Классификация экосистем

По масштабам экосистемы делятся на микроэкосистемы (лужа, пруд), мезоэкосистемы (лес, озеро), макроэкосистемы (континент, океан). Глобальной экосистемой является биосфера.

По степени трансформации человеческой деятельностью экосистемы подразделяются на природные, антропогенно-природные и антропогенные. В промышленно развитых странах почти не осталось природных экосистем, не измененных деятельностью человека. Лесные насаждения, луга, поля - все это антропогенно-природные экосистемы, которые хотя и состоят из природных компонентов, но созданы и регулируются людьми.

К антропогенным экосистемам относятся экосистемы, в которых преобладают искусственно созданные антропогенные объекты и кроме людей могут существовать лишь отдельные виды организмов, которые приспособились к этим специфическим условиям. Примером таких экосистем являются города, промышленные узлы, села, корабли.

В зависимости от рода деятельности человека антропогенные экосистемы разделяют на:

1) промышленные (экосистемы металлургического завода, пищевого производства и др.);

2) сельскохозяйственные (агроценоз, птицефабрики, животноводческие фермы и др.);

3) городские экосистемы - урбоэкосистеми (экосистемы коммунального хозяйства, жилого дома и проч.).

Раньше других были созданы человеком сельскохозяйственные экосистемы с целью обеспечения ее потребностей в продуктах питания. Агроценоз (греч. «агрос» - поле и «ценоз» - общий) - это сообщества, которые создаются и поддерживаются человеком благодаря разработанной им системе агротехнических и агрохимических мероприятий. Они характеризуются видовой бедностью и однообразием, что обусловливает слабую устойчивость агроценозов, увеличения количества вредителей и сорняков. Без постоянного вмешательства человека они разрушаются и исчезают. Агроценозы характеризуются высокой продуктивностью одного или нескольких видов растений и животных и поставляет человечеству до 90% продуктов питания.

Цепи питания, экологические пирамиды

В природе все виды живых организмов связаны друг с другом. Для функционирования экосистем необходима энергия, источником которой является энергия Солнца. Организмы получают энергию за счет питания другими существами. Вследствие этого в природе возникают цепи питания.

Цепи питания - ряды взаимосвязанных видов, в которых каждый предыдущий является объектом питания следующего. Когда животное съедает растение, большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращается в тепло и рассеивается. Примерно 10% энергии, содержащейся в еде, переходит в новое вещество тела животных. Эта закономерность известна как правило 10 процентов.

Например, трофическая (пищевая) цепь водной системы может быть представлена так: фитопланктон (микроскопические водоросли) - зоопланктон - молодь рыб - взрослые хищные рыбы (окунь). Соответственно, для получения 1 кг окуней должно быть потрачено примерно 10 кг молоди рыб, 100 кг зоопланктона или 1000 кг фитопланктона. Поэтому, из этого можно сделать важный практический вывод - экономически более выгодно использовать хозяйственно ценные виды, которые имеют короткие трофические цепи.

Различают два типа цепей питания:

- цепь выедания (пастбищная, начинается с продуцентов);

- цепь разложения (детритная, начинается с мертвого органического вещества).

Количество звеньев цепи питания в экосистеме, как правило, не превышает 4-6 и ограничивается правилом экологической пирамиды, согласно которому общая биомасса каждого следующего звена в цепи питания уменьшается. В последнее время считают, что лучше употреблять термин трофическая сеть, а не цепь, поскольку в состав пищи каждого типа входит несколько видов. Каждый из этих видов, в свою очередь, может быть питанием для нескольких других видов.

Цепь питания можно представить в виде пирамиды чисел, фундамент которой составляют многочисленные виды растений, последующие уровни образуют растительноядные и плотоядные животные, численность которых быстро уменьшается в направлении к вершине, которую занимают немногочисленные крупные хищники.

В соответствии с тем, что именно характеризуют пирамиды, они делятся на три типа:

- пирамида чисел - показывает численность отдельных видов;

- пирамида биомассы характеризует общий сухой вес или другую меру общего количества живого вещества;

- пирамида энергии - показывает величину потока энергии или продуктивность на каждом уровне трофической.

Пирамиды чисел и биомассы могут быть перевернутыми, т. е. основание может быть меньше, чем один или несколько верхних этажей. Так бывает, когда средние размеры продуцентов меньше, чем размеры консументов. Наоборот, экологическая энергетическая пирамида всегда сужается кверху при условии, что будут учтены все источники энергии питания в системе.

В трофических цепях все вещества последовательно переходят от одного вида организмов к другому. Однако если биогенные вещества активно усваиваются и участвуют в биологическом круговороте, то ксенобиотики- вещества, синтезированные человеком, накапливаются при переходе от одного вида трофической цепи к другому. Поскольку величина биомассы в экологических пирамидах закономерно уменьшается примерно в 10 раз при переходе на новый трофический уровень, концентрация ксенобиотиков на единицу биомассы увеличивается.

Так, если концентрация пестицида ДДТ в теле водных насекомых составляла 0,04 г на один килограмм биомассы, то у растительноядных рыб она равнялась 10, у хищных рыб достигала 50 и у птиц, которые питались рыбой - до 75 г на один килограмм биомассы. Итак, в течение четырех звеньев трофической цепи концентрация ДДТ увеличилась в 1875 раз. Аналогично концентрируются и другие ксенобиотики.

Концентрирование веществ в трофических цепях следует учитывать в случае загрязнения биосферы ксенобиотиками, потому что при потреблении в пищу животных и птиц концентрации этих вредных веществ могут быть значительными. Трофические цепи выполняют также и барьерную функцию, что способствует самоочищению благодаря концентрирования веществ и выведению их из биологического круговорота.

Количество и интенсивность увеличения биомассы характеризуют биологическую продуктивность вида, группы или экосистемы. Биопродуктивностью называют скорость производства биомассы на определенной площади за единицу времени. Она может быть первичной (производительность продуцентов) и вторичной (биомасса, созданная консументами и организмами, которые разлагаются). Первичная производительность материков составляет около 53 млрд. т органического вещества, Мирового океана - до 30 млрд. т. На суше основным источником первичной биомассы является тропические леса, леса Полесья и Сибири, в океане - зоны глубинных вод у материков в тропиках, которые обогащены фосфором и азотом, а также материковые отмели холодных морей.

Вся биомасса планеты способна прокормить не более 7-10 млрд. человек по одним данным и не более 12 млрд. человек по другим. Уже сейчас ежегодной биомассы, которую собирает человечество, недостаточно для питания населения Земли. Поэтому необходимо решить проблему регулирования численности населения Земли, повышение производительности биосферы и ее охраны от усиленного антропогенного давления.