3. Поняття екосистеми
Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін запропонований у 1935 році англійським ботаніком А. Тенслі. В це поняття входить не лише комплекс організмів, а й комплекс факторів навколишнього природного середовища. Популяції різних організмів тісно взаємопов’язані не тільки між собою, але і з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з довкілля певні речовини, потрібні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну. Таким чином угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем певну систему – екосистему. В кожній екосистемі відбувається кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.
Екосистема – це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру і забезпечує кругообіг речовин усередині системи. Термін екосистема близький до терміна біогеоценоз, введеного в обіг російським ученим В. Сукачовим у 1940 році.
Біогеоценоз – природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними. Ці два поняття майже ідентичні, можливо, перше ширше і останнім часом воно більш уживане.
Структура біогеоценозу (екосистеми).
Біогеоценоз містить два компоненти:
біотоп (грец. топос – місце) – сукупність на певній території абіотичних факторів – кліматичних і ґрунтових;
біоценоз – сукупність живих організмів: I – рослин (фітоценоз), II – тварин (зооценоз); III – мікроорганізмів (мікробіоценоз); IV – грибів (мікоценоз) – біотичний фактор.
Кожний біоценоз має:
видову структуру (різноманітність видів, співвідношення їх чисельності);
просторову структуру, яка визначається ярусним розташуванням різних видів рослин;
екологічну структуру, яка визначається співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів за типом живлення.
Розрізняють автотрофи – організми, що здатні утворювати органічні речовини з неорганічних за допомогою сонячного світла (фотосинтез) або енергії хімічних реакцій (хемосинтез). Гетеротрофи – організми, що живляться готовими органічними речовинами. У кожній екосистемі можна виділити такі компоненти:
1) неорганічні речовини (вуглець, азот, вуглекислий газ, вода та ін.), які вступають у кругообіг;
2) органічні речовини (білки, вуглеводи, ліпіди та ін.), які об’єднують біотичну та абіотичну частини екосистеми;
3) клімат (температура, вологість, тиск та ін.);
4) продуценти – автотрофні організми, здатні утворювати органічні сполуки з неорганічних;
5) консументи – гетеротрофні організми, які споживають готову органічну речовину;
6) редуценти (деструктори) – гетеротрофні організми, які розкладають органічну речовину до неорганічних сполук.
Класифікація екосистем
За масштабами екосистеми поділяються на: мікроекосистеми (калюжа, ставок), мезоекосистеми (ліс, озеро), макроекосистеми (континент, океан). Глобальною екосистемою є біосфера.
За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенно-природні та антропогенні. У промислово розвинутих країнах майже не залишилось природних екосистем, не видозмінених діяльністю людини. Лісові насадження, луки, ниви – все це антропогенно-природні екосистеми, які хоча й складаються з природних компонентів, але створені і регулюються людьми. До антропогенних екосистем належать такі, в яких переважають штучно створені антропогенні об'єкти і крім людей можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувались до цих специфічних умов. Прикладом таких екосистем є міста, промислові вузли, села, кораблі.
Залежно від роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяють на:
1) промислові (екосистеми металургійного заводу, харчового виробництва та ін.);
2) сільськогосподарські (агроценози, птахофабрики, тваринницькі ферми та ін.);
3) міські екосистеми – урбоекосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку та ін.).
Раніше від інших були створені людиною сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення її потреб у продуктах харчування. Агроценози (грец. „агрос” – поле і „ценоз” – загальний) – це ценози, що утворюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних та агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю і одноманітністю, що обумовлює слабку стійкість агроценозів, збільшення кількості шкідників і бур’янів. Без постійного втручання людини вони руйнуються і зникають. Агроценози характеризуються високою продуктивністю одного або кількох видів рослин і тварин і постачають людству до 90% продуктів харчування.
Рис. 1. Трофічні рівні в екосистемі і піраміда біомас
Всі живі і неживі компоненти екосистеми повязані процесами взаємного обміну речовин та енергії.
Всі екосистеми мають загальний принцип будови і діяльності, всі вони складаються з живих організмів і фізичного середовища їх проживання і знаходяться у взаємодії з ним. Це відноситься як до водних екосистем, так і до екосистем суші; це притаманно і крупним за розміром та за просторовим розташуванню екосистемам, і маленьким (це і біосфера як глобальна екосистема, і, наприклад, ставок чи поляна в лісі).
Трофічний рівень – сукупність організмів, які одержують перетворену в їжу енергію Сонця і хімічних реакцій (від автотрофів) через однакове число посередників трофічного ланцюга: перший рівень (без посередників) – продуценти; другий рівень – первинні консументи (організми які живляться тільки рослинною їжею); третій рівень – вторинні консументи (хижаки) і паразити первинних консументів, четвертий – вторинні хижаки тощо.
Оптимізація екосистем – (відомо з математики): оптимізація - це одержання максимуму можливого при мінімумі затрат. В екології: прагнення до стану найбільш близькому до стану динамічної рівноваги (квазістаціонарного стану) - екологічно оптимальна густина населення, тварин, рослин, яка не веде до підриву кормової бази або виснаження грунтів.