في العلوم والهندسة يُعد النظام جزء من الكون الذي تتم دراسته، في حين أن البيئة هي الجزء المتبقي من الكون الذي يقع خارج حدود النظام، يُعرف أيضًا باسم المناطق المحيطة أو الحي وفي الديناميكا الحرارية مثل الخزان، اعتمادًا على نوع النظام قد يتفاعل مع البيئة من خلال تبادل الكتلة والطاقة (بما في ذلك الحرارة والعمل) أو الزخم الخطي أو الزخم الزاوي أو الشحنة الكهربائية أو غيرها من الخصائص المحفوظة، في بعض التخصصات مثل نظرية المعلومات يمكن أيضًا تبادل المعلومات ويتم تجاهل البيئة في تحليل النظام باستثناء فيما يتعلق بهذه التفاعلات.

مفهوم النظام البيئي

النظام البيئي البسيط: أن أبسط تعريف للنظام البيئي هو أنه مجتمع أو مجموعة من الكائنات الحية التي تعيش وتتفاعل مع بعضها البعض في بيئة معينة، على سبيل المثال الغابات الاستوائية هي أنظمة بيئية تتكون من كائنات حية مثل الأشجار والنباتات والحيوانات والحشرات والكائنات الدقيقة التي تتفاعل بشكل مستمر فيما بينها وتتأثر بالفيزيائية الأخرى (الشمس، درجة الحرارة) أو الكيميائية (الأكسجين أو المغذيات) ) المكونات.
التعريف العلمي للنظام البيئي: النظام البيئي هو الوحدة الأساسية لمجال الدراسة العلمية للطبيعة وفقًا لهذا النظام فإن النظام البيئي عبارة عن بيئة محددة ماديًا تتكون من مكونين لا ينفصلان:
1. البيوتوب (غير الحيوي): بيئة مادية معينة ذات خصائص فيزيائية معينة مثل المناخ ودرجة الحرارة والرطوبة وتركيز المغذيات أو الأس الهيدروجيني.
2. الأحيائية (الحيوية): مجموعة من الكائنات الحية مثل الحيوانات أو النباتات أو الكائنات الحية الدقيقة التي هي في تفاعل مستمر وبالتالي فهي في حالة من الاعتماد المتبادل.
مفهوم النظام البيئي قام على عدة مقاييس من حيث الحجم من الكائنات متعددة الخلايا مثل النباتات والحشرات والبحيرات أو الغابات إلى كوكب الأرض ككل.
النظام البيئي البحري: إن النظم الإيكولوجية البحرية هي جزء من الفئة الأوسع للنظم الإيكولوجية المائية، حيث تغطي النظم البيئية البحرية أكثر من 70٪ من سطح الأرض وتحتوي على نسبة عالية من الملح، بعض الأمثلة على النظم البيئية البحرية هي أنظمة بحرية مثل سطح المحيطات، أعماق البحار، المحيطات البحرية أو قاع البحر ولكن هناك أيضًا أنظمة قريبة من الشاطئ مثل الشعاب المرجانية أو أشجار المنغروف أو مروج الأعشاب البحرية.
يمكن أيضًا وصف النظم البيئية البحرية باتباع الأبعاد غير الحيوية والبيولوجية وبهذه الطريقة تكون مكوناته الحيوية كائنات حية وأنواعها وحيوانات مفترسة وطفيليات ومنافسين، على العكس من ذلك فإن تركيز العناصر الغذائية ودرجة الحرارة وضوء الشمس والاضطراب والملوحة والكثافة هي مكوناته غير حيوية.

عناصر النظم البيئية

تنقسم عناصر النظام البيئي الى:
1. مكونات حيوية: المكونات الحيوية للنظام البيئي هي كائنات حية مثل النباتات والحيوانات ويطلق على النباتات المنتجين الأساسيين؛ لأنها تنتج الطعام من خلال التمثيل الضوئي، حيث يحصل المستهلكين من مختلف المستويات على الغذاء من المنتجين، يتغذى المستهلكون الأساسيون على المنتجين ويتغذى المستهلكون الثانويين على المستهلكين الأساسيين، حيث تُعرف سلسلة الإنتاج والاستهلاك والتحلل هذه بسلسلة غذائية.
2. مكونات غير حيوية: المكونات غير الحيوية للنظام البيئي هي المناخ والتربة والمياه والمعادن وضوء الشمس وهطول الأمطار وغيرها من العناصر غير الحية التي تحافظ على الحياة في النظام البيئي، تستخدم النباتات الماء وثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس لإنتاج الغذاء في العديد من النظم البيئية، في النظم البيئية الأخرى المصدر الأساسي للغذاء هو المواد العضوية الميتة حيث يتحكم نسيج التربة والكيمياء في نمو النبات.

تتفاعل العوامل الحيوية وغير الحيوية مع بعضها البعض بطرق مختلفة لإنشاء نظام بيئي متوازن. وبعض الأمثلة على هذه التفاعلات:

• تعتمد النباتات على الحيوانات لتلقيحها ونشر بذورها.

• تعتمد الحيوانات على النباتات للحصول على الغذاء والمأوى.

• تلعب الكائنات الدقيقة دورًا مهمًا في تحلل المواد العضوية وإعادة تدوير العناصر الغذائية في النظام البيئي.

• يؤثر المناخ على كمية الماء والهواء المتاحة للنباتات والحيوانات.

يمكن أن تؤدي التغييرات في أي عنصر من عناصر النظام البيئي إلى حدوث تأثيرات متتالية على العناصر الأخرى.

على سبيل المثال، إذا أدى تغير المناخ إلى انخفاض كمية هطول الأمطار، فقد يؤدي ذلك إلى موت بعض النباتات، مما قد يؤدي بدوره إلى انخفاض عدد الحيوانات التي تعتمد على هذه النباتات للحصول على الغذاء.

من المهم فهم كيفية تفاعل العناصر المختلفة للنظام البيئي مع بعضها البعض من أجل حماية البيئة والحفاظ عليها.

كيف تعمل النظم البيئية الطبيعية

النظم البيئية الطبيعية: هي أنظمة “متوازنة” وهذا يعني أن التفاعلات بين الكائنات الحية المختلفة التي يتكون منها النظام البيئي تسهم في استقرار معين، على سبيل المثال في النظم البيئية للأراضي العشبية تستهلك العواشب العشب ولكنها أيضًا تغذي التربة بروثاتها مما يسمح للعشب بالنمو مرة أخرى ويسمح بنوع من التوازن، مع ذلك هذا لا يعني أن النظام البيئي ثابت وإنما في الواقع تتطور النظم البيئية باستمرار لأنها تستند إلى عمليات ديناميكية تتغير باستمرار.
على سبيل المثال يُعد التكاثر الحيوي كائنات حية تتفاعل مع بيئتها وتحولها باستمرار؛ وذلك لأن الحيوانات تضغط التربة وتخلق النباتات الرطوبة أو تنظم درجة الحرارة وتساعد البكتيريا في العالم المجهري عن طريق حماية جميع أنواع الحيوانات من الأمراض والمساعدة في عملية الهضم، كذلك يتطور النظام البيئي أيضًا بسبب الأحداث الخارجية أو غير المتوقعة والممكنة لظاهرة مناخية أو طبيعية، على سبيل المثال أن تؤدي إلى تحولات في البيئة فبهذه الطريقة يحدث التعدد البيولوجي للكائنات الحية في النظام البيئي للتكيف مع هذه القيود الجديدة ويحدث التغيير.
من الغريب أيضًا أنه على الرغم من أن النظام البيئي يبحث دائمًا عن الاستقرار إلّا أن النظام البيئي لا ينجح أبدًا في ذلك حيث تميل الاختلالات الطبيعية المختلفة إلى تعويض بعضها البعض بشكل دائم، تتطور بعض النظم البيئية ببطء شديد بينما يمكن أن يتحول البعض الآخر بسرعة كبيرة وفي بعض الأحيان في الحالات القصوى يمكن أن تختفي.

الروابط بين النظم البيئية والأنشطة البشرية

حالياً تمكنا من السيطرة على الحرائق وممارسة الزراعة وبناء مركبات النقل وتمكنا من بناء المصانع والسدود والألواح الشمسية ونجد باستمرار طرقًا جديدة لاستكشاف الفضاء، ومع ذلك فإن تعطش الجنس البشري لاستخدام وتعديل وتحويل النظم البيئية الطبيعية يبدو لا نهاية له، على سبيل المثال عندما نقوم بتحويل سهل لزراعة حقول الحبوب فإننا نقوم بتعديل هذا النظام البيئي المحلي بشكل كبير، في بعض الأحيان ينتهي بنا الأمر إلى تغييره بالكامل من أسسه الأصلية.
اليوم الأنشطة البشرية تؤثر بشكل كبيرعلى النظم البيئية لدرجة أننا نتحدث الآن عن الجدول الزمني للأنثروبوسين وهذه هي الفترة التي تحدد التأثير البشري الكبير للأنشطة البشرية على أنظمة الغلاف الجوي والجيولوجي والهيدرولوجي للأرض، تعتبر هذه الفترة الزمنية أيضًا التغييرات التي تحدث بسبب أحداث تغير المناخ والتي تنتج أيضًا عن الأنشطة البشرية، يمكننا أن نرى كل هذه التغييرات في كل مكان عندما تتم إزالة الأشجار في غابة الأمازون، حيث تتغير النظم البيئية حيث تكافح الأنواع من أجل البقاء وتتغير الرطوبة المحلية والمناخ، كذلك فإن بناء السد يغير أيضًا توزيع المياه ويؤثر على الأنواع التي تعيش على طول مجرى النهر.
من الأمثلة الشائعة حول كيفية تأثير الأنشطة البشرية على الأنظمة البيئية هو منتزه يلوستون الوطني الأمريكي، كما هو الحال في المتنزهات الوطنية الأخرى حيث قرر المسح البيولوجي الأمريكي قتل الذئاب والأنواع الأخرى كتدبير للسيطرة على الحيوانات المفترسة وكانت المشكلة اختفاء الذئب أثر على كل النظام البيئي على المدى الطويل.