В основі класифікації для наземних екосистем лежить тип природної (вихідної) рослинності, для водних екосистем — гідрологічні та фізичні особливості (за Ю. Одумом, 1986).
Наземні екосистеми
- тундра: арктична і альпійська;
- бореальні хвойні ліси (тайга);
- листопадні ліси помірної зони (широколистяні ліси);
- степ помірної зони;
- чапараль (райони з дощовою зимою і посушливим літом);
- тропічні злаковники (грасленд) і савана;
- пустеля: трав'яниста і чагарникова;
- напіввічнозелений сезонний (листопадний) тропічний ліс (райони з вираженими вологим і сухим сезонами);
- вічнозелений тропічний дощовий ліс.
Прісноводні екосистеми
- лентичні (стоячі води): озера, ставки, водосховища та ін.;
- лотичні (текучі води): річки, струмки, джерела та ін.;
- заболочені угіддя: болота, болотисті ліси, марші (приморські луки).
Морські екосистеми
- відкритий океан (пелагічна екосистема);
- води континентального шельфу (прибережні води);
- райони апвелінгу (родючі райони з продуктивним риболовством);
- естуарії (прибережні бухти, протоки, гирла річок, лимани, солоні марші та ін).;
- глибоководні рифтові зони.
Окрім основних типів природних екосистем (біомів) розрізняють перехідні типи — екотони. Наприклад, лісотундра, змішані ліси помірної зони, лісостеп, напівпустелі і ін.
Штучні екосистеми
Штучні екосистеми — це утворення, засновані людиною власними зусиллями, з використанням механізмів. Штучні екосистеми створюються людьми для задоволення власних потреб. Це сади, парки, городи, поля, поселення різного виду, сільські та міські двори, штучні водойми.
Функціонування екосистем
Колообіг речовини та енергії
Колообіг речовини й енергії — це повторюване явище взаємопов'язаного перетворення, переміщення речовин і енергії у природі, яке має циклічні властивості та відбувається за обов'язкової участі живих організмів.
Розрізняють геологічний колообіг планетарного виміру і біологічний, який відбувається між організмами і середовищем існування, тобто в межах екосистем.
Геологічний (великий) колообіг — це обмін речовинами між сушею та Світовим океаном. Насамперед відбувається всеосяжна циркуляція води (див. Кругообіг води). Разом з водою рухаються величезні маси розчинених у ній хімічних речовин, які в океані осідаються на дно у вигляді делювіальних відкладів або осаду.
Завдяки біотичному колообігу, можливе тривале існування й розвиток життя з обмеженим запасом доступних хімічних елементів. Використовуючи неорганічні речовини, зелені рослини завдяки енергії Сонця створюють органічну речовину, яка іншими живими істотами (гетеротрофами-споживачами та деструкторами) руйнується з тим, щоби продукти цього руйнування могли бути використані рослинами для нових органічних синтезів.
Властивості екосистем
- Стабільність екосистеми — здатність екосистеми зберігати свою структуру й функціональні особливості при дії зовнішніх факторів.
- Вразли́вість екосистеми (англ. Vulnerability) — можливий розмір збитків чи шкоди системи від зміни клімату. Це залежить не тільки від чутливості системи, але також від її здатності адаптуватись до нових кліматичних умов.
- Незамкненість екосистеми. Замкненість — повна реутилізація речовин в межах системи з практичною відсутністю їх виходу за межі системи (за винятком енергії і інформації).
Екосистему складають чотири основних компоненти — потік енергії, кругообіги речовин, біоценоз і керівна петля зворотного зв'язку. Потік сонячної енергії, що пронизує екосистему, лише частково перетвориться біоценозом і переходить на якісно вищий щабель, трансформуючись в органічну речовину.
Кругообіги речовин від продуцентів до консументів різних рівнів, потім до редуцентів, а від них знову до продуцентів замкнений не повністю. Якби в екосистемах існувала їх повна замкненість, то не виникало б жодних змін середовища життя, не було б ґрунту, вапняків та інших гірських порід біогенного походження. Таким чином, біотичний кругообіг можна умовно зобразити у вигляді незамкненого кільця.
Кругообіги речовин не є замкненими. Частина органічних і неорганічних речовин витісняється за межі біогеоценозів, але при цьому відбувається їх поповнення за рахунок зовнішніх джерел (опади, фіксація азоту атмосфери і т. д.).
З іншого боку, без діяльності людини, наприклад, відкладення торфу, утворення вугілля, нафти і т. д. — це відходи. Завдяки антропогенній діяльності вони були виключені з кругообігу. Але діяльність людини в цьому напрямі може призвести до екокризи.
Див. також
Примітки
- Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. — 639 с.
- Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. — М. : Мир, 1989. — Т. 2.
Література
- Білявський Г. О., Бутченко Л. І. Основи екології: теорія та практикум. Навч. посіб. — К.: Лібра, 2006. — 368 с. ISBN 966-7035-42-5
- Біологічний словник / За ред. К. М. Ситника, О. П. Топачевського. — 2-ге вид. — К.: Голов, ред. УРЕ, 1986. — 679 с.
- Дедю И. И. Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Молд. сов. энцикл., 1989. — 408 с.
- Кондратюк Е. М., Хархота Г. І. Словник-довідник з екології. — К.: Урожай, 1987. — 147 с.
- Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. — 639 с. (рос.)
- Реймерс Н. Ф., Яблоков А. В. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной природы. — М.: Наука, 1982. — 144 с. (рос.)
- Словарь-справочник по экологии / К. М. Сытник, А. В. Брайон, А. В. Гордецкий и др. — К.: Наук, думка, 1994. — 663 с. (рос.)
- Allee W.С., Park T. Concerning ecological principles//Science. — 1939. — Vol. 89. — P. 166–169.
- Bennett R.J., Chorley R.J. Environmental systems: Philosophy, analisis and control. — London : Methuen and C Ltd., 1978. — 624 p.
- McIntosh Robert P. The Background of Ecology: Concept and Theory. Cambridge University Press. Cambridge. — London, N.-Y., New Rochelle, Sydney, Melbourne, 1985. — 383 p.
- Watt К. Е.F. Principles of Environmental Science. — McGraw-Hill Inc., 1973. 319 p.
Посилання
- Геоекосистема // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 47.
- Гірські екосистеми // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 53.
- Екосистема // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 82-83.
- Зрілість екосистеми // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 100.
- Ієрархія природних систем (екосистем) // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 100.
- Система природна // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 161.
- Техногенна екосистема // : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 174-175.
- (англ.) — геодані глобального охоплення від Університету Вісконсин-Медісона (англ. University of Wisconsin-Madison), отримані в результаті комбінування даних дистанційного зондування Землі про потенційну природну рослинність, орні та пасовищні угіддя, основні типи сільськогосподарських культур, придатність земель для культивації з даними про народонаселення.
- (англ.) Land Cover Datasets / Global Observation of Forest Cover and Land Dynamics Project [ 19 вересня 2015 у Wayback Machine.] — детальний перелік сучасних доступних наборів геоданих про наземний покрив.
- (англ.) Last of the Wild v. 2 / Center for International Earth Science Information Network (CIESIN) [ 6 березня 2016 у Wayback Machine.] — база даних впливу людини на екосистеми суходолу за допомогою комплексних індексів, розрахованих на підставі інформації зібраної близько 2000 року.