Соотношение понятий биогеоценоз и экосистема

Живые организмы, взаимно дополняя и обеспечивая жизнедеятельность друг друга, образуют устойчивые сообщества, а в комплексе со средой обитания устойчивую систему – экосистему.

Таким образом океан, море, тундра, тайга, пустыня, лес, лужа, гнилое дерево – всё это экосистема.

В комплексе все экосистемы Земли составляют единую глобальную экосистему – биосферу.

Экосистемы образовались в течении длительной эволюции; это сложный и устойчивый природный механизм, способный путём саморегуляции противостоять изменениям среды и численности.

Экосистема – понятие широкое и применяется как и к естественным (тундра, тайга), так и к искусственным комплексам (аквариум), поэтому для обозначения элементарной природной экосистемы экологи используют термин биогеоценоз.

Биогеоценоз – исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и определёнными условиями среды обитания (биотоп), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Очень часто природные комплексы называют экологическими системами.

Биогеоценоз и экосистема – понятия сходные, но не тождественные; понятие экосистема не имеет ранга и размерности, а биогеоценоз, согласно определению Сукачёва, отличается от экосистемы определённостью объёма.

Если экосистема может охватывать пространство любой протяжённости (от капли прудовой воды до биосферы в целом), то биогеоценоз – экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова, т. е. определённым фитоценозом, следовательно любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.

 

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.