Продуцировние и разложение в природе

Концепция экосистемы

Экологические системы

ЛЕКЦИЯ 5

1. Концепция экосистемы

2. Продуцировние и разложение в природе

3. Гомеостаз экосистемы

4. Энергия экосистемы

5. Биологическая продуктивность экосистемы

6. Динамика экосистемы

7. Системный подход и моделирование в экологии

Экологическая система, или экосистема, — это «объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют, как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией» (Закон РФ «Об охране окружающей среды», 2002, ст. 1).

В настоящее время концепция экосистемы играет весьма важную роль в экологии благодаря гибкости самого понятия: к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания — от пруда до Мирового океана и от пня в лесу до обширного лесного массива — тайги и т.п.

Природные экосистемы — это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию. Запасы веществ, усвояемые организмами и прежде всего продуцентами, в природе не безграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы невозможна. Вечный круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, которые осуществляют и поддерживают поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.

В отношении пищевых взаимодействий организмов трофическая (пищевая) структура экосистемы делится на два яруса: 1) верхний — автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий фотосинтезирующие организмы и 2) нижний — гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ снова до простых минеральных образований. Однако в экосистеме следует выделять ряд компонентов, об экологической роли которых мы уже говорили: 1) неорганические вещества, участвующие в круговоротах; 2) органические соединения, связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушная, водная и субстратная среда с абиотическими факторами; 4) продуценты — автотрофные организмы; 5) консументы, или фаготрофы (пожиратели), — гетеротрофные организмы; 6) редуценты или сапротрофы (питающиеся гнилью), — гетеротрофные организмы.

Фотосинтезирующие организмы создают органические вещества на Земле — продукцию — в количестве 100 млрд т/год и примерно такое же количество веществ должно превращаться в результате дыхания растений в углекислый газ и воду. Однако 300 млн лет назад, как принято считать, в соотношении 02/С02 баланс сдвинулся в сторону С02 возник избыток органического вещества, и часть продукции не расходовалась на окисление (дыхание) и не разлагалась, а фоссилизировалась (окаменевала) в осадках, превратившись в уголь.

Дыхание — это процесс окисления, «сгорания» накопленного органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение. При обильном поступлении детрита в почву или в донный осадок деструкторы быстро расходуют кислород на его разложение, и оно резко замедляется вследствие «работы» только организмов с анаэробным метаболизмом. Иными словами, происходит некоторое отставание во времени гетеротрофного разложения от продуцирования, являющееся одним из важнейших свойств экосистемы (Ю. Одум, 1975). По этой причинеразложение детрита путем его физического размельчения и биологического воздействия и доведение его сапрофагами до образования гумуса (гумификация) идет относительно быстро. Однако последний этап, минерализация гумуса, процесс медленный, обусловливающий накопление гумуса в почвах.