Экосистемный подход Tansley (1935 г.) ввел термин экосистема и подчеркнул взаимодействие между ее живыми и неживыми компонентами.
Анализ экосистем представляет собой один из подходов к изучению экологии. Концептуально вся планета Земля, озеро или скала в пустыне могут быть изучены с экосистемной точки зрения. Экосистема обеспечивает концептуальную основу для изучения взаимодействия между отдельными лицами, группами населения, общинами и их абиотическими средами, а также для изучения изменений в этих взаимосвязях со временем.
Экосистема определяется как пространственно эксплицитная единица Земли, которая включает все организмы, а также все компоненты абиотической среды в ее границах.
Тем не менее, трудно определить количественные единицы экосистемы, поскольку популяции организмов могут варьироваться индивидуально в пространстве и времени.
Кроме того, экологические факторы, такие как высота, аспект, химический состав почвы, также могут постоянно изменяться.
Таким образом, границы экосистемы должны быть четко определены для количественного определения, например, потока энергии или определения баланса массы.
Границы экосистем обычно определяются для удобства исследователя, а не на основе некоторого известного функционального разрыва с соседней экосистемой. Такая искусственность возникает потому, что фактические функциональные взаимосвязи между экосистемами обычно неизвестны. Тем не менее произвольно установленные границы могут представлять или не представлять серьезную аналитическую проблему в зависимости от системы и целей исследования.
Проблема определения границ экосистем более очевидна в наземной среде, чем во многих водных системах, где, например, боковые границы озера представляются очевидными. В идеале границы должны представлять собой плоскость, на которой краткосрочные обмены веществами (например, химикатами) необратимы по отношению к функциональной экосистеме, т.е. там, где цикличность становится потоком.
Таким образом, видимые границы, такие как береговая линия озера или реки, могут не быть функциональными границами. Поскольку структура и функции экосистем со временем меняются, экосистемы имеют историю биотико-абиотических взаимодействий.
Развитие экосистемы - это изменение структуры и функций абиотических и биотических компонентов, происходящее со временем.
Сукцессионные изменения в растительных сообществах являются одним из аспектов развития экосистемы, а почвообразование - другим. Крайне важно для количественных, и особенно для сравнительных исследований, определить текущую стадию развития экосистемы и то, как она изменилась со временем.
Для изучения вопросов на уровне экосистем использовались различные подходы, в том числе:
- эмпирический или естествознание
- сбалансированный или бюджетный подход
- экспериментальный подход
- сравнительный подход
- подход к моделированию или имитации.
В Соединенных Штатах понятие экосистемы обычно приравнивается к потоку энергии и круговороту питательных веществ. Очевидно, что в экосистемном подходе участвует гораздо больше составляющих. Например, роль отдельных биотических и абиотических образований важна для структуры экосистемы и может иметь решающее значение для функционирования экосистемы.
Можно данные аспекты рассмотреть на примерах:
В озере Миррор, штат Нью-Гемпшир, США, насчитывается более 850 видов организмов и более 15 основных растворенных "видов" химических веществ (катионов и анионов). Каждое из этих образований, предположительно, играет важную экологическую роль в экосистеме зеркала озера.
Но, что если одно из абиотических или биотических образований увеличится в изобилии или исчезнет? Как это скажется на функционировании экосистемы? Являются ли присутствие и активность отдельных биотических видов "ключом" к процессам на уровне экосистем, таким как круговорот питательных веществ?
Однако примеров роли отдельных биотических видов в функционировании экосистемы относительно немного. Например, Basnet et al. (1992) показали важность деревьев табонуко (Dacryodes excelsea Vahl) для поддержания стабильности склонов холмов в тропических дождевых лесах Пуэрто-Рико. Этот вид широко распространен на гребнях гор и на крутых склонах. Благодаря внутривидовой привычке закрепления корней к подземным породам и валунам, этот вид обладает уникальной способностью противостоять экстремальным ветрам (ураганам) и сильным дождям и, таким образом, сохраняет растительный покров над почвами и снижает эрозию на крутых склонах холмов во время урагана Хьюго в сентябре 1989 года.
Табонуко был самым устойчивым видом деревьев, который пострадал от урагана в этой части тропического леса.
Или еще пример, три вида улиток (Euchondrus albulus Mousson, E. desertorum Roch, E. ramonensis Granot) оказывают значительное влияние на экосистемные процессы в пустыне Негев в Израиле.
Питаясь эндолитическими лишайниками, которые растут внутри поверхностных слоев пород пустыни, эти улитки значительно ускоряют скорость выветривания пород, а также перенос неорганического азота, поглощаемого эндолитическими лишайниками, в почву.
Таким образом, эти виды важны для ускорения процессов выветривания, почвообразования и круговорота питательных веществ в экосистеме пустыни.
Последствия изменений в биотической структуре относительно хорошо изучены на уровне популяции в экологии, но плохо известны на уровне экологии, в то время как важность изменений в абиотической структуре достаточно хорошо известна как на уровне популяции, так и на уровне экосистемы (например, влияние ограничивающих питательных веществ). Андрюарта и Береза (1954) были ранними популяционными биологами, которые подчеркивали важность абиотических факторов в том, что они считали основной проблемой в экологии - почему именно и где.
Другие предполагают, что изменения видов на вершине трофической пирамиды или физическое нарушение, вызванное вторжением животных и растений, оказывают воздействие на экосистемы. Существует прочная концептуальная связь между экологией населения и экологией экосистемы, но она слабо развита, мало используется и редко документируется.
Экологические и биогеохимические исследования в Хаббард Брук были сосредоточены на шести сходных южных водоразделах, содержащих почвы, растительность и климат, характерные для северных лиственных лесов на северо-востоке США. Отдельные водоразделы экосистем (водосборы в европейской терминологии) были созданы и гидрологически измерены в HBEF, чтобы помочь концептуально определить экосистемные (водосборные) вопросы в масштабе всего лесного цикла, а также облегчить количественную оценку таких компонентов водотока.
Высокая пространственная и временная изменчивость часто характеризует экологические отношения, например, структура и химический состав почвы может быть весьма неоднородным от метра к метру на склоне холмов, однако экосистемный подход может помочь интегрировать эту переменную информацию и тем самым способствовать общему пониманию в более крупных масштабах, например, в водосборных бассейнах.
Экосистемный подход также использовался в Хаббардском ручье для оценки сложных функциональных процессов экосистем, таких как эвапотранспирация и химическое выветривание.
Недавно экосистемный подход был использован для оценки сухого выпадения серы из атмосферы. Такие компоненты являются одними из наиболее трудно поддающихся количественной оценке для крупномасштабных систем.
Как мы видим из приведенного выше, экосистемная концепция имеет большое значение.
Эта концепция доказала свою полезность в решении масштабных экологических проблем. Когда в 1935 году Э. Г. Тэнсли представил концепцию экосистемы, он попытался исправить злоупотребление терминами и понятиями в науке о растительности.
