Оценка климатических условий экологом имеет три уровня, каждому из которых соответствует своя методика изучения; это климат географический, климат конкретного местообитания («экоклимат») и климат непосредственного окружения организма («микроклимат»). Географический климат, сведения о котором собирают метеорологические станции, служит не только стандартом, с которым сопоставляются данные более специальных исследований, но и основой для анализа крупномасштабного распространения тех или иных организмов. Однако сама по себе информация о географическом климате лишена смысла без дополнительных сведений о климатических условиях в конкретных местах обитания. Например, из сообщения метеостанции о наблюдавшихся заморозках неясно, где они, собственно говоря, были – на открытой местности, где располагались приборы, или же в лесу, где обитают интересующие эколога животные или растения. Порой температура и влажность резко различаются даже в соседних биотопах. Аналогичным образом очень большое значение имеет стратификация физических условий, наблюдаемая в почве, водоеме или в лесу. Иногда для того, чтобы разобраться в поведении того или иного животного, экологу надо знать условия температуры и влажности под покровом листвы, на поверхностной пленке воды или в мякоти плода, в ходе, проделанном личинкой насекомого.
Химическая среда. Химическому составу среды особое внимание обычно уделяют исследователи, имеющие дело с водными организмами. Свойства растворенных веществ и их концентрация, конечно, важны сами по себе как условия, обеспечивающие питание (прежде всего растений), но они оказывают и другие воздействия. Например, соленость может влиять на удельный вес организмов и осмотическое давление внутри клеток. Важны для организмов также реакция среды (кислая или щелочная) и состав и содержание растворенных газов. В наземной среде химические особенности почвы и почвенной влаги оказывают существенное воздействие на растительность, а через нее и на животных.
Биотическая среда. Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. Исследовать растения или животные в «чистых культурах», вне связей с другими живыми существами, можно только в лаборатории. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, и их отношения друг к другу как к компонентам окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва того или иного типа формируется в значительной мере под влиянием леса. Подобно этому, температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся в результате климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих здесь организмов.
Лимитирующие факторы. При анализе распределения отдельных организмов или целых сообществ экологи нередко обращаются к т.н. лимитирующим факторам. Исчерпывающее описание определенной среды не только невозможно, но и не нужно, поскольку распределение животных и растений (как по географическим зонам, так и по отдельным местообитаниям) может определяться всего одним фактором, например экстремальными (для данных организмов) температурами, слишком низкой (или слишком высокой) соленостью или недостатком пищи. Однако выделить такие лимитирующие факторы бывает нелегко, а попытки установить прямую связь между распределением организмов и каким-либо внешним фактором далеко не всегда удачны. Например, лабораторные опыты показывают, что некоторые животные, обитающие в солоноватых и морских водах, способны выносить изменения солености в широких пределах, а их кажущаяся приуроченность к узкому диапазону значений этого фактора определяется просто наличием в соответствующих местах подходящей пищи.
Одно из главных направлений экологических исследований – это изучение сообществ растений и животных, их описание, классификация и анализ взаимосвязей образующих их организмов. Термин «экосистема», тоже часто используемый экологами, обозначает сообщество в совокупности с условиями его существования, т.е. с неживыми (физическими) компонентами окружающей среды или Экосистема - это совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений, т.е. природные единицы, в которые входят комплекс организмов и весь комплекс физических факторов - факторы обитания в самом широком смысле.
Для экосистемы характерен обмен веществ не только между организмами, но и между органическими и неорганическими объектами.
Экосистема - это исторически сложившаяся информациооно-саморазвивающаяся термодинамически открытая совокупность биотических экологических компанентов и абиотических источников веществ и энергии, единство и функционально-следственная связь которых в пределах характерного участка биосферы, времени и пространства обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества и энергии и информации над внешним обменом и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого, имеющего определенные физикохимические черты, под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих.
Живую компоненту экосистемы составляет биоценоз – совокупность живых организмов в пределах биотопа (территории экосистемы), связанных в процессе жизнедеятельности. Биоценоз существует за счет потока энергии который направлен по цепочке - продуценты (организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Фототрофы – за счет световой энергии; хемотрофы – за счет химической энергии) – консументы (существующие за счет энергии органического вещества, синтезированного продуцентами) – редуценты (также существующие за счет энергии органического вещества, синтезированного продуцентами, но разлагающими его до неорганических составляющих).
Экосистема также характеризуется круговоротом веществ. Наиболее важные из них – биогенные элементы.
По размеру различают:
- микроэкосистемы (нора млекопитающего с ее обитателями, паразитами, сожителями; гниющий пень);
- мезоэкосистемы (лес, пруд, их части - бентос, планктон пруда);
- макроэкосистемы (речного водосбора, географической зоны, биогеографической области океана, континента),
По типу:
- естественные;
- антропогенные (агроэкосистемы, города);
- упрощенные (космического корабля, аквариум);
По числу доминирующих видов:
- олигодоминантные (доминирует один вид);
- полидоминантные (доминирует несколько видов).
Понятийный эквивалент экосистемы - биогеоценоз, введен Сукачевым В.Н. в 1940 г. - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) (геоценоз) компонентов, объединенных обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. То есть биогеоценоз представляет собой элементарную единицу биосферы, это минимальная по протяженности и иерархическому уровню экосистема. Биогеоценоз имеет живую и косную компоненту.
На настоящий момент растительные сообщества изучены лучше, чем сообщества животных. Отчасти это объясняется тем, что именно характер растительности в значительной мере определяет состав обитающих в тех или иных местах животных. К тому же растительные сообщества более доступны для исследователя, тогда как прямые наблюдения за животными не всегда возможны, и даже для того, чтобы просто оценить их численность, экологи вынуждены обращаться к косвенным методам, например к отлову с помощью различных приспособлений. При классификации и описании сообществ обычно используют терминологию, разработанную ботаниками.
Классификация сообществ. Хотя существуют многочисленные схемы классификации сообществ, ни одна из них не стала общепризнанной. Термин «биоценоз» часто используется для обозначения отдельного сообщества. Иногда выделяют иерарахическую систему сообществ возрастающей сложности: «консорции», «ассоциации», «формации» и т.д. Широко используемое понятие «местообитание» обозначает комплекс условий среды, необходимых для тех или иных конкретных видов растений или животных или для отдельного сообщества. Очевидно, что существует определенная иерархия сообществ и местообитаний. Например, озеро представляет собой крупную экологическую единицу, в пределах которой можно выделить сообщества организмов, связанные с берегом, мелководьями, глубинными участками дна или открытой частью водоема. В сообществе прибрежной зоны, в свою очередь, можно различить более мелкие и специализированные группы видов, обитающие около поверхности воды, на растениях определенного типа или в илистых отложениях на дне. Существуют, однако, большие сомнения относительно того, следует ли подробно классифицировать эти сообщества и жестко закреплять за ними те или иные наименования.
Названия некоторых экологических сообществ используются биологами очень широко. Таковы, например, термины «планктон», «нектон» и «бентос». Планктоном называют совокупность мелких, главным образом микроскопических, организмов, живущих в толще воды и пассивно переносимых течениями. Нектон составляют более крупные и активно передвигающиеся водные животные (например, рыбы). К бентосу относятся организмы, живущие на поверхности дна или в толще донных отложений. Как в морях, так и в озерах планктонные организмы многочисленны и отличаются разнообразием. Именно они служат кормовой базой для более крупных животных, а в океане они практически определяют существование всех других обитателей водной толщи.