Предмет и объекты экологии. Уровни организации живой материи

Предмет и объекты экологии. Уровни организации живой материи

Экология-наука о взаимоотнош. и взаим. между разл. живыми существами и окруж. их средой, об обмене в-в и потоках энергии, кот. делает возможным жизнь на Земле и о приспособлениях орган. к изм. усл. окруж. среды.

В совр. понимании экология-наука о взаимоотнош. между жив. орган. и средой их обитания. Экология изуч. организацию и функц. надорганизменных с-м, вплоть до глобального, т. е до биосферы в целом.

Экология, как наука вполне самостоятельная. Ей свойственны свои методы исслед. объектов и с-м. Она базируется на своих законах, им. и решает свои проблемы. Одун утверждает, что экологию нужно рассм. как науку о структуре и ф-ях природы. Экология испол. методы и законы др. наук-биол., физ., хим., матем. Она классиф. по конкретным объектам и средам исследования: 1. прикладная и теоретическая 2. Экология водоемов, возд. среды, тропиков, суши 3. экология сообществ, клетки, орган. 4. земная и космическая 5. экология умер. и полярной зоны

Объекты изуч. экологии: содержание совр. экологии определяют исходя из концепции ур-ней организации, кот. составляют биол. спектр. Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество-осн. ур-ни организации жизни. На каждом ур-не в рез-те взаим. с окруж. физической средой возн. характерные функциональные с-мы.

С-ма-упорядоченно раполож. взаим. и взаимозависимые компоненты, обр. единое целое. Экология изуч. те с-мы, кот. выше ур-ня организма. Значение термина «популяция» обознач. группу людей любого вида орган.

«Сообщество» включ. все популяции, заним. данный участок. Сообщество и нежив. среда функционируют совместно, обр. экос-му. Выдел. сообщество биоценоз и экос-му биогеоценоз.

Биом-крупная региональная биос-му, характер. каким-либо осн. типом растительности или др. характ. особен. ландшафта

 

Задачи экологии. Практическая значимость экол. исследований

Осн. задачи: изуч. видовых приспособлений орган. в их истор. разв.;изуч. закономерностей обр. и разв. популяций, как формы сущ. вида;изуч. закономерностей обр. и разв. биоценозов, как выражение взаимоотнош. орган. в конкретных усл. обитания

Практ. задачи: выяснение закономерностей прир. процессов;выяснение таких усл. биол. разв. в природе, при кот. природа могла бы развиваться в соотв. с законами челов. общества, не выходя за возможности жив. природы

Методы исслед. совр. экол.:

1. эколог. методы: полевые(изуч. популяции сообществ в естеств. среде и позволяют установить воздействие на объект комплекса факторов, изуч. общую картину разв. и жизнедеят. изуч. объекта); лабораторные;количественные;эксперементальные(орган. искуственно ставиться в усл. при кот. можно дозировать размер изучаемого фактора, а значит можно точее, чем при обычном наблюдении оценить его состояние

2. Химические(устан. особен. накопления хим. эл-тов в раст) и физиологические(прослеживание в полевых усл. экол. процессы)

3. Математ. (на их основе сформ. моделирование биол. явлений, т. е. воспроизводство в искуст. с-мах процессов, свойственных жив. природе)

4. Экол. мониторинг(од. из главных методов изуч. динамики экос-м, происх. под воздействием естеств. и антропогенных факторов)

 

История становления экологии как науки

До 18в. осн. источниками окруж. среды были бытовые сточные воды и продукты сгорания топлива. Экологическими были труды Аристотеля и Теофаста. В конце 19в. экология сформир. как сам. биол. дисциплина. К выдающимся экологам относ. Элтон, Тенсли, Форбс, Шелфорд, Вернадский, Северцев, Сукачев. Среди экологов поздних времен следует назвать: Одун, Медоуз, Шварц, Новиков, Горшков, Лосев, Кондратьев. Отечественный почвовед-географ Докучаев внес существенный вклад в разв. системного взгляда на природные явления. Вернадский применил системный подход к раскрытию основополагающих геологических явлений и их эволюции, показал определяющую роль жив. орган. и продуктов из жизнедеят. в этих явлениях, стал автором учения о биосфере и закономерностях ее существования, устойчивости и разв. Труды по вопросам экологии животных: Наумов, Элтон, Шварц, Гиляров. Экология раст.: Шенников, Клеменц, Лархер. Учебники и пособия по проблемам общей экологии: Одун, Дажо, Чернов, Раткевич, Пономарев

 

Биологические ритмы

Все природные ритмы, которые подчиняют жизнь на Земле делятся на:

1. Внешние – все циклические изменения, происходящие в окружающей среде, например смена времён года, дня и ночи

2. Внутренние – ритмы, связанные с собственной жизнедеятельностью.

Главный признак ритмических процессов – их повторяемость.

Под ритмами понимают периодически повторяющиеся явления природы. Ритмы, регистрируемые в живом мире – биологические.

Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений; они свойственны живой материи на всех уровнях её организации. Одни биоритмы относительно самостоятельны (частота сокращения сердца, дыхание), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам (обмен веществ, деление клеток). Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. Физиологические ритмы имеют периоды от долей секунды до нескольких минут, например ритмы давления. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. Адаптивные биоритмы организмов

С биологическими адаптивными ритмами связано явление биологических часов – способность организмов реагировать на ход времени.

Одним из ведущих факторов, влияющих на биологические ритмы организмов является фотопериод – продолжительность длины светового дня.

Реакция организмов на изменения длины светового периода суток называется фотопериодизмом. Способность организмов реагировать на изменения длины светового дня даёт им возможность заранее адаптироваться к ежегодным условиям изменения существования. Явление фотопериодизма свойственно всем группам организмов, но наиболее чётко выражено у видов, живущих в условиях резких сезонных изменений окружающей среды. У растений на изменение продолжительности светового периода реагирует прежде всего листья. В зависимости от реакции на длину светового дня различают растения длинного и короткого дня. У растений длинного дня (злаки, листопадные деревья) увеличение продолжительности светового периода стимулирует процессы роста и размножения, а его сокращение тормозит, обуславливая переход растения в зимний покой. У растений короткого дня (табак, рис, соя) активная жизнедеятельность наблюдается когда продолжительности светового дня начинает сокращаться. Фотопериодизм – совокупность наследственных реакций организма, которые как правило проявляются лишь при определённом сочетании длины светового дня с другими экологическими факторами, например выход насекомых из зимующей куколки зависит не только от длины светового дня, а так же от определённой температуры окружающей среды.

 

Межвидовая конкуренция

Межвидовая конкуренция – это любое взаимодействие м/у двумя или более популяциями, кот-е отрицательно сказываются на их росте и выживании.

Межвидовая конкуренция протекает очень быстро, если виды нуждаются в сходных условиях и относятся к одному роду. Такая конкуренция ведет к экол-му и морфолог-му разнообразию видов. Явление эколог-го разобщения близкородственных видов получило название принципа конкур-го исключения. Во время эволюции конкуренция может быть сведена к min в том случае, если каждый конкурирующий вид займет свою эколог-ю нишу. Теория 2 вида могли бы существовать на одной и той же территории, если бы характерные для них коэффициенты конкуренции были бы очень велики по сравнению с величинами отношения плотности населения. Применительно для растений 2 вида сосущ-ть если для популяции хар-но одно из следующих различий или сочетаний:

1. Разные потребности в пит-х в-вах.

2. Разные причины смерти.

3. Разная чувствительность к одному фактору.

4. Разная чувствительность к тем или иным токсинам.

Межвидовые взаимоотношения бывают ассиметричны, т. к. один страдает от конкуренции больше чем другой.

 

Мутуализм

Мутуали́зм (англ. mutual — взаимный) — широко распространённая форма взаимополезного сожительства, когда присутствие партнёра становится обязательным условием существования каждого из них. Более общим понятием является симбиоз, который представляет собой сосуществование различных биологических видов. Но в отличие от мутуализма, симбиоз может быть и не выгоден одному из партнёров, например, в случае паразитизма.

Преимущества, которые получает организм, вступающий в мутуалистические отношения, могут быть различны. Часто, по крайней мере, один из партнёров использует другого в качестве поставщика пищи, тогда как второй получает защиту от врагов или благоприятные для роста и размножения условия. В других случаях вид, выигрывающий в пище, освобождает партнёра от паразитов, опыляет растения или распространяет семена. Каждый из участников мутуалистической пары действует эгоистично, и выгодные отношения возникают лишь потому, что получаемая польза перевешивает затраты, требуемые на поддержание взаимоотношений.

Взаимовыгодные связи могут формироваться на основе поведенческих реакций, например, как у птиц, совмещающих собственное питание с распространением семян. Иногда виды-мутуалисты вступают в тесное физическое взаимодействие, как при образовании микоризы (грибокорня) между грибами и растениями.

Тесный контакт видов при мутуализме вызывает их совместную эволюцию. Характерным примером служат взаимные приспособления, которые сформировались у цветковых растений и их опылителей. Часто виды-мутуалисты совместно расселяются.

Самая тесная форма мутуализма — когда один организм живёт внутри другого. Примером этого служит система органов пищеварения коров и других жвачных животных.

 

Протокооперация

Протокооперация — это необязательные взаимовыгодные отношения между двумя популяциями. Связанные этими отношениями виды могут встречаться как вместе, так и порознь.

Вероятно, протокооперация распространена значительно шире, чем об этом принято думать. Эти отношения не заканчиваются классическим школьным примером «симбиоза» — раками-отшельниками, усаживающими на свои раковины актиний.

Зачастую грань между протокооперацией и мутуализмом провести весьма нелегко. К какой категории относится опыление насекомыми цветковых растений? Если наблюдается глубокая специализация между определенными видами, такие отношения надо классифицировать как мутуалистические. Если же одни и те же растения могут опыляться разными насекомыми, а те питаются пыльцой и нектаром разных видов и могут использовать иную пищу, следует говорить о протокооперации. Иногда наблюдаются промежуточные между этими двумя категориями отношения, когда один из видов может встречаться и без второго, а второй в своем распространении всецело зависит от первого.

То, что два вида чаще встречаются совместно, а не порознь, может быть следствием их сходных запросов к среде, а может отражать существование между ними протокооперации.

Рассматриваемое нами отношение может быть связано непрерывным переходом не только с мутуализмом, но и с комменсализмом. В случае взаимовыгодных отношений, выгода, получаемая двумя видами, далеко не всегда является одинаковой. Если для одного из видов отношения становятся практически безразличными, их следует классифицировать как проявление комменсализма.

 

Комменсализм

Комменсализмом называются прямые или опосредованные через среду отношения между двумя популяциями, от которых одна — популяция комменсала — получает выгоду (увеличивает свою численность в ответ на увеличение численности партнера), а другая — популяция хозяина — индифферентна к этим отношениям и не зависит от численности комменсала. Из этого определения следует, что выгода, которую получает комменсал, не связана с какими-то специальными затратами со стороны хозяина, а является следствием его нормальной активности или жизнедеятельности. Зачастую комменсализм связан почти непрерывными переходами с протокооперацией (если хозяин начинает получать выгоду от своего партнера) или с паразитизмом (если хозяин испытывает вред).

Комменсал может питаться отмершими хозяевами или их частями, а также отходами их жизнедеятельности. Так, копрофаги питаются пометом более крупных животных, а некрофаги — их трупами. Тщательное исследование отношений между комменсалом и хозяином часто показывает, что активность комменсала может иметь какое-то значение для хозяев.

Широко известен феномен зоохории — переноса животными семян растений. Иногда растения «заинтересовывают» животных, снабжая плоды мясистыми частями, съедобными для потенциальных переносчиков, а иногда просто используют животных, формируя цепкие или клейкие плоды и семена.

Зачастую индифферентность комменсалов для переносящих их хозяев условна, так как связана с некоторыми избыточными затратами на перемещение или очистку поверхности своего тела.

Измененение местообитания. Чаще всего отношения между видами, меняющими среду своего обитания, и теми, кто «пользуется» этими изменениями, не рассматривают в качестве примеров комменсализма, хотя могут быть отнесены к этой категории.

 

Структура биоценоза

Выделяют следующую структуру биоценоза (не путать со структурой популяций):

1. Видовая структура

Количество видов, образующих биоценоз и соотношение их численности. Видовой состав и насыщенность биоценоза зависят от условий среды. Виды, обладающие по численности, массе и развитию называют доминантными, однако среди них выделяют эдефекаторы – виды, которые совей жизнедеятельностью формируют среду обитания, предопределяя существование других видов, порождают спектр разнообразия биоценоза.

Показатели видовой структуры биоценоза, основанные на количественном учёте:

- обилие вида – число особей данного вида на единицу площади или объёма занимаемого пространства; иногда для расчёт обилия вида вместо числа особей используют значение их общей массы; для растений учитывают проективное обилие или покрытие площади

- частота встречаемости – характеризует равномерность/неравномерность распределения вида в биоценозе; рассчитывается как процентное отношения числа проб или учётных площадок, где встречается вид к общему числу таких проб или площадок; численность и встречаемость не связаны прямой зависимостью

- степень доминирования – показатель, отражающий отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой группировки

2. Пространственная структура

Определяется прежде всего сложением его растительной части – фитоценоза, распределением подземной и надземной массы растений; выделяют вертикальную и горизонтальную структуру;

Вертикальная структура – ярусность, хорошо заметна в фитоценозах и является следствием межвидовой борьбы у растений.

Пример – яруса широколиственных лесов:

1 ярус – деревья первой величины (дуб, липа, вяз) – свыше 50 м высотой

2 ярус – деревья второй величины (дикие яблоня, груша, черёмуха, ива)

3 ярус – подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная)

4 ярус – высокие травы (ландыш майский)

5 ярус – травы значительно ниже (различные виды осок, перелеска многолетняя)

6 ярус – низкие травы (копытень европейский, различные виды мхов)

Межярусные организмы – лишайники, эпифиты, лианы

Животные также могут образовывать яруса.

Горизонтальная структура – размещение видов по горизонтали (мозаичность); причина – неоднородность микрорельефов почв, влияние деятельности человека, а так же влияние животных и человека; пример – чередование голого грунта и почвы с растительностью; свойственна практически всем фитоценозам, поэтому в их пределах выделяют структурные единицы:

- консорция – совокупность видов, связанных между собой трофическими и топическими связями, которые зависят от центрального члена консорции – ядра группировки; в качестве ядра выступает автотрофный организм, эдефекаторы, а компонентами консорции – животные микроорганизмы, грибы, которые непосредственно в нём обитают

- синузии – группа видов фитоценозов, принадлежащих к близким жизненным формам.

- парцеллы – структурная часть горизонтального сечения биогеоценоза, которая отличается от других его частей составом своих компонентов и их свойствами, например в дубраве участки дуба с наземным покровом из сныти, в другом месте дуб растёт на участке, покрытом ландышем майским.

3. Экологическая структура

Каждый биоценоз слагается из определённых групп организмов, соотношение которых отражает экологическую структуру сообщества, складывающаяся за определённый период времени в определённых климатических, почвенно-грунтовых и ландшафтных условиях строго закономерно, например в биогеоценозах разных экологических зон изменяется соотношение фитофагов (животные, питающиеся растениями) и сапрофагов.

Экологическую структуру биогеоценозов отражает такие группы растений, как гигрофиты, мезофиты, ксерофиты, а среди животных – гигрофилы, мезофиллы, ксерофилы. В засушливых мест обитания соответственно обитают растения с ксероморфными признаками (суккуленты и склерофиты), а на сильно увлажнённых территориях – гигрофиты.

Разнообразие и обилие представителей той или иной экологической группы обеспечивает их высокую плотность на единицу поверхности, максимальную биологическую продуктивность, оптимальные конкурентные отношения и даёт чёткое представление об особенностях того или иного биотопа.

 

Экотон и пограничный эффект

Важнейшим признаком структурной характеристики биоценозов является наличие границ сообщества.

Следует отметить, что они редко бывают чёткими и, как правило, соседние биоценозы постепенно переходят один в другой. Как результат образуются обширные пограничные зоны/переходные зоны, отличающиеся особыми условиями.

Переходные пограничные зоны между биоценозами по Б. Небелу (1993)

Таким образом границы между степью и лесом, лесом и лугом, с различными видами эдификаторами выражены обычно хорошо.

Когда озеро окружено болотом, переходящий в степной лес, границы между озером и болотом, болотом и лесом продвигаются с различием влажности в течении сезона.

Независимо от сезонных изменений границы между этими биоценозами не являются резкими, т. к. растения и животные, характерные для каждого из них, проникая на соседние территории создают специфическую «опушку», пограничную зону – экотон.

Между двумя биоценозами пограничная зона занимает промежуточное положение, и эта зона будет отличаться температурным режимом, влажностью, освещённостью.

В переходной зоне произрастают растения, характерные для обоих биоценозов, обилие растений привлекает сюда разнообразных животных, следовательно пограничная зона более богата жизнью, чем каждый из смежных биоценозов.

Пограничная зона представляет собой особое место обитания со своими специализированными видами

Таким образом при пространственном переходе от одного биоценоза в другой число экологических ниш возрастает, т. к. это происходит на границе биотопов, которые обладают свойствами стыкующихся ценозов, нередко дающих новые системные качества.

В таких переходных зонах возникает сгущение видов и особей и наблюдается т. н. пограничный/краевой эффект/эффект опушки/пушечный эффект.

Правило экотона/краевого эффекта и заключается в том, что на стыках биоценозов увеличивается число видов и особей в них.

 

Пищевые цепи

Перенос энергии от одного источника к другому в начале всей цепи питания стоят растения или дендритные организмы.

Перенос энергии с многократным поеданием друг друга – пищевые цепи. Место каждого организма в пищевой цепи называется трофическим уровнем.

В природе достаточно трудно найти простые цепи питания, т. к. отношения организмов в природе гораздо сложнее, т. к. каждый организм не однотипен к питанию.

Человек располагается в конце цепи питания, и как бы не была цепь длинная, энергия, которая заложена в растении через ряд ступеней доходит до последнего звена.

Организмы, относящиеся к одной ступени в цепи питания и принадлежат к одному трофическому уровню. Растения, занимающие первый трофический уровень (уровень продуцентов), животные питающиеся растениями занимают второй трофический уровень, но занимают первый уровень консументов. Хищники, поедающие травоядных, занимают третий трофический уровень, но второй уровень консументов.

Такая трофическая классификация основана не на видовом составе, а на функционировании данного организма.

Каждая популяция может захватывать один или более уровней в зависимости от характера поглощения энергии.

Чем короче пищевые цепи, тем ближе конечный организм к этой цепи и тем более доступна пищевая энергия.

Так как ни один организм не способен сразу расщеплять органическое вещество растений до конечных минеральных продуктов, то каждый организм использует лишь часть энергии органического вещества, тем самым доводя распад до определённых стадий.

Остатки веществ, которые неприемлемы для данного организма разлагаются другими.

Таким образом в процессе эволюции в экосистемах сложились цепи взаимосвязанных видов, которые постепенно, последовательно извлекают материал и энергию из биологической цепи.

В наших широтах наиболее сложные цепи питания наблюдаются в дубравах: достигают до 5 звеньев, переплетаясь между собой, образуя пищевые сети.

Различают 2 типа цепей питания:

1. Простые/пастбищные/цепи выедания – в начале цепи располагается автотроф; переплетаются между собой.

2. Детритные – в начале располагается мёртвое вещество, служащее пище для грибов, моллюсков; эти цепи в биосфере являются наиболее распространёнными и наиболее важными, т. к. в них происходит разложение органического вещества и вовлечение его в круговорот; до 90% энергии в биосфере происходит именно накопление в детритных цепях.

 

Экологические пирамиды

Трофическую структуру биоценоза и экосистемы обычно отражают графическими моделями в виде экологических пирамид; разработаны Элтоном в 1927 году.

Экологические пирамиды – графические модели, отражающие число особей, количество их биомассы или заключённые в них энергии на каждом трофическом уровне и указывающие на понижении всех показателей с повышением трофического уровня.

Связи пищевых и трофических – выделяется питание одних организмов другими и продуктами их жизнедеятельности или исходной пищей.

В зависимости от показателей выделяют 3 типа экологических пирамид:

1. Пирамида чисел (численности) – отражает численность отдельных организмов на каждом трофическом уровне

Количество организмов уменьшается от основания к вершине; правило не абсолютно и применимо в основном к цепям питания, где не включены редуценты – насекомые и их личинки -> насекомоядные -> хищники. В экологии употребляется редко, т. к. на каждом трофическом уровне очень трудно отражать структуру биоценоза в одном масштабе.

2. Пирамида биомасс – соотношение между продуцентами и консументами, выраженные в их массе (как в общем сухом виде, энергосодержании или другой мере общего живого вещества).

Общий вес консументов 1 порядка больше, чем консументов 2 порядка и т. д.

В основном при изучении водных экосистем можно получить обращённую/перевёрнутую пирамиду – биомасса продуцентов оказывается меньшей нежели консументов, а иногда и редуцентов. Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая масса его в данный момент будет меньше, чем у потребителей-консументов (киты, крупные рыбы, моллюски).

3. Пирамида энергии – отражает величину потока энергии, скорость прохождения массы пищи через пищевую цепь, соответственно на структуру биоценоза оказывает влияние не количество фиксированной энергии, а скорость продуцирования пищи.

В 1942 году американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон энергии пирамид: количество энергии, содержащейся в организмах на любом последующем трофическом уровне цепи питания, меньше её значений на предыдущем уровне.

Пирамида энергии и продукции для экосистем суши и океана и биомасс для экосистем океана

а) Количество продукции, образующихся на разных трофических уровнях, подчиняется тому же правилу, что и характерно для энергии; на каждом последующем уровне количество продукции меньше, чем на предыдущем; более того суммарное количество вторичной продукции (энергии), образующейся на разных трофических уровнях будет меньше первичной продукции; эта закономерность абсолютна и объясняется правилом передачи энергии в цепях питания; следует так же отметить, что различия в количестве энергии, содержащейся в единице веса или объёма отдельных видов продукции невелики, например 1 г (сухого веса) растительной и животной продукции содержит от 3 до 5 Кал энергии; пирамиды биомасс сходны с таковыми для энергии и продукции, но только для сухопутных экосистем.

б) Для водных экосистем закономерности соотношения биомасс на различных трофических уровнях имеют следующую специфику: пирамида биомасс перевёрнута, т. е. биомасса животных, потребляющих растительную продукцию больше биомассы растительных организмов; причина – резкие различия в продолжительности жизни организмов сравниваемых уровней: первый уровень (продуценты) представлен в основном фитопланктоном с крайне коротким периодом жизни (несколько часов или дней); второй уровень более живучий, представлен зоопланктоном или другими животными, питающийся фитопланктоном (рыбы), они накапливают биомассу годами или десятилетиями.

 

Динамика экосистем.

Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в постоянной динамике; при этом динамика может быть связана, с одной стороны, с адаптациями к факторам, которые являются внешними по отношению к экосистеме, а с другой стороны связаны с адаптациями к факторами, которые создают и изменяют сама экосистема.

Самый простой тип динамики – суточный; он связан с изменениями таких процессов, как фотосинтез и транспирация растений, а в большей мере эти изменения связаны с поведением животного населения.

Каждый вид индивидуален по своим требованиям к среде, её изменения для одних видов благоприятны, для других наоборот – оказывает угнетающее влияние. Так же сказывается и периодичность в интенсивности размножения. Эти изменения в одних случаях могут повторяться, а в других имеют однонаправленный поступательных характер и обуславливают развитие экосистемы в определённом направлении.

Периодически повторяющуюся динамику называют периодическими изменениями/флуктуациями, а направленную динамику – поступательная/развитие экосистем.

Для поступательной динамики характерным является либо внедрение в экосистему новых видов, либо смена одних видов другими; в результате этого происходит смены биоценозов и экосистем в целом; этот процесс называют сукцессией (от лат. преемственность, наследство).

Различают:

I. Первичные сукцессии – развитие начинается на изначально безжизненном субстрате.

Ход первичной сукцессии на примере наземных экосистем

Берётся участок земной поверхности заброшенные песчаные карьеры в различных географических районов, то для всех этих объектов будут характерны как общие, так и специфические закономерности изменения в экосистемах.

Общие закономерности – заселение живыми организмами, увеличение видового разнообразия, постепенное обогащение почв органическим веществом, возрастание их плодородия, усиление связей между различными видами или трофическими группами организмов, уменьшение числа свободных экологических ниш, постепенное формирование всё более сложных биоценозов и экосистем, повышение их продуктивности.

В каждом случае можно выделить последовательные стадии сукцессии – смена одних экосистем другими, а сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами; их называют климаксными (от греч. лестница) коренными или угловыми

На стадии первичной сукцессии соотношение продукции (Р) и дыхания будет приближаться в сторону Р.

за и опустыниванием территории.

 

Классификация экосистем.

Экосистемы разнообразны. Они классифицируются и выделяют: 1. Микроэкосистемы – капля воды из озера, ствол гниющего дерева.;2. Мезоэкосистемы – пруд, озеро, степь;3. Макроэкосистемы – континент, океан;4. Глобальная экосистема/экосфера – биосфера Земли. Таким образом, природные экосистемы – открытые системы, соответственно они должны получать и отдавать вещества и энергию. Запасы веществ, усвояемые организмами и, прежде всего, продуцентами в природе не безграничны и если бы эти вещества не были бы вовлечены в круговорот, то жизнь на Земле была бы вообще невозможна. Такой бесконечен круговорот веществ возможен при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды. Трофическая структура экосистемы состоит из 2 ярусов: 1. Верхний/автотрофный/«зелёные пояса» – включает фотосинтезирующие организмы, создающие сложные органические молекулы из неорганических простых соединений. 2. Нижний/гетеротрофный/«коричневый пояс» – включает почву, осадки, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ до простых минеральных образований. Состав экосистемы: 1. Неорганические вещества, участвующие в круговоротах (C, N, O2, CO2);2. Органические вещества, связывающие абиотическую и биотические части (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества);3. Воздушная, водная и субстратная среды, включающие абиотические факторы;4. Продуценты – автотрофные организмы (зелёные растения);5. Консументы – гетеротрофные организмы;6. Редуценты. Свойства экосистемы: 1. Целостность;2. Самовоспроизводимость;3. Устойчивость;4. Саморегуляция;5. Эмерджентные свойства (новые, уникальные свойства экосистемы, возникающие в результате синергичного взаимодействия её компонентов). Крупные наземные экосистемы называют биомами. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам связанных друг с другом экосистем. Биом — совокупность экосистем одной природно-климатической зоны. По другим источникам биом — более крупная, чем биоценоз, биосистема, включающая в себя множество тесно связанных биоценозов. Так, в определении Юджина Одума, биом — «термин, определяющий крупную региональную или субконтинентальную биосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта». Существует несколько классификаций; в 1986 году Одун предложил следующую классификацию (мировое распределение биомов): 1. Наземные биомы – тундра (арктическая, альпийская), бореальные хвойные леса, листопадный лес умеренной зоны, степь умеренной зоны, тропические степи и саванны, чапараль (районы с дождливой зимой и засушливым летом), пустыня, полузелёный тропический лес и вечнозелёный тропический лес;2. Типы пресноводных экосистем – лентические (стоячие воды – озёра, пруды), латические (текучие воды – реки), заболоченные угодья; 3. Типы морских экосистем – открытый океан, воды континентального шлейфа, районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством), эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек и т. д.). Основной признак, по которому выделяют биомы суши – особенность растительности того или иного региона. Сходные биомы континентов объединяются в типы биомов. Продвигаясь с севера планеты к экватору можно выделить 9 основных типов сухопутных биомов: тундра, тайга, Биом листопадных лесов умеренной зоны, Степи умеренной зоны, Растительность средиземноморского тина, пустыни, Биом тропических саванн и лугопастбищных земель, Тропическое/колючее редколесье, Биом тропических лесов.

 

Экология пресных вод.

Пресные воды на поверхности континентов образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит, пресные воды могут находиться в текучем и относительно неподвижном стоячем состоянии. Некоторые водоемы могут переходить из одного состояния в другое. В связи с этим пресноводные местообитания подразделяются на:

лентические экосистемы — озера и пруды — стоячие воды;

лотические экосистемы — родники, ручьи, реки — текучие воды;

заболоченные участки, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам — марши и болота.

Составляя весьма малую часть от всех экосистем биосферы, пресноводные экосистемы для человека имеют непреходящее значение вследствие следующих особенностей: 1) пресные воды — практически единственный источник для бытовых и промышленных нужд; 2) пресноводные экосистемы представляют собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов; 3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды.

Лимитирующие факторы водной среды — температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны, вследствие чего опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Прозрачность может быть разная — от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах, до 30—40 м в чистых горных озерах. Течение — также важный лимитирующий фактор в лотических экосистемах — влияет на распространение организмов и содержание газов и солей.

Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах является концентрация кислорода, чего нельзя сказать о концентрации диоксида углерода, но который часто бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния, лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных солей обычно бывают нитраты и фосфаты, иногда ощущается недостаток кальция и некоторых других элементов.

На численности и расселении водных организмов, в особенности рыб, сказывается пространственное разделение пресных водоемов: в разных водоемах одни и те же экологичеcкие ниши занимают рыбы разных видов.

Весьма существенна разница в концентрации солей у гид-робионта и в окружающей водной среде, приводящая к ос-мотическим явлениям на границе «организм — вода». В за-висимости от различий в концентрации солей в рыбе и воде, жидкость в рыбе может быть гипертонична или гипотонична(повышающая или понижающая давление в теле рыбы), и то и другое ведет к гибели животного. Это главная причина, почему пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские — в реке или пресном озере. Но есть рыбы, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у этих животных есть специальные механизмы осмотической регуляции.

Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и представлены организмами всех трофических уровней. Продуценты представлены автотрофами: фото- и хемосинтезирующими микроорганизмами и водными растениями. Консументы — полным набором от растительноядных и хищников различных порядков до паразитов, и т. д. И, наконец, редуценты (сапротрофы) отличаются значительным разнообразием, которое связано с природой субстрата.

Водные организмы с экологических позиций можно клас-сифицировать и по местообитанию в водоеме. Бентос — ор-ганизмы, прикрепленные к дну, живущие в илистых ос