Экосистема (или экологическая система ) — это система, которую образуют окружающая среда и ее организмы посредством взаимодействия. [2] : 458 Биотические и абиотические компоненты связаны между собой посредством круговорота питательных веществ и потоков энергии .
Экосистемы контролируются внешними и внутренними факторами . Внешние факторы, такие как климат , материнский материал , который образует почву, и топография , контролируют общую структуру экосистемы, но сами по себе не находятся под влиянием экосистемы. Внутренние факторы контролируются, например, разложением , корневой конкуренцией, затенением, нарушением, сукцессией и типами присутствующих видов. В то время как поступления ресурсов, как правило, контролируются внешними процессами, доступность этих ресурсов в экосистеме контролируется внутренними факторами. Таким образом, внутренние факторы не только контролируют процессы экосистемы, но и контролируются ими.
Экосистемы являются динамическими образованиями — они подвержены периодическим нарушениям и всегда находятся в процессе восстановления после какого-либо прошлого нарушения. Тенденция экосистемы оставаться близкой к своему равновесному состоянию, несмотря на это нарушение, называется ее устойчивостью . Способность системы поглощать нарушения и реорганизовываться, подвергаясь изменениям, чтобы сохранять по существу ту же функцию, структуру, идентичность и обратные связи, называется ее экологической устойчивостью . Экосистемы можно изучать с помощью различных подходов — теоретических исследований, исследований, наблюдающих за конкретными экосистемами в течение длительных периодов времени, тех, которые рассматривают различия между экосистемами, чтобы выяснить, как они работают, и прямых манипулятивных экспериментов. Биомы — это общие классы или категории экосистем. Однако нет четкого различия между биомами и экосистемами. Классификации экосистем — это особые виды экологических классификаций, которые учитывают все четыре элемента определения экосистем : биотический компонент, абиотический комплекс, взаимодействия между ними и внутри них и физическое пространство, которое они занимают. Биотические факторы экосистемы — это живые существа; такие как растения, животные и бактерии, в то время как абиотические — это неживые компоненты, такие как вода, почва и атмосфера.
Растения позволяют энергии поступать в систему через фотосинтез , создавая растительную ткань. Животные играют важную роль в перемещении материи и энергии через систему, питаясь растениями и друг другом. Они также влияют на количество присутствующей растительной и микробной биомассы . Разрушая мертвое органическое вещество , редуценты высвобождают углерод обратно в атмосферу и способствуют круговороту питательных веществ , преобразуя питательные вещества, хранящиеся в мертвой биомассе, обратно в форму, которая может быть легко использована растениями и микробами.
Экосистемы предоставляют разнообразные товары и услуги, от которых люди зависят и могут быть частью. Экосистемные товары включают «осязаемые, материальные продукты» экосистемных процессов, такие как вода, еда, топливо, строительные материалы и лекарственные растения . Экосистемные услуги , с другой стороны, обычно представляют собой «улучшения в состоянии или местоположении вещей, представляющих ценность». К ним относятся такие вещи, как поддержание гидрологических циклов , очистка воздуха и воды, поддержание кислорода в атмосфере, опыление сельскохозяйственных культур и даже такие вещи, как красота, вдохновение и возможности для исследований. Многие экосистемы деградируют из-за воздействия человека, такого как потеря почвы , загрязнение воздуха и воды , фрагментация среды обитания , отвод воды , тушение пожаров , а также интродуцированные виды и инвазивные виды . Эти угрозы могут привести к резкой трансформации экосистемы или к постепенному нарушению биотических процессов и деградации абиотических условий экосистемы. Как только исходная экосистема теряет свои определяющие черты, она считается «разрушенной ». Восстановление экосистемы может способствовать достижению Целей устойчивого развития .
Экосистема (или экологическая система) состоит из всех организмов и абиотических пулов (или физической среды), с которыми они взаимодействуют. [3] [4] : 5 [2] : 458 Биотические и абиотические компоненты связаны друг с другом посредством круговоротов питательных веществ и потоков энергии. [5]
«Экосистемные процессы» — это переносы энергии и материалов из одного пула в другой. [2] : 458 Известно, что экосистемные процессы «происходят в широком диапазоне масштабов». Поэтому правильный масштаб исследования зависит от поставленного вопроса. [4] : 5
Термин «экосистема» впервые был использован в 1935 году в публикации британского эколога Артура Тэнсли . Термин был придуман Артуром Роем Клэпхэмом , который придумал это слово по просьбе Тэнсли. [6] Тэнсли разработал концепцию, чтобы привлечь внимание к важности переноса материалов между организмами и их средой. [4] : 9 Позже он усовершенствовал термин, описав его как «Вся система, ... включая не только организменный комплекс, но и весь комплекс физических факторов, формирующих то, что мы называем средой». [3] Тэнсли рассматривал экосистемы не просто как естественные единицы, но как «ментальные изоляты». [3] Позже Тэнсли определил пространственную протяженность экосистем, используя термин « экотоп ». [7]
G. Evelyn Hutchinson , лимнолог, современник Tansley, объединил идеи Charles Elton о трофической экологии с идеями русского геохимика Владимира Вернадского . В результате он предположил, что доступность минеральных питательных веществ в озере ограничивает производство водорослей . Это, в свою очередь, ограничивает численность животных, питающихся водорослями. Raymond Lindeman развил эти идеи дальше, предположив, что поток энергии через озеро является основным двигателем экосистемы. Студенты Hutchinson, братья Howard T. Odum и Eugene P. Odum , далее разработали «системный подход» к изучению экосистем. Это позволило им изучить поток энергии и материала через экологические системы. [4] : 9
Экосистемы контролируются как внешними, так и внутренними факторами. Внешние факторы, также называемые факторами состояния, контролируют общую структуру экосистемы и то, как все работает в ней, но сами по себе не находятся под влиянием экосистемы. В широких географических масштабах климат является фактором, который «наиболее сильно определяет процессы и структуру экосистемы». [4] : 14 Климат определяет биом , в который встроена экосистема. Режимы выпадения осадков и сезонные температуры влияют на фотосинтез и тем самым определяют количество энергии, доступной для экосистемы. [8] : 145
Материнский материал определяет природу почвы в экосистеме и влияет на поставку минеральных питательных веществ. Топография также контролирует процессы экосистемы, влияя на такие вещи, как микроклимат , развитие почвы и движение воды через систему. Например, экосистемы могут быть совершенно разными, если они расположены в небольшой впадине на ландшафте, по сравнению с экосистемами, находящимися на соседнем крутом склоне холма. [9] : 39 [10] : 66
Другие внешние факторы, которые играют важную роль в функционировании экосистемы, включают время и потенциальную биоту , организмы, которые присутствуют в регионе и потенциально могут занимать определенное место. Экосистемы в схожих средах, которые расположены в разных частях мира, могут в конечном итоге делать вещи совершенно по-разному просто потому, что у них есть разные пулы присутствующих видов. [11] : 321 Внедрение неместных видов может вызвать существенные сдвиги в функционировании экосистемы. [12]
В отличие от внешних факторов, внутренние факторы в экосистемах не только контролируют экосистемные процессы, но и контролируются ими. [4] : 16 В то время как поступление ресурсов обычно контролируется внешними процессами, такими как климат и материнский материал, доступность этих ресурсов в экосистеме контролируется внутренними факторами, такими как разложение, корневая конкуренция или затенение. [13] Другие факторы, такие как нарушение, сукцессия или типы присутствующих видов, также являются внутренними факторами.
Первичное производство — это производство органического вещества из неорганических источников углерода. В основном это происходит посредством фотосинтеза . Энергия, полученная в ходе этого процесса, поддерживает жизнь на Земле, в то время как углерод составляет большую часть органического вещества в живой и мертвой биомассе, углероде почвы и ископаемом топливе . Он также управляет углеродным циклом , который влияет на глобальный климат через парниковый эффект .
В процессе фотосинтеза растения получают энергию из света и используют ее для объединения углекислого газа и воды для производства углеводов и кислорода . Фотосинтез, осуществляемый всеми растениями в экосистеме, называется валовой первичной продукцией (ВПП). [8] : 124 Около половины валовой ВПП дышат растения, чтобы обеспечить энергию, которая поддерживает их рост и поддержание. [14] : 157 Оставшаяся часть, та часть ВПП, которая не используется при дыхании, известна как чистая первичная продукция (ЧПП). [14] : 157 Общий фотосинтез ограничен рядом факторов окружающей среды. К ним относятся количество доступного света, площадь листовой поверхности, которую растение должно захватывать (затенение другими растениями является основным ограничением фотосинтеза), скорость, с которой углекислый газ может поступать в хлоропласты для поддержки фотосинтеза, доступность воды и наличие подходящих температур для проведения фотосинтеза. [8] : 155
Энергия и углерод поступают в экосистемы через фотосинтез, включаются в живую ткань, передаются другим организмам, которые питаются живым и мертвым растительным веществом, и в конечном итоге высвобождаются через дыхание. [14] : 157 Углерод и энергия, включенные в растительные ткани (чистая первичная продукция), либо потребляются животными, пока растение живо, либо остаются несъеденными, когда растительная ткань умирает и становится детритом . В наземных экосистемах подавляющее большинство чистой первичной продукции в конечном итоге разрушается редуцентами . Остальная часть потребляется животными, пока они еще живы, и попадает в растительную трофическую систему. После смерти растений и животных органическое вещество, содержащееся в них, попадает в трофическую систему, основанную на детрите. [15]
Дыхание экосистемы представляет собой сумму дыхания всех живых организмов (растений, животных и редуцентов) в экосистеме. [16] Чистая продукция экосистемы представляет собой разницу между валовой первичной продукцией (ВПП) и дыханием экосистемы. [17] При отсутствии нарушений чистая продукция экосистемы эквивалентна чистому накоплению углерода в экосистеме.
Энергия также может высвобождаться из экосистемы в результате таких нарушений, как лесной пожар , или передаваться в другие экосистемы (например, из леса в ручей, а затем в озеро) в результате эрозии .
В водных системах доля растительной биомассы, потребляемой травоядными, намного выше, чем в наземных системах. [15] В трофических системах фотосинтезирующие организмы являются первичными производителями. Организмы, потребляющие их ткани, называются первичными потребителями или вторичными производителями — травоядными . Организмы, питающиеся микробами ( бактериями и грибами ), называются микробиологами . Животные, питающиеся первичными потребителями — плотоядными — являются вторичными потребителями. Каждый из них составляет трофический уровень. [15]
Последовательность потребления — от растения к травоядному, к плотоядному — образует пищевую цепь . Реальные системы намного сложнее, чем эта — организмы, как правило, питаются более чем одной формой пищи и могут питаться более чем на одном трофическом уровне. Плотоядные животные могут захватывать некоторую добычу, которая является частью растительной трофической системы, и другую, которая является частью трофической системы, основанной на детрите (птица, которая питается как травоядными кузнечиками, так и дождевыми червями, которые потребляют детрит). Реальные системы, со всеми этими сложностями, образуют пищевые сети, а не пищевые цепи, которые представляют ряд общих, неслучайных свойств в топологии своей сети. [18]
Углерод и питательные вещества в мертвой органической материи разлагаются группой процессов, известных как разложение. Это высвобождает питательные вещества, которые затем могут быть повторно использованы для производства растений и микробов, и возвращает углекислый газ в атмосферу (или воду), где он может быть использован для фотосинтеза. При отсутствии разложения мертвая органическая материя накапливалась бы в экосистеме, а питательные вещества и атмосферный углекислый газ были бы истощены. [19] : 183
Процессы разложения можно разделить на три категории — выщелачивание , фрагментация и химическое изменение мертвого материала. Когда вода движется через мертвое органическое вещество, она растворяет и уносит с собой водорастворимые компоненты. Затем они поглощаются организмами в почве, реагируют с минеральной почвой или переносятся за пределы экосистемы (и считаются потерянными для нее). [20] : 271–280 Недавно сброшенные листья и недавно умершие животные имеют высокую концентрацию водорастворимых компонентов и включают сахара , аминокислоты и минеральные питательные вещества. Выщелачивание более важно во влажных средах и менее важно в сухих. [10] : 69–77
Процессы фрагментации разбивают органический материал на более мелкие части, открывая новые поверхности для колонизации микробами. Свежевыпавший опавший лист может быть недоступен из-за внешнего слоя кутикулы или коры , а содержимое клеток защищено клеточной стенкой . Недавно умершие животные могут быть покрыты экзоскелетом . Процессы фрагментации, которые прорываются через эти защитные слои, ускоряют скорость микробного разложения. [19] : 184 Животные фрагментируют детрит, когда охотятся за пищей, как и при прохождении через кишечник. Циклы замораживания-оттаивания и циклы увлажнения и высыхания также фрагментируют мертвый материал. [19] : 186
Химическое изменение мертвого органического вещества в первую очередь достигается посредством бактериального и грибкового воздействия. Грибковые гифы вырабатывают ферменты, которые могут прорываться через жесткие внешние структуры, окружающие мертвый растительный материал. Они также вырабатывают ферменты, которые расщепляют лигнин , что позволяет им получить доступ как к содержимому клеток, так и к азоту в лигнине. Грибы могут переносить углерод и азот через свои гифальные сети и, таким образом, в отличие от бактерий, не зависят исключительно от локально доступных ресурсов. [19] : 186
Скорость разложения различается в зависимости от экосистемы. [21] Скорость разложения регулируется тремя наборами факторов: физической средой (температурой, влажностью и свойствами почвы), количеством и качеством мертвого материала, доступного для разлагателей, и природой самого микробного сообщества. [19] : 194 Температура контролирует скорость микробного дыхания; чем выше температура, тем быстрее происходит микробное разложение. Температура также влияет на влажность почвы, которая влияет на разложение. Циклы замораживания-оттаивания также влияют на разложение — температура замерзания убивает почвенные микроорганизмы, что позволяет выщелачиванию играть более важную роль в перемещении питательных веществ. Это может быть особенно важно, поскольку почва оттаивает весной, создавая импульс питательных веществ, которые становятся доступными. [20] : 280
Скорость разложения низкая в очень влажных или очень сухих условиях. Скорость разложения самая высокая во влажных, сырых условиях с достаточным уровнем кислорода. Влажные почвы, как правило, испытывают дефицит кислорода (это особенно касается водно-болотных угодий ), что замедляет рост микробов. В сухих почвах разложение также замедляется, но бактерии продолжают расти (хотя и медленнее) даже после того, как почвы становятся слишком сухими для поддержки роста растений. [19] : 200
Экосистемы являются динамическими образованиями. Они подвержены периодическим нарушениям и всегда находятся в процессе восстановления после прошлых нарушений. [22] : 347 Когда происходит нарушение , экосистема реагирует, отходя от своего первоначального состояния. Тенденция экосистемы оставаться близкой к своему равновесному состоянию, несмотря на это нарушение, называется ее устойчивостью . Способность системы поглощать нарушения и реорганизовываться, подвергаясь изменениям, чтобы сохранять по существу ту же функцию, структуру, идентичность и обратные связи, называется ее экологической устойчивостью . [23] [24] Мышление об устойчивости также включает человечество как неотъемлемую часть биосферы , где мы зависим от экосистемных услуг для нашего выживания и должны создавать и поддерживать их естественные способности противостоять потрясениям и нарушениям. [25] Время играет центральную роль в широком диапазоне, например, в медленном развитии почвы из голой скалы и более быстром восстановлении сообщества после нарушения . [14] : 67
Нарушение также играет важную роль в экологических процессах. Ф. Стюарт Чапин и соавторы определяют нарушение как «относительно дискретное событие во времени, которое удаляет растительную биомассу». [22] : 346 Это может варьироваться от вспышек травоядных , вывалов деревьев, пожаров, ураганов, наводнений, наступления ледников до извержений вулканов . Такие нарушения могут вызывать большие изменения в популяциях растений, животных и микробов, а также в содержании органических веществ в почве. За нарушением следует сукцессия, «направленное изменение структуры и функционирования экосистемы в результате биотически обусловленных изменений в поставках ресурсов». [2] : 470
Частота и серьезность нарушения определяют, как оно влияет на функционирование экосистемы. Крупное нарушение, такое как извержение вулкана или наступление и отступление ледника , оставляет после себя почвы, в которых отсутствуют растения, животные или органические вещества. Экосистемы, которые испытывают такие нарушения, подвергаются первичной сукцессии . Менее серьезное нарушение, такое как лесные пожары, ураганы или возделывание земель, приводит к вторичной сукцессии и более быстрому восстановлению. [22] : 348 Более серьезное и более частое нарушение приводит к более длительному времени восстановления.
Из года в год экосистемы испытывают изменения в своих биотических и абиотических средах. Засуха , более холодная, чем обычно, зима и вспышка вредителей — все это краткосрочные изменения в условиях окружающей среды. Популяции животных меняются из года в год, наращиваясь в периоды богатства ресурсами и разрушаясь, когда они превышают свои запасы пищи. Долгосрочные изменения также формируют экосистемные процессы. Например, леса восточной части Северной Америки все еще демонстрируют наследие возделывания , которое прекратилось в 1850 году, когда большие площади были возвращены в леса. [22] : 340 Другим примером является производство метана в восточносибирских озерах , которое контролируется органическим веществом , которое накапливалось в плейстоцене . [26]
Экосистемы постоянно обмениваются энергией и углеродом с более широкой окружающей средой . Минеральные питательные вещества, с другой стороны, в основном циркулируют туда и обратно между растениями, животными, микробами и почвой. Большая часть азота попадает в экосистемы через биологическую фиксацию азота , откладывается через осадки, пыль, газы или применяется в качестве удобрения . [20] : 266 Большинство наземных экосистем ограничены азотом в краткосрочной перспективе, что делает круговорот азота важным контролем над производством экосистемы. [20] : 289 В долгосрочной перспективе доступность фосфора также может иметь решающее значение. [27]
Макроэлементы, которые требуются всем растениям в больших количествах, включают основные питательные вещества (которые являются наиболее ограничивающими, поскольку они используются в наибольших количествах): азот, фосфор, калий. [28] : 231 Вторичные основные питательные вещества (реже ограничивающие) включают: кальций, магний, серу. Микроэлементы, необходимые всем растениям в небольших количествах, включают бор, хлорид, медь, железо, марганец, молибден, цинк. Наконец, есть также полезные питательные вещества, которые могут потребоваться определенным растениям или растениям в определенных условиях окружающей среды: алюминий, кобальт, йод, никель, селен, кремний, натрий, ванадий. [28] : 231
До недавнего времени азотфиксация была основным источником азота для экосистем. Азотфиксирующие бактерии либо живут в симбиозе с растениями, либо свободно живут в почве. Энергетические затраты высоки для растений, которые поддерживают азотфиксирующие симбионты — до 25% от валовой первичной продукции при измерении в контролируемых условиях. Многие представители семейства бобовых растений поддерживают азотфиксирующие симбионты. Некоторые цианобактерии также способны к азотфиксации. Это фототрофы , которые осуществляют фотосинтез. Как и другие азотфиксирующие бактерии, они могут быть свободноживущими или иметь симбиотические отношения с растениями. [22] : 360 Другие источники азота включают кислотные отложения, образующиеся при сжигании ископаемого топлива, аммиачный газ, который испаряется с сельскохозяйственных полей, на которые были внесены удобрения, и пыль. [20] : 270 Антропогенные поступления азота составляют около 80% всех потоков азота в экосистемах. [20] : 270
Когда растительные ткани сбрасываются или поедаются, азот в этих тканях становится доступным для животных и микробов. Микробное разложение высвобождает соединения азота из мертвого органического вещества в почве, где растения, грибы и бактерии конкурируют за него. Некоторые почвенные бактерии используют органические азотсодержащие соединения в качестве источника углерода и выделяют ионы аммония в почву. Этот процесс известен как минерализация азота . Другие преобразуют аммоний в ионы нитрита и нитрата , процесс, известный как нитрификация . Оксид азота и закись азота также производятся во время нитрификации. [20] : 277 В условиях, богатых азотом и бедных кислородом, нитраты и нитриты преобразуются в газообразный азот , процесс, известный как денитрификация . [20] : 281
Микоризные грибы, которые являются симбиотическими с корнями растений, используют углеводы, поставляемые растениями, и взамен переносят фосфорные и азотные соединения обратно в корни растений. [29] [30] Это важный путь переноса органического азота из мертвого органического вещества в растения. Этот механизм может способствовать более чем 70 Тг ежегодно усваиваемого азота растениями, тем самым играя решающую роль в глобальном круговороте питательных веществ и функционировании экосистемы. [30]
Фосфор попадает в экосистемы через выветривание . По мере старения экосистем этот запас уменьшается, что делает ограничение фосфора более распространенным в старых ландшафтах (особенно в тропиках). [20] : 287–290 Кальций и сера также производятся выветриванием, но кислотные отложения являются важным источником серы во многих экосистемах. Хотя магний и марганец производятся выветриванием, обмены между органическим веществом почвы и живыми клетками составляют значительную часть потоков экосистемы. Калий в основном циркулирует между живыми клетками и органическим веществом почвы. [20] : 291
Биоразнообразие играет важную роль в функционировании экосистемы. [32] : 449–453 Экосистемные процессы обусловлены видами в экосистеме, природой отдельных видов и относительной численностью организмов среди этих видов. Экосистемные процессы являются чистым результатом действий отдельных организмов при их взаимодействии с окружающей средой. Экологическая теория предполагает, что для сосуществования виды должны иметь некоторый уровень ограничивающего сходства — они должны отличаться друг от друга каким-то фундаментальным образом, в противном случае один вид будет конкурентно исключать другой. [33] Несмотря на это, кумулятивный эффект дополнительных видов в экосистеме не является линейным: например, дополнительные виды могут усиливать удержание азота. Однако, за пределами некоторого уровня видового богатства, [11] : 331 дополнительные виды могут иметь небольшой аддитивный эффект, если они существенно не отличаются от уже существующих видов. [11] : 324 Это касается, например, экзотических видов . [11] : 321
Добавление (или потеря) видов, которые экологически похожи на те, которые уже присутствуют в экосистеме, как правило, оказывают лишь небольшое влияние на функцию экосистемы. Экологически отличные виды, с другой стороны, оказывают гораздо большее влияние. Аналогично, доминирующие виды оказывают большое влияние на функцию экосистемы, в то время как редкие виды, как правило, оказывают небольшое влияние. Ключевые виды, как правило, оказывают влияние на функцию экосистемы, которое непропорционально их распространенности в экосистеме. [11] : 324
Инженер экосистемы — это любой организм , который создает, существенно изменяет, поддерживает или разрушает среду обитания . [34]
Экосистемная экология — это «изучение взаимодействий между организмами и их средой как единой системой». [2] : 458 Размеры экосистем могут варьироваться до десяти порядков величины , от поверхностных слоев горных пород до поверхности планеты. [4] : 6
Исследование экосистемы реки Хаббард началось в 1963 году для изучения Белых гор в Нью-Гемпшире . Это была первая успешная попытка изучить целый водораздел как экосистему. В исследовании использовалась химия потока как средство мониторинга свойств экосистемы и была разработана подробная биогеохимическая модель экосистемы. [35] Долгосрочные исследования на этом участке привели к открытию кислотных дождей в Северной Америке в 1972 году. Исследователи задокументировали истощение катионов почвы (особенно кальция) в течение следующих нескольких десятилетий. [36]
Экосистемы можно изучать с помощью различных подходов — теоретических исследований, исследований, наблюдающих за конкретными экосистемами в течение длительных периодов времени, тех, которые рассматривают различия между экосистемами, чтобы выяснить, как они работают, и прямых манипулятивных экспериментов. [37] Исследования могут проводиться в различных масштабах, от исследований всей экосистемы до изучения микрокосмов или мезокосмов (упрощенных представлений экосистем). [38] Американский эколог Стивен Р. Карпентер утверждал, что эксперименты с микрокосмами могут быть «неактуальными и отвлекающими», если они не проводятся совместно с полевыми исследованиями, проводимыми в масштабе экосистемы. В таких случаях эксперименты с микрокосмами могут не точно предсказать динамику на уровне экосистемы. [39]
Биомы — это общие классы или категории экосистем. [4] : 14 Однако четкого различия между биомами и экосистемами нет. [40] Биомы всегда определяются на очень общем уровне. Экосистемы можно описывать на уровнях от очень общих (в этом случае названия иногда совпадают с названиями биомов) до очень конкретных, таких как «влажные прибрежные хвойные леса».
Биомы различаются из-за глобальных изменений климата . Биомы часто определяются по их структуре: на общем уровне, например, тропические леса , умеренные луга и арктическая тундра . [4] : 14 Может быть любая степень подкатегорий среди типов экосистем, которые составляют биом, например, хвойные бореальные леса или влажные тропические леса. Хотя экосистемы чаще всего классифицируются по их структуре и географии, существуют и другие способы категоризации и классификации экосистем, например, по уровню их воздействия на человека (см. антропогенный биом ), или по их интеграции с социальными процессами или технологическими процессами, или по их новизне (например, новая экосистема ). Каждая из этих таксономий экосистем имеет тенденцию подчеркивать различные структурные или функциональные свойства. [41] Ни одна из них не является «лучшей» классификацией.
Экосистемные классификации — это особые виды экологических классификаций, которые рассматривают все четыре элемента определения экосистем : биотический компонент, абиотический комплекс, взаимодействия между ними и внутри них, а также физическое пространство, которое они занимают. [41] Различные подходы к экологическим классификациям были разработаны в наземных, пресноводных и морских дисциплинах, и была предложена типология на основе функций для использования сильных сторон этих различных подходов в единой системе. [42]
Человеческая деятельность важна почти во всех экосистемах. Хотя люди существуют и действуют в экосистемах, их кумулятивные эффекты достаточно велики, чтобы влиять на внешние факторы, такие как климат. [4] : 14
Экосистемы предоставляют разнообразные товары и услуги, от которых зависят люди. [43] Экосистемные товары включают «осязаемые, материальные продукты» экосистемных процессов, такие как вода, еда, топливо, строительные материалы и лекарственные растения . [44] [45] Они также включают менее осязаемые предметы, такие как туризм и отдых, а также гены диких растений и животных, которые могут быть использованы для улучшения домашних видов. [43]
С другой стороны, экосистемные услуги , как правило, являются «улучшениями в состоянии или местоположении вещей, имеющих ценность». [45] К ним относятся такие вещи, как поддержание гидрологических циклов, очистка воздуха и воды, поддержание кислорода в атмосфере, опыление сельскохозяйственных культур и даже такие вещи, как красота, вдохновение и возможности для исследований. [43] В то время как материал из экосистемы традиционно признавался в качестве основы для вещей, имеющих экономическую ценность, экосистемные услуги, как правило, принимаются как должное. [45]
Оценка экосистем на пороге тысячелетия — это международный синтез более 1000 ведущих мировых ученых-биологов, который анализирует состояние экосистем Земли и предоставляет резюме и рекомендации для лиц, принимающих решения. В отчете определены четыре основные категории экосистемных услуг: обеспечивающие, регулирующие, культурные и поддерживающие услуги. [46] В нем делается вывод о том, что деятельность человека оказывает значительное и растущее влияние на биоразнообразие мировых экосистем, снижая как их устойчивость, так и биоемкость . В отчете природные системы называются «системой жизнеобеспечения» человечества, предоставляющей основные экосистемные услуги. Оценка измеряет 24 экосистемные услуги и приходит к выводу, что только четыре показали улучшение за последние 50 лет, 15 находятся в серьезном упадке, а пять находятся в нестабильном состоянии. [46] : 6–19
Межправительственная научно-политическая платформа по биоразнообразию и экосистемным услугам (МПБЭУ) — межправительственная организация, созданная для улучшения взаимодействия между наукой и политикой по вопросам биоразнообразия и экосистемных услуг. [47] [48] Она призвана выполнять ту же роль, что и Межправительственная группа экспертов по изменению климата . [49]
Экосистемные услуги ограничены и также находятся под угрозой из-за деятельности человека. [50] Чтобы помочь информировать лиц, принимающих решения, многим экосистемным услугам присваиваются экономические значения, часто основанные на стоимости замены антропогенными альтернативами. Текущая проблема предписания экономической ценности природе, например, через банкинг биоразнообразия , побуждает к трансдисциплинарным изменениям в том, как мы осознаем и управляем окружающей средой, социальной ответственностью , бизнес-возможностями и нашим будущим как вида. [50]
По мере роста численности населения и потребления на душу населения растут и потребности в ресурсах, предъявляемые к экосистемам, а также последствия экологического следа человека . Природные ресурсы уязвимы и ограничены. Воздействие антропогенных действий на окружающую среду становится все более очевидным. Проблемы для всех экосистем включают: загрязнение окружающей среды , изменение климата и потерю биоразнообразия . Для наземных экосистем к другим угрозам относятся загрязнение воздуха , деградация почв и вырубка лесов . Для водных экосистем угрозы также включают неустойчивую эксплуатацию морских ресурсов (например, чрезмерный вылов рыбы ), загрязнение морской среды , загрязнение микропластиком , последствия изменения климата для океанов (например, потепление и закисление ) и строительство в прибрежных зонах. [51]
Многие экосистемы деградируют из-за воздействия человека, например , потери почвы , загрязнения воздуха и воды , фрагментации среды обитания , отвода воды , тушения пожаров , а также интродуцированных и инвазивных видов . [52] : 437
Эти угрозы могут привести к резкой трансформации экосистемы или к постепенному нарушению биотических процессов и деградации абиотических условий экосистемы. Как только исходная экосистема утрачивает свои определяющие черты, она считается разрушенной (см. также Красный список экосистем МСОП ). [53] Разрушение экосистемы может быть обратимым и в этом смысле отличается от вымирания видов . [54] Количественные оценки риска коллапса используются в качестве мер природоохранного статуса и тенденций.
Когда управление природными ресурсами применяется к целым экосистемам, а не к отдельным видам, это называется управлением экосистемами . [55] Хотя определений управления экосистемами предостаточно, существует общий набор принципов, которые лежат в основе этих определений: основополагающим принципом является долгосрочная устойчивость производства товаров и услуг экосистемой; [52] «межпоколенческая устойчивость [является] предпосылкой для управления, а не запоздалой мыслью». [43] Хотя управление экосистемами может использоваться как часть плана по сохранению дикой природы , его также можно использовать в интенсивно управляемых экосистемах [43] (см., например, агроэкосистему и лесное хозяйство, приближенное к природе ).
Интегрированные проекты по сохранению и развитию (ИППР) направлены на решение проблем сохранения и обеспечения средств к существованию человека ( устойчивого развития ) в развивающихся странах одновременно, а не по отдельности, как это часто делалось в прошлом. [52] : 445
В следующих статьях представлены типы экосистем для определенных типов регионов или зон:
Экосистемные примеры в конкретных регионах мира:
Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International. Архивировано 16 октября 2017 г. на Wayback Machine .
Медиа, связанные с Экосистемы на Wikimedia Commons
Словарное определение термина экосистема в Викисловаре
Путеводитель по биомам и экосистемам от Wikivoyage
