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 живий компонент системи, біоценоз. Для ставка як екосистеми характерні донні відкладення певного складу, певний хімічний склад (іонний склад, концентрація розчинених газів) і фізичні параметри (прозорість води, сезонний хід температури), а також певні показники біологічної продуктивності, трофічний статус і специфічні умови цієї водойми. Інший приклад екологічної системи - листяний ліс в середній смузі України з певним складом лісової підстилки, характерним для цього типу лісів ґрунтом і стійким рослинним угрупованням, і, як наслідок, зі строго визначеними показниками мікроклімату (температури, вологості, освітленості) і відповідним таким умовам середовища комплексом тваринних організмів. Важливим аспектом, що дозволяє визначати типи і межі екосистем, є трофічна структура угруповання і співвідношення виробників біомаси, її споживачів і організмів, які руйнують біомасу, а також показники продуктивності та обміну речовини і енергії.
Загальний опис
Таким чином, екосистема — це біоценоз + його біотоп.
Термін «екосистема» ввів в обіг англійський еколог Артур Тенслі в 1935 році, а сучасне визначення йому надав Реймонд Ліндман в 1942 році в своїй класичній роботі по вивченню біології озера Міннесота.
Ось яке визначення цьому терміну дає М. Ф. Реймерс:
| Термодинамічно відкрита сукупність біотичних екологічних компонентів і абіотичних джерел речовини і енергії, єдність і функціональний зв'язок яких в межах характерного для певної ділянки біосфери часу і простору (включаючи біосферу в цілому), що інформаційно саморозвивається, забезпечує перевищення на цій ділянці внутрішніх закономірних переміщень речовини, енергії та інформації над зовнішнім обміном (в тому числі між сусідніми аналогічними сукупностями) і на основі цього невизначено довгу саморегуляцію і розвиток цілого під керуючим 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 бар'єрами — пустелями, горами, океанами і т. ін., або є ізольованими іншим чином — так як річки або озера. З огляду на те, що ці межі ніколи не є абсолютно непроникними, екосистеми накладаються одна на одну. Таким чином можна сказати, вся Земля може розглядатись як одна екосистема.
Складові екосистем
В екосистемі можна виділити три компоненти — 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% , рідко 3- 4,5% від первинної кількості. Автотрофи являють собою перший трофічний рівень екосистеми. Наступні трофічні рівні екосистеми формуються за рахунок консументів (2-й , 3-й , 4-й і наступні рівні) і замикаються редуцентами, які переводять органічну речовину в мінеральну форму (абіотичний компонент), яка може бути засвоєна автотрофами.
Основні компоненти екосистеми
З точки зору структури в екосистемі виділяють такі компоненти:
- кліматичний режим, який визначає температуру, вологість, режим освітлення та інші фізичні характеристики середовища;
- неорганічні речовини, що включаються в кругообіг;
- органічні сполуки, які пов'язують біотичну і абіотичну частини в кругообігу речовини і енергії;
- продуценти - організми, що створюють первинну продукцію;
- макроконсументи, або фаготрофи, - гетеротрофи, що поїдають інші організми або великі частки органічної речовини;
- мікроконсументи (сапротрофи) - гетеротрофи, в основному гриби і бактерії, які руйнують мертву органічну речовину, мінералізуючи її, тим самим повертаючи в кругообіг.
Останні три компоненти формують біомасу екосистеми.
З точки зору функціонування екосистеми виділяють наступні функціональні блоки організмів (крім автотрофів):
- біофаги - організми, що поїдають інших живих організмів;
- сапрофаги - організми, що поїдають мертву органічну речовину.
Цей поділ показує тимчасово-функціональний зв'язок в екосистемі, фокусуючись на поділі в часі утворення органічної речовини і перерозподілі його всередині екосистеми (біофаги) і переробці сапрофагами. Між відмиранням органічної речовини і повторним включенням її складових в кругообіг речовини в екосистемі може пройти суттєвий проміжок часу, наприклад, у випадку соснової колоди, 100 і більше років.
Всі ці компоненти взаємопов'язані в просторі та часі і утворюють єдину структурно-функціональну систему.
Екотоп
Зазвичай поняття екотопів визначалося як середовище проживання організмів, що характеризується певним поєднанням екологічних умов: ґрунтів, мікроклімату та ін. В цьому випадку це поняття близьке до поняття кліматоп.
На даний момент під екотопом на відміну від біотопу розуміється певна територія або акваторія з усім набором і особливостями ґрунтів, мікроклімату та інших факторів в незміненому організмами вигляді. Прикладами екотопу можуть бути наносні ґрунти, новоутворені вулканічні або коралові острови, вириті людиною кар'єри та інші заново утворені території. В цьому випадку кліматоп є частиною екотопу.
Кліматоп
Спочатку «кліматоп» був визначений В.М. Сукачовим (1964) як повітряна частина біогеоценозу, що відрізняється від навколишньої атмосфери своїм 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 режимом вологості повітря.
Сучасна наука це поняття трактує дещо ширше: як характеристика біогеоценозу, поєднання фізичних і хімічних характеристик повітряного або водного середовища, істотних для організмів, що населяють це середовище. Кліматоп задає в довгостроковому масштабі основні фізичні характеристики існування тварин і рослин, визначаючи коло організмів, які можуть існувати в даній екосистемі.
Едафотоп
Під едафотопом зазвичай розуміється ґрунт як складовий елемент екотопу. Однак більш точно це поняття слід визначати як частина 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 переведення мертвих органічних сполук в мінеральні речовини та їх залучення в живу біомасу. Основними носіями енергії в едафотопі виступають органічні сполуки вуглецю, їх 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 формування певного біоценозу.
Біоценоз
Біоценоз - історично сформована сукупність рослин, тварин, мікроорганізмів, що населяють ділянку суші або водойми (біотоп). Не останню роль у формуванні біоценозу грає 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, причому 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 служать механізмом перерозподілу речовини і енергії всередині екосистеми.
Біотоп і біоценоз разом формують 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 системи, створені людиною штучно своїми зусиллями, використовуючи механізми. Штучні екосистеми створюються людиною для задоволення власних потреб. Це сади, парки, городи, поля, поселення різного типу, сільські та міські двори, штучні водойми.
Функціонування екосистем
Колообіг речовини та енергії
Колообіг речовини та енергії — це повторюваний процес взаємопов'язаного перетворення, переміщення речовин і енергії у природі, який має циклічний характер, відбувається за обов'язкової участі живих організмів.
Розрізняють геологічний колообіг планетарного характеру 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 глобальна 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 при обмеженому запасі доступних хімічних елементів. Використовуючи неорганічні речовини, зелені рослини за рахунок енергії Сонця створюють органічну речовину, яка іншими живими істотами (гетеротрофами-споживачами та деструкторами) руйнується, з тим щоб 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.