link1480 link1481 link1482 link1483 link1484 link1485 link1486 link1487 link1488 link1489 link1490 link1491 link1492 link1493 link1494 link1495 link1496 link1497 link1498 link1499 link1500 link1501 link1502 link1503 link1504 link1505 link1506 link1507 link1508 link1509 link1510 link1511 link1512 link1513 link1514 link1515 link1516 link1517 link1518 link1519 link1520 link1521 link1522 link1523 link1524 link1525 link1526 link1527 link1528 link1529 link1530 link1531 link1532 link1533 link1534 link1535 link1536 link1537 link1538 link1539 link1540 link1541 link1542 link1543 link1544 link1545 link1546 link1547 link1548 link1549 link1550 link1551 link1552 link1553 link1554 link1555 link1556 link1557 link1558 link1559 link1560 link1561 link1562 link1563 link1564 link1565 link1566 link1567 link1568 link1569 link1570 link1571 link1572 link1573 link1574 link1575 link1576 link1577 link1578 link1579 link1580 link1581 link1582 link1583 link1584 link1585 link1586 link1587 link1588 link1589 link1590 link1591 link1592 link1593 link1594 link1595 link1596 link1597 link1598 link1599 link1600 link1601 link1602 link1603 link1604 link1605 link1606 link1607 link1608 link1609 link1610 link1611 link1612 link1613 link1614 link1615 link1616 link1617 link1618 link1619 link1620 link1621 link1622 link1623 link1624 link1625 link1626 link1627

Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 1

Свойства экологических систем

Наиболее важные свойства экосистем являются следствием иерархической организации уровней жизни. По мере объединения подмножеств в более крупные у образующихся систем возникают качественно новые эмерджентные свойства, отсутствующие на предыдущем уровне. Таким образом, экосистема обладает не только суммой свойств, входящих в нее подсистем, но характеризуется собственными, присущими только ей свойствами.

Взаимодействие автотрофных и гетеротрофных процессов является наиболее важной функцией любых экосистем. В течение значительного геологического периода (кембрия -600 млн — 1 млрд лет назад), небольшая, но заметная частъ синтезируемого органического вещества не расходовалась, а сохранялась и накапливалась в осадках. Преобладание скорости синтеза над скоростью разложения органических веществ явилось причиной уменьшения содержания углекислого газа и накопления кислорода в атмосфере. Это подтверждает тот факт, что состав атмосферы Земли резко отличается от условий на других планетах Солнечной системы. В 1979 г. Лавлок предположил, что состав атмосферы Земли в отсутствии биосферы соответствовал составу атмосферы Марса или Венеры.

Зеленые организмы сыграли основную роль в формировании геохимической среды Земли, благоприятной для существования других организмов. Значительное накопившееся количество кислорода сделало возможными появление и эволюцию высших форм жизни. Примерно 300 млн лет назад отмечался особенно большой избыток органической продукции, что привело к образованию горючих ископаемых, за счет накоплений которых человек совершил промышленную революцию. За последние 60 млн лет в атмосфере выработалось относительно постоянное соотношение кислорода (21 %) и углекислого газа (0,03 %)

Установившееся соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов может служить одной из главных функциональных характеристик экосистем. Отношение концентраций СО2 и О2 отражает соотношение скоростей этих процессов в экосистемах, т. е. соотношение аккумулированной продуцентами и рассеянной консументами энергии. При этом в разных экосистемах баланс этих процессов может быть либо положительным, либо отрицательным. Существуют системы с преобладанием автотрофных процессов, т. е. с положительным биотическим балансом (тропический лес, мелкое озеро, агроэкосистема). В других — наоборот, преобладают гетеротрофные процессы, т. е. имеет место отрицательный баланс (горная река, город).

Деятельность человека, который значительно, ускоряет процессы разложения, сжигая органическое вещество, накопленное в горючих ископаемых, ведя интенсивное сельское хозяйство, ускоряющее разложение гумуса; уничтожая леса и сжигая древесину. В воздух выбрасывается большое количество СО2 до этого связанного в угле, нефти, торфе, древесине, гумусе почв.

Соотношение СО и О2 в атмосфере характеризует баланс автотрофных и гетеротрофных процессов в биосфе ре в целом. Установившееся равновесие автотрофных и гетеротрофных процессов на Земле поддерживается благодаря способности экосистем и биосферы к саморегуляции.

Саморегуляция экосистем обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми связями между их компонентами, трофическими и энергетическими взаимоотношениями. Сообщество организмов и физическая среда развиваются и функционируют как единое целое. Об этом прежде всего свидетельствует состав атмосферы Земли с уникально высоким содержанием кислорода. Умеренные температуры и, благоприятные для жизни условия кислотности обеспечены ранними формами жизни. Взаимодействие растений и микроорганизмов сглаживает колебания физических факторов. Например, аммиак, выделяемый организмами, поддерживает в воде, почвах и осадках величину рН, необходимую для их жизнедеятельности. Без этого значения рН могли бы стать такими низкими, что организмы не выжили бы в этих условиях.

Экосистемы имеют кибернетическую природу и характеризуются развитыми информационными сетями, состоящими из потоков физических и химических сигналов, связывающих все их части в единое целое. Эти потоки управляют системой.

Кибернетическую природу экосистем трудно выя вить, потому что компоненты в них связаны в информационные сети не непосредственно, а физическими и химическими «посредниками», подобно тому как гормоны гормональной системы связывают в одно целое части организма. При этом «энергия связи» в экосистемах рассеивается и слабеет с увеличением пространственных и временных параметров.

Низкоэнергетические сигналы, вызывающие высокоэнергетические реакции, очень распространены в природе. Например, каждый год миллионы людей и животных гибнут от различных инфекций в результате заражения микроскопическими паразитами, которые составляют малую долю от общего потока энергии в экосистеме (0,01 — 0,1 %), То же, в растительных сообществах: очень мелкие паразитические насекомые (низкоэнергетические сигналы) могут оказывать очень сильное управляющее воздействие на общий поток энергии, резко снижая продукцию органических веществ в растениях.

Управление основано на обратной связи, когда часть сигналов с выхода поступает на вход. Это явление обычно отражают обратной петлей, через которую «стекающая вниз» во вторичную субсистему энергия вновь подается на первичную субсистему. При этом влияние этой части энергии на управление всей экосистемой гигантски усиливается

Если обратная связь положительна, то значение выхода управляемой системы возрастает. Положительная обратная связь усиливает положительные отклонения и в значительной степени определяет рост и выживание организмов, хотя может приводить и к «расшатыванию» системы и нарушению равновесий. Для того чтобы осуществлять контроль, необходима отрицательная обратная связь, которая помогает, например, избегать перегрева, перепроизводства или перенаселения. Отрицательная обратная связь уменьшает отклонения на входе. Устройства для управления с помощью обратной связи в технике называют сервомеханизмами.

Вы здесь: Главная Экология Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 1