Понятие“экосистема” введено английским ботаником А. Тенсли (1935), который обозначилэтим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую ихсреду.
Посовременным представлениям, экосистема как основная структурная единицабиосферы — это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живыхорганизмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество живых организмови окружающей неживой среды. В этом определении подчеркнуто наличиевзаимоотношений, взаимозависимости, причинно-следственных связей междубиологическим сообществом и абиотической средой, объединение их вфункциональное целое. Биологи считают, что экосистема — совокупность всехпопуляций разных видов, проживающих на общей территории, вместе с окружающей ихнеживой средой.
В.Н.Сукачевым (1972) в качестве структурной единицы биосферы предложен биогеоценоз.Биогеоценозы — природные образования с четкими границами, состоящие изсовокупности живых существ (биоценозов), занимающих определенное место. Дляводных организмов — это вода, для организмов суши — почва и атмосфера.
Понятия“биогеоценоз” и “экосистема” до некоторой степени однозначны, но они не всегдасовпадают по объему. Экосистема — широкое понятие, экосистема не связана сограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всемстабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний ивнутренний круговорот веществ и энергии. Так, к экосистемам относятся капляводы с микроорганизмами, аквариум, горшок с цветами, аэротенк, биофильтр,космический корабль. Биогеоценозами же они не могут быть. Экосистема можетвключать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции,зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы вцелом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом, тогдакак всякий биогеоценоз является экологической системой.
Масштабыэкосистем различны: микросистемы (например, болотная кочка, дерево, покрытыймхом камень или пень, горшок с цветком и т.п.), мезоэкосистемы (озеро, болото,песчаная дюна, лес, луг и т.п.), макроэкосистемы (континент, океан и т.п.).Следовательно, существует своеобразная иерархия макро-, мезо- и микросистемразных порядков.
Биосфера— экосистема высшего ранга, включающая, как уже было отмечено, тропосферу,гидросферу и верхнюю часть литосферы в пределах “поля” существования жизни. Онаимеет громаднейшее разнообразие сообществ, в структуре которых обнаруживаютсясложные сочетания растений, животных и микроорганизмов с разными способамижизни. В этой мозаике прежде всего выделяются экосистемы наземные и водные.Согласно сформулированному В.В. Докучаевым (1896) закону географическойзональности на земной поверхности закономерно распространены различныеприродные сообщества, которые в комплексе и образуют единую экосистему нашейпланеты. В пределах обширных территорий, или зон, природные условия сохраняютобщие черты, изменяясь от зоны к зоне. Климат, растительность и животныераспределяются на земной поверхности в строго определенном порядке. А разагенты-почвообразователи, в своем распространении подчиненные известнымзаконам, распределяются по поясам, то результат их деятельности — почва —должен распределяться по земному шару в виде определенных зон, идущих более илименее параллельно широтным кругам. Отчетливо видна смена Арктики и Субарктикитундрой, тундры —лесотундрой, таежно-лесной зоны — лесостепью и степью, а далееи полупустынными пространствами на территории России. Заметна и смена равнинныхэкосистем горными (Кавказ, Урал, Алтай и др.). Во всех этих макроэкосистемахразного порядка следует рассматривать лишь сходные типы сообществ,формирующихся в сходных климатических условиях среды различных частей планеты,а не видовой состав и популяции макроэкосистем. Кроме того, выраженадифференциация экосистем в зависимости от локальных условий (геологическихфакторов, рельефа, почвообразующих пород, почв и т.д.), где уже можнорассматривать и оценивать популяции разных видов, видовой состав экологическихсистем. Все это многообразие экосистем биосферы, особенно планетарных (суша иокеан), а также провинциальных и зональных, необходимо изучать, сопоставляя ихпродуктивность, которая будет рассмотрена в отдельном разделе.
Дляназемных экосистем установлена следующая иерархия: биосфера — экосистема суши —климатический пояс — биоклиматическая область — природная ландшафтная зона —природный (ландшафтный) округ— природный (ландшафтный) район — природный(ландшафтный) подрайон — биогеоценотический комплекс — экосистема.
Экосистемы,измененные деятельностью человека, называют агроэкосистемами (полезащитныелесные полосы, поля, занятые сельскохозяйственными культурами, сады, огороды,виноградники и др.). Их основой являются культурные фитоценозы — многолетние иоднолетние травы, зерновые и другие сельскохозяйственные культуры. Они получаютдополнительную энергию в виде обработки почвы, внесения удобрений, поливныхвод, пестицидов и от других мелиорации, что существенно преобразует почвы,изменяет видовой состав, структуру флоры и фауны. В результате взаменустойчивых экосистем формируются менее устойчивые. Дотации энергии новымагроэкосистемам, возможности мелиорации природных экосистем должны основыватьсяна нормах соотношения пашни, лугов, леса и вод в соответствии спочвенно-климатическими и хозяйственными условиями, а также на законах,правилах и принципах экологии.
Методологическойосновой экологии является системный подход в исследованиях. На основесистемного подхода изучают свойства высокоорганизованных объектов, т.е.многообразие связей между элементами экосистемы, их разнокачественость исоподчинение. При этом нельзя забывать о том, что экосистемы находятся всостоянии динамического равновесия и способны противостоять изменениямприродной среды.
Системныйподход состоит из следующих этапов: определение состава экосистемы и объектовокружающей среды, которые оказывают воздействие на нее; определениесовокупности внутренних связей и связей с окружающей средой. В системноманализе используют различные методы.
Наблюденияпроводят за состоянием отдельных экосистем и компонентов экосистемы вконкретных условиях (в поле), за их взаимосвязи в различных ландшафтах.Определяют видовой состав всех организмов экосистем и условия их существования.Устанавливают связи между видами, неживыми компонентами, между организмамиразличных видов и природно-климатическими условиями. Особое внимание уделяютколичественным характеристикам – температуре, влажности, численности иплотности популяций и др. Выделяют различные зависимости, связи междуэлементами экосистемы и внешними условиями, а также постоянно исследуютдинамику (сезонную, годовую, многолетнюю) всех организмов экосистем.
Наилучшийметод наблюдений – метод мониторинга на определенных стационарах сиспользованием современных датчиков, дистанционного зонирования.
Когдаэкосистему изучают без нарушения ее функционирования, это относится кнаблюдениям, даже если в исследованиях применяют какую-либо аппаратуру,например датчику. Исследование, связанные с вмешательством состав или структуруэкосистемы (введение дополнительных факторов – внесение удобрений, химическихсредств борьбы с вредными видами, орошение, осушение и др.), относятся кэкспериментам. Они могут быть однофакторными или многофакторными (изучают одинили несколько изменяющихся факторов), непреднамеренными антропогенными (отстрелволков в Канаде).
Наблюдаемыефакторы проверяют на математических моделях, Часто применяют и биологические модели– экосистемы из организмов, создаваемых в лабораториях. Это промежуточный этапмежду природными экосистемами и математическими моделями.
Моделирование– основа научного анализа системной экологии. Процесс перевода физических,биохимических, биологических представлений об экосистемах в ряд зависимостей иоперации над полученной математической системой называют системным анализом.
Примоделировании стремятся создать упрощенную модель, сходную с оригиналом.Свойства и поведение модели можно эффективно исследовать, а данные изученияприменить к оригиналу. Для моделирования используют различные методы, в томчисле модели идеализированных экосистем из одной популяции при полном достаткеэлементов питания, отсутствии вредителей и болезней.
Моделированиеприродных процессов – метод анализа результатов исследований экологическихпроблем путем упрощения сложных экосистем, применения математических методов,кибернетики, ЭВМ. Степень детализации моделей зависит от уровня из вхождения вобщую структуру системы, конкретных пространственно-временных характеристикмоделируемых на определенных уровнях природных процессов. Модели общегохарактера отражают информационную взаимосвязь различных уровней экосистем,включают многофункциональные проявления объектов среды для прогнозированияпутей эволюции экологических систем, создания моделей более совершенныхэкосистем по сравнению с существующими.
Вэкологии часто применяют колориметрические, хроматографические,спектрометрические, изотопные методы исследований.
Использованиеэкологических исследований при землеустройстве и для земельно-кадастровойоценки земель. Информация, полученная в экологических исследованиях, должнабыть использована при землеустройстве, решении важнейших вопросов кадастра имониторинга земель, при оценке плодородия почв.
Особыйинтерес в этом отношении представляют:
данныео размещении загрязнителей (промышленных объектов различных отраслейхозяйства), о загрязнении воздушного бассейна, почв, вод и земель тяжелымиметаллами, радионуклидами, минеральными удобрениями и пестицидами;
материалыпо химическому составу почв, природных и сточных вод;