Поняття про екологічні системи – одне з основних вчень про біосферу. Бельгійський учений П. Дювіньо дав таке визначення екосистемі: «Функціональна система, що включає у собі сукупність живих істот та їх довкілля, називається екологічною системою».

Екосистема зазвичай є складною єдністю взаємодіючих між собою рослин і тварин, що існують у певних умовах зовнішнього середовища. Біосферу Землі можна розглядати як сукупність всіх екосистем, між якими існують різні взаємодії.

Отже, під терміном «екосистема» маються на увазі, по-перше, наземні екосистеми у вигляді природних ландшафтів та їх частин; по-друге, водні екосистеми річок, озер, морів. Довгий час поняття «природний ландшафт» було суто описовим. Потім у нього почали вкладати уявлення про закономірне поєднання природних особливостей: рельєфу, клімату, вод, ґрунтів, рослинного покриву, тваринного населення, які «зливаються в єдине ціле і типово повторюються протягом конкретної зони Землі» (Л.С. Берг).

Однак у поняття «екосистема» включають і більші підрозділи: географічні пояси та зони. Це тундра, тайга, тропічні ліси, савани, пустелі.

Нарешті, екосистемою, мабуть, можна назвати всю біосферу, пов’язану воєдино внаслідок взаємодії між окремими біологічними кругообігами.

Термін «біогеоценоз» запропонував радянський вчений В.М. Сукачов у 1948 р. Це поняття близьке до поняття «екосистема». Воно означає «сукупність… однорідних природних явищ: атмосфери, гірської породи, рослинності, тваринного світу та світу мікроорганізмів, ґрунту та гідрологічних умов, що мають свою особливу специфіку взаємодій цих її компонентів та певний тип обміну речовиною та енергією між собою та з іншими явищами природи і являють собою внутрішню суперечливу діалектичну єдність, що знаходиться в постійному русі, розвитку». Нині дедалі частіше застосовується термін «екосистема», хоча часто використовують і термін «біогеоценоз».

Основні ланки біологічного круговороту

Процеси перетворення первинної продукції (рослинної) на вторинну (зокрема, тваринну) та його розпад – це основа біологічного круговороту речовин в екосистемах, основа кругообігу життя Землі.

Основними формами обміну речовинами та енергією в екосистемі між її компонентами: рослинами, тваринами та мікроорганізмами – та навколишнім середовищем є фотосинтез, дихання живих організмів та різноманітні харчові зв’язки (рис. 1).

Рис. 1. Головні компоненти екосистем, що забезпечують біологічний кругообіг

Продуценти, редуценти та консументи

Перелічимо головні компоненти екосистем, що забезпечують біологічний кругообіг:

Продуценти – це в основному рослини. Вони запасають сонячну енергію у якості первинної біологічної продукції, що утворюється у процесі фотосинтезу;

Консументи – це в основному тварини. Вони споживають первинну продукцію та накопичену в ній енергію. Консументів ділять на три основні групи: консументи першого порядку – рослиноїдні тварини; консументи другого порядку – м’ясоїдні тварини, що харчуються рослиноїдними; консументи третього порядку – м’ясоїдні тварини, які харчуються іншими м’ясоїдними (рис. 2);

Редуценти – це в основному мікроорганізми та гриби. Вони забезпечують руйнування первинної та вторинної біологічної продукції та завершують біологічний кругообіг речовин в екосистемах. Без них було б неможливим відтворення життя, повторення біологічних кругообігів.

Рис. 2. Трофічні рівні (консументи)

Консументів ділять на три основні групи: консументи першого порядку – рослиноїдні тварини; консументи другого порядку – м’ясоїдні тварини, що харчуються рослиноїдними; консументи третього порядку – м’ясоїдні тварини, які харчуються іншими м’ясоїдними

Ступінь досконалості екосистем

Щоб вивчити структуру природної екосистеми, дуже важливо виявити співвідношення між результатами діяльності продуцентів, консументів та редуцентів. У розвиненій екосистемі ці співвідношення повинні бути повністю збалансовані, тобто органічна речовина, витрачена тваринами, рослинами та мікроорганізмами, має заповнюватися рослинами у процесі фотосинтезу.

Стан стійкої рівноваги екосистеми із зовнішнім середовищем називається клімаксом. Стійкі екосистеми формуються поступово. Стану клімаксу передують малостійкі стадії розвитку екосистеми. Переходи від однієї нестійкої стадії на іншу, аж до клімаксного стану, називають сукцесіями. Так, наприклад, озеро з часом може перетворитися на болото, утворюється торф, на торфовищі виросте ліс і т. д.

У ході сукцесії збільшується різноманітність видів організмів, що входять до екосистеми. Така різноманітність підвищує стійкість екосистеми. При сукцесіях можуть накопичуватися залишки первинної біопродукції, яка не споживається консументами (тваринами), функції яких ще не досягли необхідного розвитку в екосистемі.

Клімаксові екосистеми, звісно, можуть з часом порушуватися; це може бути викликано або природною, стихійною зміною умов середовища, або впливом людини. Зміни природи під впливом людини називають антропогенними.

Отже, рівновага, збалансованість обміну речовиною та енергією в екосистемі є важливою ознакою її досконалості.

Назвемо ознаки, що характеризують ступінь досконалості екосистеми. По-перше, це тип внутрішнього круговороту речовин. Він визначається джерелами та загальним характером надходження цих речовин у межі екосистеми. За цією ознакою всі природні екосистеми ділять на три основні групи: автономні (незалежні), розташовані на вододілах; транзитні (залежні), розташовані на схилах і «підживлювані» речовинами з поверхневих і ґрунтових вод, що стікають по схилах, і акумулятивні (підлеглі), розташовані в пониженнях рельєфу та речовини, які сюди зносяться.

По-друге, це ступінь замкнутості обігу речовин. В автономних екосистемах необхідні організмам речовини в основному «включені» в кругообіг і використовуються повторно. Висока міра замкнутості обороту речовин характерна більшості зональних природних екосистем, наприклад для широколистяних лісів і лучного степу. Яскраво виражений недосконалий оборот, з великими «втратами» (тобто віддачею зовні та «виходом» з кругообігу) своїх біогенних елементів, властивий екосистемам тундри та темнохвойної тайги.

По-третє, екосистема тим досконаліша, чим інтенсивніша в ній швидкість обороту речовин. Вона визначається відношенням щорічного приросту біологічної продукції до загальної біомаси екосистеми. Швидкість обороту речовин велика у широколистяних лісах і трав’янистих екосистемах – степах. У таких областях сприятливе поєднання тепла та вологи забезпечує високу життєдіяльність рослин, тварин і мікроорганізмів. Тому тут дуже швидко відбувається синтез первинної біологічної продукції і перетворення її на вторинну продукцію, а також розпад органічних речовин.

Здатність природних екосистем досягати збалансованого стану – результат тривалої геологічної еволюції екосистем. Чим більший геологічний період формування екосистеми, тим вона є досконалішою. Наприклад, широколистяні ліси, безсумнівно, старші в геологічному сенсі, ніж тайга чи тундра. Ці ліси були поширені вже задовго до четвертинних заледенінь, у крейдяному і третинному періодах. А тундра і тайга утворилися, мабуть, під впливом заледенінь, тобто у другу половину четвертинного періоду. Ймовірно, саме тому структура екосистем широколистяних лісів функціонально досконаліша, ніж тайги та тундри.

Однак функціональна структура навіть порівняно «молодих» у геологічному сенсі природних екосистем все ж таки дуже складна. Тому необхідно їх вивчати та берегти від руйнування стихією чи людиною. Адже будь-яку зруйновану природну екосистему відновити зазвичай дуже важко, а іноді й взагалі неможливо. Щоб екосистема відновилася природним шляхом, потрібні століття. Звичайно, відновлення можна прискорити, якщо добре знати всю структуру екосистеми та вміло керувати нею. Але такого рівня наукового пізнання наразі ще не досягнуто.

На основі: Герасимов, И.П. (1976). Биосфера Земли. Москва : Педагогика, 96.