Ecosistemul este principala unitate funcțională în ecologie. Acesta include toate organismele (comunitatea biotica), funcționând împreună într-un anumit domeniu, care interacționează cu un mediu fizic astfel încât fluxul de energie creează o structură bine definită și circulația substanțelor biotice între viață și de părți nonliving.
Conform teoriei generale a sistemelor, ecosistemul are proprietăți comune. caracteristic sistemelor complexe. Aceste proprietăți includ: apariția, principiul diversității necesare a elementelor, stabilitatea, principiul dezechilibrului, tipul de metabolism sau energie, evoluția.
Apariția (de la apariția engleză -. Aspect, aspect) a sistemului - gradul de non-reductibilitate a proprietăților sistemului la proprietățile elementelor sale constitutive. Proprietățile de sistem depind nu numai de elementele constitutive, ci și asupra caracteristicilor interacțiunii dintre ele (de exemplu, fenomenul de sinergism obținut chiar și în cazul substanțelor toxice în interacțiunea unor compuși toxici).
Principiul varietății necesare de elemente este că orice sistem nu poate consta din elemente absolut identice, mai mult decât atât, varietatea elementelor care îl compun este o condiție necesară pentru funcționare. Limita inferioară a diversității este de două, limita superioară tinde spre infinit. Diversitatea și prezența diferitelor stări de fază ale substanțelor care alcătuiesc ecosistemul determină eterogenitatea acestuia.
Stabilitatea sistemului dinamic și capacitatea sa de auto-conservare depind de predominanța interacțiunilor interne față de cele externe. Dacă efectul extern asupra sistemului biologic depășește energia interacțiunilor sale interne, poate provoca schimbări ireversibile sau moartea sistemului. O stare stabilă sau staționară a unui sistem dinamic este menținută de o activitate externă continuă, care necesită fluxul de energie, transformarea sa în sistem și ieșirea din sistem.
Principiul neechilibru este acela de a se asigura că sistemele de operare cu participarea organismelor vii sunt deschise, astfel încât acestea sunt caracterizate prin flux și scurgerea de energie și materie, care nu se poate face într-o stare de echilibru. În consecință, orice ecosistem este un sistem deschis, dinamic, fără echilibru.
Tabelul 2. Comportamentul sistemului în regiunile de echilibru și non-echilibru
Conceptul de echilibru este una dintre principalele prevederi ale științei. Din punct de vedere al unei științe, ca o sinergie (din limba greacă - acționând împreună ;. domeniu de cercetare interdisciplinară a proceselor de auto-organizare și samodezorganizatsii în diferite sisteme, inclusiv condițiile de trai, de exemplu, în populații), există următoarele diferențe între sisteme de echilibru și dezechilibru:
Sistemul răspunde condițiilor externe.
Comportamentul sistemului este aleator și nu depinde de condițiile inițiale, ci depinde de preistorie.
Afluxul de energie creează ordine în sistem, de aceea entropia lui scade.
Sistemul se comportă ca un întreg.
Sistemul poate fi într-o stare de echilibru și de neechilibru; în timp ce comportamentul său este semnificativ diferit (Tabelul 2). În conformitate cu a doua lege a termodinamicii, toate sistemele închise, adică sistemele care nu primesc energie din exterior, ajung la o stare de echilibru. În absența accesului la energie din exterior, sistemul tinde spre o stare de echilibru, la care entropia este zero. În cazul în care sistemul se află într-o stare de echilibru, se creează condiții pentru formarea de noi structuri, pentru care sunt necesare următoarele: 1) deschiderea sistemului; 2) starea sa dezechilibrată; 3) prezența fluctuațiilor. Cu cât sistemul este mai complex, cu atât mai multe sunt tipurile de fluctuații care îl pot conduce la o stare instabilă. Cu toate acestea, în sistemele complexe, există legături între părți care permit sistemului să mențină o stare stabilă. Relația dintre stabilitatea asigurată de relația dintre părți și instabilitatea datorată prezenței fluctuațiilor determină pragul de stabilitate al sistemului. Dacă acest prag este depășit, sistemul intră într-o stare critică, care se numește punctul de bifurcare. La un moment dat, sistemul devine instabil în raport cu fluctuațiile și poate trece la o nouă stare de stabilitate. Această situație are o mare importanță în evoluția ecosistemelor. În punctul de bifurcare, sistemul pare să oscileze între alegerea uneia dintre mai multe căi de evoluție.
Marea majoritate a sistemelor în natură se referă la energia deschisă, materialele și informațiile schimbate cu mediul. Rolul dominant în procesele naturale nu aparține ordinii, stabilității și echilibrului, ci instabilitate și neechilibru, adică toate sistemele fluctuează. La punctul de bifurcare sistemul nu se ridice în picioare și distruse, iar în acest moment este imposibil de prezis ce stare va fi: Va starea haotică a sistemului sau va trece la un nou nivel, mai mare de tulburare.
Principiul echilibrului în natură joacă un rol imens. Schimbarea echilibrului între specii într-o singură direcție poate duce la dispariția ambelor specii. De exemplu, distrugerea prădătorilor poate duce la distrugerea victimelor, a căror presiune asupra mediului poate crește într-o asemenea măsură încât să nu aibă suficientă mâncare. În natură, există un număr imens de echilibru care menține un echilibru general în natură.
Echilibrul în natură nu este static, ci dinamic și reprezintă o mișcare în jurul punctului de stabilitate. În cazul în care stabilitatea punctului nu se schimbă, atunci o astfel de stare este numită homeostaziei (din limba greacă -. Aceeași, similară și s - imobilitate, stop). Homeostazia este capacitatea unui organism sau a unui sistem de a menține un echilibru stabil (dinamic) într-un mediu în schimbare.
Conform principiului echilibrului, orice sistem natural, cu un curent de energie care trece prin el, tinde să se dezvolte spre o stare stabilă. Homeostazia, existentă în natură, se realizează automat datorită mecanismelor de feedback. Sistemul Young relații nedecontate, de regulă, sunt supuse unor fluctuații ascuțite și adaptare evolutivă mai puțin capabile să reziste la perturbații externe în comparație cu sistemele mature, ale căror componente au trebuit să se adapteze la ele, care este trecut.
Echilibrul natural înseamnă că ecosistemul își menține starea stabilă și câțiva parametri neschimbați, în ciuda impactului factorilor de mediu. Deoarece ecosistemul este un sistem deschis, starea sa constantă înseamnă că intrarea substanței și fluxul de energie la intrare și ieșire sunt echilibrate.
În consecință, echilibrul este un element inalienabil al funcționării naturii, cu care omul trebuie considerat drept o lege obiectivă a naturii, semnificația căruia el doar începe să-și dea seama.
Prin tipul schimbului de materie și energie cu mediul, sistemele sunt clasificate după cum urmează: 1) sisteme izolate (schimbul este imposibil); 2) sisteme închise (schimbul de materie este imposibil, iar schimbul de energie poate avea loc sub orice formă); 3) sisteme deschise (orice schimb de materie și energie este posibil).
Sistemele care sunt interconectate prin fluxurile de materie, energie și informații sunt numite dinamice. Orice sistem viu este un sistem dinamic deschis.
Toate, fără excepție, ecosistemele și chiar cele mai mari - biosfera - sunt deschise, prin urmare, pentru a funcționa, trebuie să primească și să dea energie. Din acest motiv, conceptul ecosistemului trebuie să țină seama de existența interconectate și esențiale pentru funcționarea fluxurilor de auto-întreținere și energie la intrare și de ieșire, care este, ecosistemul real de funcționare ar trebui să aibă de intrare, iar în cele mai multe cazuri, tractul scurgere de materiale reciclate și energie.
Scara schimbărilor în mediu la intrare și ieșire variază foarte mult și depinde de:
dimensiunea sistemului: cu cât este mai mică, cu atât este mai dependentă de influențele externe;
intensitatea schimbului: cu cât este mai intensă schimbul, cu atât este mai mare fluxul și fluxul;
echilibrul proceselor autotrofice și heterotrofice: cu cât acest echilibru a încălcat mai mult, cu atât mai mult trebuie să existe un aflux de energie din exterior;
stadiul și gradul de dezvoltare a sistemului: sistemele tinere diferă de cele mature.
Energia soarelui intră în ecosistem, unde organismele fotoautotrofice sunt transformate în energie chimică utilizată pentru sinteza compușilor organici din cele anorganice. Fluxul de energie este direcționat într-o singură direcție: porțiunea de intrare a energiei solare este convertit comunitate și trece la etapa calitativ superioară, fiind transformată într-o substanță organică, care este o formă mai concentrată de energie decât lumina; Cea mai mare parte a energiei trece prin sistem și o lasă. În principiu, energia se poate acumula, apoi poate fi eliberată sau exportată, așa cum se arată în diagrama (Figura 1), dar nu poate fi folosită din nou.
Spre deosebire de energie, nutrienții și apa necesară pentru viață pot fi folosiți de mai multe ori. După moartea organismelor vii, substanțele organice se descompun și din nou devin compuși anorganici. In mod colectiv, ecosistemul poate fi reprezentat ca o singură unitate, în care substanțele nutritive din, componentele abiotice includ biotic și înapoi, adică există o bicicleta constantă a materiei care implică viu (biotic) și non-vii componente (abiotice).
Fig. 1. Schema funcțională a ecosistemului
În sistemele autoreglabile, care includ ecosistemele, un rol important îl joacă reacțiile negative. Pe principiul feedback-ului negativ, se bazează toate mecanismele funcțiilor fiziologice din orice organism și menținerea constanței mediului intern și a interrelațiilor interne ale oricărui sistem autoreglabil.
Să luăm în considerare această situație folosind exemplul de auto-curățare a rezervoarelor. Să presupunem că, sub influența factorilor externi (intrarea solului fertil și a nutrienților în rezervor), a început dezvoltarea intensă a fitoplanctonului. Aceasta duce la o creștere a creșterii zooplanctonului și la o scădere a concentrației de substanțe minerale, ceea ce contribuie la un consum mai rapid de fitoplancton și la o scădere a creșterii acestuia. După un timp, există o scădere a reproducerii animalelor din cauza lipsei de alimente. O creștere temporară a biomasei de hidrobionți duce la o creștere a masei de detritus, care, ca hrană pentru bacterii, determină creșterea reproducerii acestora. Bacteriile, la rândul lor, descompun detrimentul și astfel eliberează celulele. Astfel, ciclul se închide și condițiile pentru creșterea dezvoltării fitoplanctonului reapărut în rezervor. Sistemul în ansamblu are un semn negativ negativ.
Feedback-ul pozitiv, dimpotrivă, nu contribuie la reglementarea și provoacă destabilizarea sistemelor, fie ele conducând la opresiune și de moarte, sau accelerarea creșterii, care a fost, de obicei, urmată de întrerupere și distrugere. De exemplu, în orice comunitate de plante, fertilitatea solului, cultura plantelor, cantitatea de rămășițe de plante moarte și humusul format formează un contur de legături inverse pozitive. Un astfel de sistem este într-un echilibru instabil, deoarece pierderea de sol și substanțe nutritive, ca urmare a eroziunii sau îndepărtarea recoltei fără compensarea pentru îndepărtarea nutrienților determină o reducere a fertilității solului și productivității plantelor. Acest fenomen cu care se confruntă strămoșii noștri în epoca de slash-și-arde agricultură, ca urmare a retragerii de produse, fără compensație pentru îndepărtarea brusc în scădere a fertilității solului, forțând oamenii să părăsească anumite zone și de a dezvolta altele noi.
Astfel, componentele ecosistemului sunt fluxul de energie, ciclul substanțelor, componentele biotice și abiotice și buclele de control al feedback-ului.
Legile de mediu care caracterizează funcționarea ecosistemelor:
Orice sistem natural se poate dezvolta numai prin folosirea capacităților materiale, energetice și de informare ale mediului. Dezvoltarea absolut izolată este imposibilă. Principalele consecințe ale acestei legi sunt:
a) producția absolut fără deșeuri este imposibilă, ca crearea unei "mașini de mișcare perpetuă". Producția ciclică este optimă (deșeurile unor procese servesc drept materii prime pentru alții), neutralizarea energiei și a altor deșeuri care nu sunt eliminate, depunerea rezonabilă (îngroparea) reziduurilor iminente; b) orice sistem biotic dezvoltat, care utilizează și modifică mediul vieții, reprezintă o amenințare potențială pentru sistemele mai puțin organizate. Prin urmare, în biosferă este imposibil să se reînvie viata - ea va fi distrusă de organismele existente. Prin urmare, prin influențarea habitatului, o persoană trebuie să neutralizeze aceste impacturi, deoarece acestea pot fi distrugătoare pentru natură și pentru persoana însuși.
Substanța, energia, informația și calitatea sistemelor naturale individuale sunt atât de interdependente încât orice modificare a unuia dintre acești factori determină schimbări funcționale, structurale, calitative și cantitative ale tuturor sistemelor și ale ierarhiei lor.
Principiul Le Chatelier-Brown: Cu o acțiune externă care elimină sistemul dintr-o stare de echilibru stabil, acest echilibru se îndreaptă spre un proces care slăbește efectul extern.
Principiul economisirii energiei (L.Onzager): cu probabilitatea dezvoltării procesului într-un anumit set de direcții permise de începutul termodinamicii, se realizează cel care asigură un minim de disipare a energiei.
Principiul păstrării ordinii (I.Prigozhin): în sistemele deschise, entropia nu crește, ci scade până când se atinge o valoare constantă, întotdeauna un zero mare.
Norma lui Schrödinger (despre "hrănirea" corpului cu entropie negativă): ordinea organismului este mai mare decât cea a mediului și organismul dă acestui mediu mai multă tulburare decât primește.
Legea maximizarea energiei nutritive (entropia) Vernadsky - E.S.Bauera: Orice sistem biologic fiind în echilibru cu mediul și dezvoltarea evolutiv, crescând impactul acesteia asupra mediului în cazul în care nu interferează cu factorii externi.
Legea maximizării energiei ecosistemelor: printre ecosistemele concurente posibile într-un anumit mediu, cel care folosește cel mai eficient energia și informația câștigă.
Legea optimității: compoziția și dimensiunea părților ecosistemelor nu pot fi arbitrare, ci ar trebui să asigure funcționarea optimă a întregului sistem în aceste condiții de mediu.
Legea diversității necesare: nu poate fi construit nici un ecosistem eficient și durabil din elemente identice.
Un ecosistem care și-a pierdut unele elemente nu poate reveni la starea inițială.
Reducerea biota naturale depășesc valoarea de prag, privează stabilitatea mediului, care nu poate fi restaurată prin instalațiile de tratare și crearea de tranziție la zero a deșeurilor (V.G.Gorshkov). În timpul funcționării sistemelor naturale, este imposibil să depășim limitele care permit acestor sisteme să-și păstreze proprietățile auto-întreținerii (auto-organizare și autoreglementare).
Trimiteți-le prietenilor: