Кіріспе
Тірі организмдердің және олардың қоршаған ортасының тірі емес компоненттерінің бірлестігі – экожүйе (немесе экологиялық жүйе) қоршаған орта мен оның организмдерінің өзара әрекеттесуі арқылы қалыптасатын жүйе. "Экожүйелік процестер" – энергия мен материалдардың бір қоймадан екінші қоймаға ауысуы. Тансли осы ұғымды организмдер мен олардың қоршаған ортасы арасындағы материалдар алмасуының маңыздылығына назар аудару үшін ұсынды. Тэнслидің замандасы, лимнолог Г. Эвелин Хатчинсон, Чарльз Элтонның трофикалық экология жөніндегі идеяларын орыс геохимигі Владимир Вернадскийдің идеяларымен үйлестірді. Оның нәтижесінде, көлдегі минералдық қоректік заттардың болуы балдырлардың өндірісін шектейтінін көрсетті. Бұл өз кезегінде балдырлармен қоректенетін жануарлардың мөлшерін азайтады. Реймонд Линдеман бұл идеяларды одан әрі дамытып, көлдегі энергия ағыны экожүйенің басты қозғаушы күші екенін айтты. Хатчинсонның студенттері, ағайынды Хауард Т. Одум және Юджин П. Одум экожүйелерді зерттеу үшін "жүйелік тәсілді" жаңартты. Бұл оларға экологиялық жүйелер арқылы энергия мен материалдардың ағынын зерттеуге мүмкіндік берді. Климат экожүйенің орналасқан жерін анықтайды. Жаңбырдың түсу үлгісі мен маусымдық температуралар фотосинтезге әсер етеді, соның салдарынан экожүйеге қолжетімді энергия мөлшерін анықтайды. Экожүйенің жұмыс істеуінде маңызды рөл атқаратын басқа сыртқы факторларға уақыт және әлеуетті биота жатады, яғни аймақта кездесетін және белгілі бір жерді мекендей алатын организмдер. Әлемнің әртүрлі бөліктеріндегі ұқсас ортадағы экожүйелер түрлер құрамының өзгешелігіне байланысты өте әртүрлі жұмыс істей алады. Шеттен келген түрлердің енгізілуі экожүйе функцияларында айқын өзгерістерге алып келуі мүмкін. Сыртқы факторлардан өзгеше, экожүйедегі ішкі факторлар экожүйе процестерін ғана бақыламайды, сонымен қатар олардың өзі де олармен бақыланады. Бұзылу, сукцессия немесе кездесетін түрлердің түрлері де ішкі факторлар болып табылады.
An ecosystem (or ecological system) is a system that environments and their organisms form through their interaction. "Ecosystem processes" are the transfers of energy and materials from one pool to another. Tansley devised the concept to draw attention to the importance of transfers of materials between organisms and their environment. G. Evelyn Hutchinson, a limnologist who was a contemporary of Tansley's, combined Charles Elton's ideas about trophic ecology with those of Russian geochemist Vladimir Vernadsky. As a result, he suggested that mineral nutrient availability in a lake limited algal production. This would, in turn, limit the abundance of animals that feed on algae. Raymond Lindeman took these ideas further to suggest that the flow of energy through a lake was the primary driver of the ecosystem. Hutchinson's students, brothers Howard T. Odum and Eugene P. Odum, further developed a "systems approach" to the study of ecosystems. This allowed them to study the flow of energy and material through ecological systems. Climate determines the biome in which the ecosystem is embedded. Rainfall patterns and seasonal temperatures influence photosynthesis and thereby determine the amount of energy available to the ecosystem. Other external factors that play an important role in ecosystem functioning include time and potential biota, the organisms that are present in a region and could potentially occupy a particular site. Ecosystems in similar environments that are located in different parts of the world can end up doing things very differently simply because they have different pools of species present. The introduction of non native species can cause substantial shifts in ecosystem function. Unlike external factors, internal factors in ecosystems not only control ecosystem processes but are also controlled by them. Other factors like disturbance, succession or the types of species present are also internal factors.
Бастапқы өндіріс
Негізгі өндіріс – органикалық емес көміртек көздерінен органикалық заттарды өндіру. Бұл көбінесе фотосинтез арқылы жүзеге асады. Осы процесте жиналған энергия Жердегі тіршілікті қамтамасыз етеді, ал көміртек – тірі және өлген биомасса, топырақ көміртегі және қазба отындағы органикалық заттардың көп бөлігін құрайды. Сонымен қатар, ол көміртегі айналымын қозғайды, ол парниктік эффект арқылы жаһандық климатқа әсер етеді. Фотосинтез процесі арқылы өсімдіктер жарықтан энергияны сіңіріп, оны көмірқышқыл газы мен суды біріктіріп, көмірсулар мен оттегін шығарады. Экожүйедегі барлық өсімдіктер жүзеге асыратын фотосинтез жалпы біріншілік өндіріс (ЖБӨ) деп аталады. Жалпы ЖБӨ-нің шамамен жартысы өсімдіктердің өсуі мен күтімін қамтамасыз ету үшін тыныс алуға жұмсалады. Қалғаны, тыныс алуға пайдаланылмаған ЖБӨ бөлігі, таза біріншілік өндіріс (NPP) деп аталады. Экожүйелік тыныс алу – экожүйедегі барлық тірі организмдердің (өсімдіктер, жануарлар және ыдыраушылар) тыныс алуының қосындысы. Экожүйелік таза өндіріс – жалпы біріншілік өндіріс (ЖБӨ) пен экожүйелік тыныс алу арасындағы айырмашылық. Бұзылулар болмаған жағдайда, экожүйедегі таза өндіріс экожүйедегі таза көміртек жинақталуымен тең. Энергия экожүйеден өрт сияқты бұзылулар арқылы босатылуы немесе эрозия арқылы басқа экожүйелерге (мысалы, орманнан өзенге, көлге) ауысуы мүмкін. Су экожүйелерінде өсімдік биомассасының шөпқоректілермен тұтыну үлесі құрлық экожүйелеріне қарағанда әлдеқайда жоғары. Жаңа түскен жапырақтар мен жаңадан өлген жануарларда суда ерітілетін компоненттердің концентрациясы жоғары болады, оларға қанттар, аминқышқылы мен минералдық қоректік заттар кіреді. Сулы ортада суға сіңу маңыздырақ, ал құрғақ ортада оның маңыздылығы төмен. Жануарлар азық іздегенде, ішек арқылы өту кезінде де, қалдықтарды бөлшектейді. Мұздату-еру циклдары мен ылғалдану-кептіру циклдары да өлген материалды бөлшектейді. Ыдырау жылдамдығы үш фактор жиынтығымен анықталады: физикалық орта (температура, ылғал және топырақ қасиеттері), ыдыраушыларға қолжетімді өлген материалдың мөлшері мен сапасы және микробтық қоғамдастықтың ерекшеліктері. Тұрақтылыққа қатысты ойлау адамзатты биосфераның ажырамас бөлігі ретінде қарастырады, онда біз тіршілік ету үшін экожүйелік қызметтерге тәуелдіміз және олардың шоктар мен бұзылуларға төтеп беруге қабілетін арттыру және сақтау қажет. Уақыт кең ауқымда маңызды рөл атқарады, мысалы, топырақтың тасқақтың үстінен баяу дамуы және қоғамдастықтың бұзылудан жылдам қалпына келуі. Бұл шөпқоректілердің көбеюінен, ағаштардың құлауынан, өрттерден, дауылдардан, су тасқынынан, мұздықтардың жылжуынан және жанартаулардың атқылауынан басталуы мүмкін. Мұндай бұзылулар өсімдіктер, жануарлар және микробтар популяцияларында, сондай-ақ топырақтағы органикалық заттардың мөлшерінде үлкен өзгерістерге әкелуі мүмкін. Бұзылудан кейін кезекшілік жүреді, ол "ресурстармен қамтамасыз етудегі биотикалық өзгерістер нәтижесінде экожүйе құрылымы мен жұмыс істеуінің бағытталған өзгерісі" болып табылады. Бұзылудың жиілігі мен күші экожүйелік функцияға оның әсерін анықтайды. Жанартаудың атқылауы немесе мұздықтардың жылжуы мен кері шегінуі сияқты ірі бұзылулар өсімдіктер, жануарлар немесе органикалық заттар жоқ топырақтарды қалдырады. Мұндай бұзылуларға ұшыраған экожүйелер біріншілік кезекшілікке өтеді. Орман өрттері, дауылдар немесе егін шаруашылығы сияқты аз күшті бұзылулар екіншілік кезекшілікке және жылдам қалпына келтіруге әкеледі.
Қоректік заттардың айналымдық айналымы
Экожүйелер энергия мен көміртекті сыртқы ортамен үнемі алмасады. Ал минералдық қоректік заттар көбінесе өсімдіктер, жануарлар, микроорганизмдер және топырақ арасында айналып отырады. Көптеген азот экожүйелерге биологиялық азот фиксациясы арқылы түседі, жауын-шашын, шаң, газдар арқылы шөгінді түзеді немесе тыңайтқыш ретінде қолданылады. Барлық өсімдіктерге көп мөлшерде қажетті макроэлементтерге негізгі қоректік заттар кіреді (олар ең көп мөлшерде қолданылатындықтан, ең көп шектеледі): азот, фосфор, калий. Екіншілік макроэлементтер (сирек шектеледі): кальций, магний, күкірт. Барлық өсімдіктерге аз мөлшерде қажетті микроэлементтер: бор, хлорид, мыс, темір, марганец, молибден, мырыш. Сонымен қатар, кейбір өсімдіктерге немесе нақты экологиялық жағдайларда қажет болатын пайдалы қоректік заттар бар: алюминий, кобальт, йод, никель, селен, кремний, натрий, ванадий. Фосфор экожүйелерге ауа райының ыдырауы арқылы түседі. Экожүйелер қартайған сайын осы қор азаяды, нәтижесінде фосфор тапшылығы ескі ландшафттарда (әсіресе тропиктерде) жиі кездеседі. Биоәртүрлілік экожүйелердің жұмыс істеуінде маңызды рөл атқарады. Экожүйе процестерін экожүйедегі түрлер, жеке түрлердің сипаттамалары және осы түрлер арасындағы организмдердің салыстырмалы саны анықтайды. Экожүйе процестері – бұл жеке организмдердің қоршаған ортамен өзара әрекеттесуінің нәтижесі. Экологиялық теорияға сәйкес, түрлер бірге өмір сүру үшін белгілі бір деңгейде өзара ұқсас болуы керек – олар бір-бірінен қандай да бір маңызды жағынан ерекшеленуі керек, әйтпесе бір түр екіншісін бәсекелестік арқылы ығыстырып шығарады. Осыған қарамастан, экожүйедегі қосымша түрлердің жиынтық әсері сызықтық емес: қосымша түрлер, мысалы, азотты сақтауды жақсарта алады. Дегенмен, түрлердің байлығының белгілі бір деңгейінен асып кеткенде,
Экожүйелік экология
Экожүйелік экология – "организмдер мен олардың қоршаған ортасы арасындағы өзара әрекеттестікті біртұтас жүйе ретінде зерттейтін ғылым". 1972 жылы осы жердегі ұзақ мерзімді зерттеулер Солтүстік Америкада қышқыл жаңбырдың пайда болғанын анықтады. Зерттеушілер келесі онжылдықтарда топырақтағы катиондардың (әсіресе кальцийдің) азаюын тіркеді. Экожүйелерді әртүрлі тәсілдермен зерттеуге болады: теориялық зерттеулер, нақты экожүйелерді ұзақ уақыт бойы бақылау, олардың қалай жұмыс істейтінін түсіндіру үшін экожүйелер арасындағы айырмашылықтарды қарастыру және тікелей манипуляциялық эксперименттер. Зерттеулер әртүрлі масштабтарда жүргізілуі мүмкін, толық экожүйелерді зерттеуден бастап микрожүйелерді немесе мезожүйелерді (экожүйелердің қарапайымдалған үлгілері) зерттеуге дейін. Американдық эколог Стивен Р. Карпентер микрожүйедегі эксперименттерді экожүйе масштабты зерттеулерімен бірге жүргізбесе, "маңызсыз және көңілді қоздырмайтын" болуы мүмкін екенін айтты. Мұндай жағдайларда микрожүйедегі эксперименттер экожүйе деңгейіндегі динамиканы дұрыс болжауға қабілетсіз болуы мүмкін.
Жіктеу
Биомалар – экожүйелердің жалпы кластары немесе санаттары. Биомалар әрқашан өте жалпы деңгейде анықталады. Экожүйелерді өте жалпы (мұндай жағдайда атаулары кейде биомалармен бірдей болуы мүмкін) деңгейлерден бастап, мысалы, "сулы жағажайдағы ине жапырақты ормандар" сияқты өте нақты деңгейлерге дейін сипаттауға болады. Биомалар климаттың жаһандық айырмашылықтарына байланысты өзгеріп отырады. Биомалар көбінесе олардың құрылымымен сипатталады: мысалы, тропикалық ормандар, қоңыржай далалар және арктикалық тундра. Бұлардың ешқайсысы "ең жақсы" жіктеме болып табылмайды. Экожүйе жіктелімдері – экожүйелердің анықтамасындағы төрт элементті де ескеретін экологиялық жіктелімдердің нақты түрлері: биотикалық компонент, абиотикалық кешен, олардың арасындағы және ішіндегі өзара әрекеттесулер, сондай-ақ олар алып жатқан физикалық кеңістік.
Адамның экожүйелермен өзара әрекеттесуі
Адамның қызметі дерлік барлық экожүйелерде маңызды рөл атқарады. Адамдар экожүйелерде өмір сүріп, қызмет етеді, бірақ олардың жиынтық әсері климат сияқты сыртқы факторларға әсер ететіндей үлкен. Экожүйелік игіліктерге су, тағам, отын, құрылыс материалдары және емдік өсімдіктер сияқты экожүйелік процестердің "көзге көрінетін, материалдық өнімдері” кіреді. Сонымен қатар, туризм және демалыс сияқты айқын емес игіліктер, сондай-ақ, үй жануарларын жақсарту үшін қолданылатын жабайы өсімдіктер мен жануарлардың гендері де осыған жатады. Адам қызметінің әлемдік экожүйелердің биологиялық әртүрлілігіне елеулі және күшейіп бара жатқан әсерін тигізіп, олардың тұрақтылығы мен биокөлемділігін төмендетіп бара жатқаны айтылады. Бұл есепте табиғат жүйелері адамзаттың "өмірді сақтау жүйесі" ретінде қарастырылып, экожүйелік қызметтердің маңыздылығын қамтамасыз етеді. Бағалау 24 экожүйелік қызметті өлшейді және соңғы 50 жылда тек төртеуі жақсарғанын, 15-і күрт нашарлағанын және бесеуі қиын жағдайда екенін көрсетеді. Ол Климатты өзгерту жөніндегі үкіметаралық комиссия сияқты мақсатта жұмыс істейді. Экожүйелік қызметтер шектеулі және адам қызметінен де қауіп көреді. Шешім қабылдаушыларды хабардар ету үшін көптеген экожүйелік қызметтерге экономикалық құндылықтар берілуде, көбінесе оларды жасанды баламалармен ауыстыру құнына негізделген. Табиғатқа экономикалық құндылық берудің, мысалы, биологиялық әртүрлілік банкі арқылы, қоршаған ортаны, әлеуметтік жауапкершілікті, бизнес мүмкіндіктерін және біздің болашағымызды тану мен басқарудағы салааралық өзгерістерге ықпал етеді. Көптеген экожүйелер адамның әсерінен, мысалы, топырақ эрозиясы, ауа және судың ластануы, ортаның фрагментациясы, судың бұрылуы, өрттерді басу және жаңадан келген және инвазивті түрлердің таралуы салдарынан деградацияға ұшырайды. Экожүйелердің құлауы қайтымды болуы мүмкін және осы тұрғыдан түрлердің жоғалуынан өзгеше. Құлау қаупіне қатысты сандық бағалаулар сақтау жағдайы мен тенденцияларын өлшеу үшін қолданылады.
Менеджмент
Табиғи ресурстарды басқару жеке түрлерге емес, тұтас экожүйелерге қолданылғанда, ол экожүйелік басқару деп аталады. Экожүйелік басқарудың көптеген анықтамалары болғанымен, олардың барлығында ортақ принциптер бар: экожүйенің тауарлар мен қызметтерді өндірудің ұзақ мерзімді тұрақтылығы – басты принцип; «ұрпақтар аралық тұрақтылық басқарудың қажетті шарты, соңғы нәтижесі емес». Экожүйелік басқаруды жабайы табиғатты сақтау жоспарының бір бөлігі ретінде пайдалануға болады, сонымен қатар оны қарқынды басқарылатын экожүйелерде де қолдануға болады (мысалы, агроэкожүйе және табиғатқа жақын орман шаруашылығы сияқты).
Қайта қалпына келтіру және тұрақты даму
Интегралды қорғау және даму жобалары (ICDP) дамушы елдерде қорғау және адам өмірінің (тұрақты даму) қажеттіліктерін бұрынғыдай бөлек қарастырудың орнына, бірге шешуге бағытталған.