Понятие экосистемы и биогеоценоза

Сообщества организмов неразделимо связаны с неорганической средой, находятся в постоянном взаимодействии. Сообщество образует с неорганической средой определенную экологическую систему, в которой осуществляются перенос энергии и круговорот веществ между живой и неорганической частями.

ЭКОСИСТЕМА — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом за счет осуществляющегося круговорота веществ. Основным свойством экосистем является способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию.

Понятию «экосистема» близко по сути понятие «биогеоценоз». Структура биогеоценоза включает следующие части: ФИТОЦЕНОЗ — растительное сообщество (автотрофные организмы, продуценты); ЗООЦЕНОЗ — животное население (гетеротрофы, консументы); МИКРОБОЦЕНОЗ — различные микроорганизмы (редуценты). Абиотическую часть биогеоценоза слагают совокупность климатических факторов территории, биокосное образование и гидрологические факторы.

БИОГЕОЦЕНОЗ — это исторически сформировавшийся взаимообусловленный комплекс живых и неживых компонентов однородного участка земной поверхности, связанных переносом энергии и обменом веществ.

В основе обоих понятий лежит принцип единства живых и неживых компонентов биологических систем. Термин «экосистема» обозначает системы, обеспечивающие круговорот любого ранга от океана до цветочного горшка. Термин «биогеоценоз» приложим к однородному участку земной поверхности, обычно сухопутному, основным звеном которого является фитоценоз. Каждый биогеоценоз можно назвать экосистемой, но не каждую экосистему биогеоценозом.

БИОЦЕНОЗ — совокупность популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство. Биоценозом является любое сообщество взаимосвязанных организмов, живущих на каком либо участке суши или водоема. Границы сообществ редко бывают четкими. Соседние биоценозы постепенно переходят один в другой, в результате образуются пограничные, или переходные, зоны, отличающиеся особыми условиями.

ЭКОТОН (пограничная полоса) занимает промежуточное положение, отличаясь температурным режимом, влажностью, освещенностью, совмещая типичные условия соседствующих биоценозов. Пограничная зона обычно более богата жизнью, чем смежные биоценозы. В этих зонах наблюдается краевой эффект, или эффект опушки.

Структура биоценоза

Видовая структура биоценоза - характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов.

ДОМИНАНТЫ — виды, которые преобладают по численности, занимают ведущее, господствующее положение в биоценозе. Обычно наземные биоценозы называют по доминирующим видам растений: сосновый бор, сфагновое болото, ковыльная степь.

ПРЕДОМИНАНТЫ — виды, живущие за счет доминантов, животные которые питаются за счет растений.

ЭДИФИКАТОРЫ — виды, создающие условия для жизни других видов данного биоценоза. Это строители сообщества, они определяют микроклимат всего сообщества и их удаление грозит полным уничтожением биоценоза. Как правило ими выступают растения.

Пространственная структура биоценоза включает его вертикальную и горизонтальную структуры.

ЯРУСНОСТЬ — явление вертикального расслоения биоценозов на разновысокие части. Ярусное строение четко определяется в растительных сообществах. В лесу выделяют следующие надземные ярусы: 1-й ярус — деревья первой величины (дуб, ель, сосна, береза); 2-й ярус — деревья второй величины (рябина, черемуха, яблоня); 3-й ярус — подлесок из кустарников (лещина, шиповник, жимолость); 4-й ярус — подлесок из высоких кустарничков и крупных трав (багульник, голубика, вереск,иван-чай); 5-й ярус — низкие кустарнички и мелкие травы (клюква, кислица, земляника); 6-й ярус — мхи и напочвенные лишайники. Ярусно располагаются и подземные части растений, образуя ярусы корней травянистых растений корней кустарников, второстепенный и главный ярусы корней деревьев. Растения каждого яруса и обусловленный ими микроклимат способствуют образованию ярусности фауны — от насекомых до птиц и млекопитающих. Благодаря ярусности различные растения и органы их питания (листья, корни) располагаются на разной высоте и глубине, это позволяет полнее использовать световой поток.

МОЗАИЧНОСТЬ — горизонтальное распределение организмов в биоценозе. Мозаичность обусловлена неоднородностью микрорельефа почв, биологическими особенностями растений. Она может возникнуть в результате деятельности человека (вырубка, кострища) или животных (муравейники, выбросы почвы кротами). В горизонтальной структуре биоценоза выделяют СИНУЗИИ — обособленные части фитоценоза, характеризующиеся определенным видовым составом и эколого-биологическим единством входящих в них видов (синузия сосны, синузия брусники).

Трофическая структура биоценоза — определенная энергетическая структура, обусловленная специализацией живых форм в качестве производителей и потребителей пищи в сообществах. В пределах этой структуры происходит перенос энергии и круговорот питательных веществ. По участию в биологическом круговороте веществ различают три группы организмов.

ПРОДУЦЕНТЫ — автотрофные организмы — синтезируют органические соединения из неорганических с помощью энергии солнечного света. Биомасса органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза, называется первичной продукцией, а скорость ее формирования — биологической продуктивностью экосистем. Продуктивность выражается количеством биомассы, синтезируемой за единицу времени, или энергетическим эквивалентом (джоуль на 1м2 за сутки), или массой сухого органического вещества, создаваемой за единицу времени на единицу площади (кг на 1 га за сутки).

КОНСУМЕНТЫ — гетеротрофные организмы — являются непосредственными потребителями первичной продукции: они питаются готовыми органическими веществами растений или животных. Консументы частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов, а частично строят на ее основе собственное тело. При этом консументы выделяют в окружающую среду отходы, образующиеся процессе их жизнедеятельности. Процесс создания и накопления биомассы на уровне консументов обозначается как вторичная продукция.

РЕДУЦЕНТЫ, или ДЕСТРУКТОРЫ (бактерии, грибы), замыкают путь обмена веществ, полностью разлагая все растительные и животные остатки до не органических составляющих, которые потребляются продуцентами и снова могут быть вовлечены в круговорот веществ.

Цепи питания

В процессе круговорота веществ энергия, содержащиеся в одних организмах, потребляется другими организмами. Перенос энергии и вещества от их источника через ряд организмов происходит по пищевой цепи путем поедания одних организмов другими.

ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ — это ряд видов и их групп, каждая предыдущее звено в котором служат пищей для следующего. Число звеньев может быть различным, но обычно их бывает 3-5. Пищевые цепи делят на 2 основных типа: ПАСТБИШЬНАЯ ЦЕПЬ — начинается с зеленого растения, идет далее к пасущимся растительноядным животным, затем к хищникам;

ДЕТРИТНАЯ ЦЕПЬ (детрит продукт распада) — начинается от мертвого органического вещества идет к микроорганизмам, а затем к детритофагам (организмам, поедающим детрит) и хищникам. Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетаются друг с другом. ПИЩЕВАЯ СЕТЬ — условное обозначение трофических взаимоотношений консументов, продуцентов и редуцентов в сообществе.

ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ — совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания, получающих преобразованную пищу энергию солнца и химические соединения через одинаковое число посредников трофической цепи. Первый трофический уровень (I) занимают автотрофы — зеленые растения (продуценты), второй (II) — травоядные (консументы первого порядка), третий (III) — первичные хищники, поедающие травоядных животных (консументы второго порядка), четвертый (IV) — вторичные хищники (консументы третьего порядка), питающиеся более слабыми хищниками. Группа особей одного вида может занимать один или несколько трофических уровней, исходя из того, какие источники пищи она использует. Замыкают этот круговорот редуценты, разлагающие органические остатки.

При переходе к каждому последующему звену пищевой цепи большая часть (80-90%) потенциальной энергии теряется, переходя в теплоту. Продукция каждого последующего уровня в 10 раз меньше предыдущего. Поэтому чем короче цепь, тем больше энергии доступно для группы организмов. В среднем лишь 10% биомассы и заключенной в ней энергии переходят на следующий уровнь.

ПРАВИЛО ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПИРАМИД (сформулировано Ч.Элтоном в 1927г) — суммарная биомасса, продукция и энергия, а часто и численность особей прогрессивно уменьшаются по мере восхождения по трофическим уровням Изображается в виде графических моделей. Выделяют три типа экологических пирамид: пирамида чисел — отражает численность отдельных организмов в трофических цепях; пирамида биомасс показывает соотношение продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме, выраженное в их массе; пирамида энергии отражает силу потока энергии через последовательные трофические уровни, т.е. эта пирамида отражает скорость прохождения массы пищи через трофическую цепь. Эти основные типы экологической пирамиды, как правило показывают закономерное понижение всех показателей с повышением трофического уровня живых организмов. Значительная часть пищи теряется, тратится на обмен веществ. В некоторых водных экосистемах пирамида биомасс может быть обращенной, когда биомасса продуцентов меньше, чем консументов или редуцентов.

Изменения в биогеоценозах

В биогеоценозах постоянно происходят изменения состояния и жизнедеятельности слагающих их сообществ. Циклические изменения в БГЦ представлены ФЛЮКТУАЦИЯМИ — краткосрочными изменениями, когда сообщества без смены флористического состава отклоняются от определенного среднего состояния. Это связано с ритмикой природных явлений (суточные флюктуации),сменой сезонов года (сезонные флюктуации), либо непостоянными внешними факторами, меняющимися каждый год (многолетние флюктуации).

Поступательные изменения в БГЦ приводят к смене одного БГЦ другим — с иным набором преобладающих видов. АЛЛОГЕННЫЕ СМЕНЫ — вызваны внешними влияниями (абиотическими или антропогенными), изменяющими условия среды. АВТОГЕННЫЕ СМЕНЫ — возникают в результате изменения условий среды за счет процессов, происходящих внутри самого сообщества в отсутствие постепенного изменения абиотических факторов.

СУКЦЕССИЯ — последовательное замещение одного биоценоза другим. По общему характеру сукцессии подразделяются на два типа. ПЕРВИЧНЫЕ СУКЦЕССИИ — начинаются на субстрате, не измененном (или почти не измененном) деятельностью живых организмов. Биоценозы в этом случае формируются на скалах, песках, обрывах. ВТОРИЧНЫЕ СУКЦЕССИИ — это смена уже сформированных биоценозов. Сукцессионные изменения протекают до некоторого предела, после чего сообщество приходит в относительно стабильное состояние. КЛИМАКС — представляет собой заключительную стадию развития биоценоза, на котором он находится в равновесном состоянии с окружающей средой довольно продолжительное время. БИОМЫ ЗЕМЛИ — это климаксовые экосистемы соответствующих географических областей.