Понятие об экологической нише

Понятие об экологической нише было введено для обозначения роли, которую тот или иной вид играет в сообществе. Под экологической нишей следует понимать – совокупность факторов среды, в которой обитает тот или иной вид организмов, их место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго.

Экологическая ниша – абстрактное понятие, это совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Экологическая ниша включает:

–  химические;

–  физические;

–  биотические факторы.

Эти факторы необходимы организму для жизни, и определяются его морфологической приспособленностью, физиологическими реакциями и поведением.

В разных частях света и на разных территориях встречаются виды, неодинаковые в систематическом отношении, но сходные по экологии – их называют экологически эквивалентными.

Термин экологическая ниша впервые был предложен в 1914 году американским зоологом-натуралистом Д.Ж. Гриннеллом. Под «нишей» он понимал условия, в которых живет вид. Позднее в 1927 году английский зоолог Ч. Элтон термин «ниша» определил как самую мелкую единицу распространения вида, а также его место в биотической среде и положение в цепях питания. Более полное представление об экологической нише дает так называемая многомерная модель, которую разработал в 1957 году американский ученый Г. Хатчинсон. Он предложил понимать под нишей весь диапазон факторов среды, в котором данный вид в течение длительного времени живет и размножается.

Экологическая ниша – место занимаемое видом (точнее – его популяцией) в сообществе (биогеоценозе). Взаимодействие данного вида (популяции) с партнерами по сообществу, в которое он входит в качестве сочлена, определяет его место в круговороте веществ, обусловленным пищевыми и конкурентными связями в биоценозе.

При определении экологической ниши нужно учитывать большое число факторов, место вида в природе, описываемое этими факторами, представляет собой многомерное пространство. Г. Хатчинсон разделял нишу фундаментальную, которую может занять популяция при отсутствии конкуренции (она определяется физиологическими особенностями того или иного организма) и нишу реализованную, т. е. часть фундаментальной ниши, в пределах которой вид реально встречается в природе и которую он занимает при наличии конкуренции с прочими видами. Реализованная ниша обычно меньше фундаментальной. Каждый вид имеет свою экологическую нишу.

Иногда внедрение инородного вида в экологическую систему с незанятыми экологическими нишами могут приводить к бедствиям, например: завезенные кролики в Австралию. Они размножились там в огромном количестве только из-за того, что была свободна экологическая ниша, которую они заняли. В других случаях – может приносить пользу человеку. Например, завезенная ондатра из Северной Америки. В конце 20-х гг. ХХ в. этот крупный грызун с довольно ценным мехом был завезен на территорию России. Зверек занял свободную экологическую нишу, поселившись на берегах рек, озер и болот. Следовательно, чужой для нашей фауны вид помог многим одеться в теплые ондатровые меха.

Закон конкурентного исключения Г. Гаузе для близких по экологии видов в свете учения об экологической нише может быть сформулирован таким образом: «два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичные, т. е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу».

Главной проблемой, стоящей перед сообществом растений или животных – это распределение жизненного пространства. Характерно, что организмы приспособились разделять экологические ниши. Это могут быть пространственные или временные их разделения. Можно отметить, что птицы, обитающие в разных местах крон деревьев, могут никогда не сталкиваться с птицами, обитающими в листве кустарников. Многие млекопитающие, как речные бобры, метят территорию своего проживания пахучими веществами, другие животные оповещают соседей предостерегающими криками.

Для ослабления конкуренции между конкурирующими видами часто разделяют имеющиеся ресурсы. Животные разделяются на активных днем и проявляющих свою активность ночью. Например, летучие мыши делят воздушное пространство с другими птицами, используя смену дня и ночи, охотясь на насекомых. Хотя у них есть слабые конкуренты, как козодои и совы.

Разделение экологических ниш на ночную и дневную наблюдается также и у растений. Большинство растений распускают цветки днем для опыления насекомыми, отдельные – ночью (табак душистый, мобка двулистная и др.). Обычно ночные виды растений испускают еще и привлекающий насекомых аромат.

Специалисты различают специализированные и общие ниши. Как правило, большинство всех видов растений и животных могут жить и размножаться только в специализированных нишах, где поддерживаются:

–  определенный температурно-влажностный режим;

–  определенные физико-химические факторы;

–  источники питания.

В природе размерность экологических ниш может быть самой различной. Некоторые организмы могут существовать в широких экологических амплитудах и тем самым расширять свою экологическую нишу. Другие организмы в процессе эволюции приспособились к довольно узким экологическим нишам. Например, один из видов азиатских комаров, обитающий в Таиланде, размножается только в ямках от следов слоновых ног, заполненных дождевой водой.

В сообществах нередко многие виды на разных стадиях своего развития занимают разные экологические ниши. Например, личинки майского жука являются корнеедами, а взрослые особи – листоедами, головастики лягушки питаются растениями, а взрослые лягушки – насекомыми (рис. 4.2).

 Каждое зеленое растение обеспечивает существование целого ряда экологических ниш. Каждая из ниш включает в себя разнородные по видовому составу организмы. Например, в группу сосущих входят тля, клопы, а в группу листоедов – личинки бабочек, долгоносики и др.

 

Глава 5. Экосистема

Понятие об экосистеме

Экологическая система – это функциональное единство организмов и окружающей среды. Это совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и окружающей средой. Таким образом, вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время. Нарушение функций одного из компонентов вызовет нарушение устойчивости всей экосистемы.

При характеристике биоценоза мы рассматривали, только живые организмы, отмечая, что место на котором развивается биоценоз, называется биотопом. Следовательно, экосистема – это природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (атмосфера, почва, вода), связанными между собой обменом веществ и энергии. (Киселёв В.Н.,1998)

Термин «экосистема» ввел в экологию в 1935 г. английский ботаник А. Тенсли. Он считал, что не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома-факторы, местообитания в самом широком смысле. Везде, где мы наблюдаем отчетливое единство растений, животных и микроорганизмов, объединенных отдельным участком окружающей среды, мы имеем пример экосистемы.

Экосистема – это основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная особенность всего живого и среды его обитания.

Понятие «экосистема» можно применить к объектам различной степени сложности и разного размера. Например, это кочка на болоте и само болото, лужа, озеро, луг, лес и т.д. На рисунке 5.1 представлены наземные, пресноводные и морские экосистемы.

Рис 5.1 Экосистемы

Следовательно, каждая конкретная экосистема может характеризоваться определенными границами (болото, лес, озеро, луг и др.). Экосистема обладает признаками безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Как правило, экосистемы разграничиваются:

–  элементами абиотической среды (рельеф, видовое разнообразие);

–  физико-химическими и трофическими условиями.

Размер экосистемы не может быть выражен в физических единицах измерения. Выражается он системной мерой, учитывающей процессы обмена веществ и энергии.

Под экосистемой понимается совокупность биотической и абиотической среды, при взаимодействии этих сред происходит полный биологический круговорот, где принимают участие продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.

По размерности экосистемы можно разделить:

· микроэкосистемы, например: пень или гниющее дерево в лесу после бурелома;

· мезоэкосистемы, например: лес, река, болото, кукурузное поле, березовая роща;

· макроэкосистема, например: море, степь, заполярье.

Естественные экосистемы характеризуются основными признаками:

–  экосистема всегда представлена совокупностью биотических и абиотических факторов;

–  в пределах экосистемы осуществляется полный цикл круговорота веществ, начиная с создания (фотосинтеза) органических веществ и их разложения на неорганические;

–  устойчивость экосистемы сохраняется в течение определенного времени.

Характерно, что экосистема характеризует фактически существующие сообщества в их активной взаимосвязи с окружающей средой и принадлежат к открытым термодинамическим системам, т. е. они должны отдавать и получать энергию и обмениваться веществом.

Необходимо указать, что все компоненты экосистем взаимосвязаны, соотношение видов складывалось веками. Появление любого нового вида для экосистемы, может нарушить естественное равновесие. Например, в рождественские дни в 1859 г. в Австралию были впервые завезены 24 кролика. Хищники, питающиеся кроликами, в местной фауне отсутствовали. Эти плодовитые грызуны быстро размножились. Эти травоядные животные ухудшили кормовую базу скотоводства и нанесли огромный ущерб урожаю сельхозкультур, т. е. «кролики съели Австралию» Это печальная быль, а не шутка. Как видно, внедрение чужеродного вида в экосистему со свободными экологическими нишами представляет определенную опасность.

Динамика экосистем

Для естественной экосистемы характерны основные признаки:

* экосистема состоит в обязательной совокупности биотических и не биотических факторов;

* в границах экосистемы происходит полный цикл круговорота веществ, т.е. создание органических веществ и заканчивается разложением их на неорганические;

* устойчивость экосистемы сохраняется в течение определённого времени.

Экосистемы подвержены постоянным изменениям. Под влиянием потока энергии и питательных веществ одни виды растений и животных постепенно отмирают или постепенно уступают место другим. Старые деревья отмирают, а на их место идет цикл развития новых.

Если биоценоз разрушается под действом пожара, урагана, рубки леса, то восстановление его идет медленно. Изменения экосистемы во времени в результате внутренних и внешних воздействий называется динамикой экосистемы.

Сформировавшиеся биоценозы имеют:

–  определенное строение;

–  флористико-фаунистический состав;

–  физиологические особенности. Несмотря на устойчивость они отличаются динамизмом, изменчивостью, подвержены влиянию внутренних и внешних факторов.

Многие специалисты выделяют следующие смены биогеоценозов или экосистем:

· вековые (эволюция материков и флор) связаны с процессами подбора видов, способных существовать совместно, а также с возникновением новых видов;

· длительные (десятки, сотни лет) примером является замена мелколиственных лесов, возникших на месте ельников, уничтоженных рубками или пожарами, снова еловыми лесами;

· быстрые смены связаны с уничтожением или сильным нарушением биогеоценоза под влиянием природных или антропогенных факторов.

Термин «сукцессия» впервые был употреблен французским ботаником Де Люком в 1806 г. для обозначения смен растительности. Впервые теория сукцессии была детально разработана в 1916 г. американским ученым Ф. Клементсом.

Сукцессия (от лат. successio – преемственность, наследование) – это постепенная, необратимая направленная смена одних биоценозов другими на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека.

Примерами сукцессии могут быть:

–  зарастание сыпучих песков, каменистых россыпей, отмелей;

–  заброшенные сельскохозяйственные земли и заселение их растительными и животными организмами.

Изложенный выше тип сукцессии, начинающийся с заселения обнаженной горной породы или другой поверхности, лишенной почвы (например: песчаных дюн или бывшего ложа ледника), называется первичной сукцессией. Вторичной сукцессией называют поверхность полностью или в значительной степени лишенной растительности, но прежде она находилась под влиянием живых организмов, и обладает органическим компонентом. Например, это лесные вырубки, выгоревшие участки или заброшенные сельскохозяйственные угодья. В такой почве могут сохраняться семена, споры и органы

 вегетативного размножения, например, корневища, которые будут оказывать влияние на сукцессию. Примером вторичной сукцессии может быть образование торфяного болота при зарастании озера.

Любой перерыв в движении по направлению к климаксу, вызванный местными условиями рельефа, микроклимата, землепользованием и т.д., тоже может привести к формированию устойчивого сообщества. Например, горы и холмы постепенно будут разрушаться организмами и эрозией горной породы в результате выветривания, что приводит к формированию слоя почвы, достаточного для того чтобы здесь смогли поселиться более крупные растения, такие как мхи и папоротники. В конце концов за этими растениями последуют еще более крупные и требовательные к питательным веществам формы – семенные растения, включая травы, кустарники и деревья. На рис. 5.2 представлена схема типичной последовательности такого рода сообщества.

Такая смена одних видов другими за некоторый период времени называется экологической сукцессией. Завершающее сообщество – устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой – называется климаксным сообществом. В животном мире этих сообществ тоже происходит смена одних видов другими, в значительной мере обусловленная сменой растительности, но этот процесс зависит еще и от того, какие животные могут мигрировать из соседних сообществ.

Рис.5.2. Типичная наземная сукцессия