Структуры экосистем и их основные характеристики

Экосистема любого уровня состоит из двух основных компонентов: автотрофного и гетеротрофного. Первый включает продуценты (фотосинтезирующие растения — фототрофы или хемотрофы), создающие энергетическую базу для существования гетеротрофного компонента; с них начинается круговорот веществ. Ко второму относятся консументы первого, второго и третьего порядков, а также редуценты (деструкторы), которые используют, перестраивают и разлагают сложные вещества, синтезированные автотрофами. Автотрофные организмы не могут существовать без гетеротрофов, поскольку последние создают минеральную питательную базу для продуцентов, а также перерабатывают выделения растений (газообразные и жидкие), проводя, таким образом, детоксикацию продуктов жизнедеятельности автотрофов. Кроме того, экосистема взаимодействует с участком неживой природы, используя запасы минеральных элементов для своего существования.

Структура экосистемы достаточно полно проявляется на примере биогеоценоза, все компоненты которого тесно связаны между собой единством территории, общим потоком энергии (от Солнца к автотрофам и от них к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов, сезонными колебаниями климатических условий, численностью и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.

Биоценозы, в отличие от биогеоценоза, включают только взаимосвязанные между собой живые организмы, обитающие в данной местности. Биоценоз — это, по сути, система популяций, населяющих тот или иной экотоп (от греч. topos — место).

Биоценозы - группировки живых организмов, находящихся в стабильном равновесии, устойчивые во времени. Они характеризуются:

1) видовым разнообразием — числом видов растений, животных и других организмов (микробов, грибов), образующих биоценоз;

2) плотностью популяций — числом особей каждого вида в данном биоценозе;

3) биомассой - общим количеством живого органического вещества, выраженного в единицах массы¹.

Из многих сходных по своей биологии видов одного биоценоза (или экосистемы) обычно лишь немногие (5—10%) составляют основную часть - как правило, 4/5 биомассы данной группы. Виды, количественно преобладающие в данном сообществе, называются видами-доминантами. Они имеют высокую плотность популяций, что свидетельствует об их оптимальной приспособленности к данному биоценозу. Кроме того, для вида как структурного элемента биоценоза решающее значение имеет не его систематическое положение, а так называемая жизненная форма, т. е. внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды. Например, у растений жизненными формами являются деревья, кустарники, лианы, травы и т. д. Один и тот же вид может иметь разные жизненные формы в различных условиях. Так, кедр в равнинных лесах - это высокоствольное дерево, а в высокогорье - низкорослый стланик.

Итак, в состав каждого биоценоза входят функциональные компоненты: продуценты, консументы I - III порядков, а также редуценты. Такая структура экосистемы обеспечивает перенос вещества и энергии по цепям питания от звена (трофических уровней) к звену. В реальных условиях цепи питания могут иметь разное число звеньев. Кроме того, цепи могут перекрещиваться, образуя сети питания. Почти все виды животных, за исключением узкоспециализированных в пищевом отношении, используют не один какой-нибудь источник пищи, а несколько. Если один из видов биоценоза выпадает из сообщества, вся система не нарушается, так как используются другие источники питания. Чем больше видовое разнообразие в биоценозе, тем он устойчивее.

Общая закономерность в биоценозе состоит в том, что в начале пищевой цепи всегда находятся зеленые растения, а в конце - хищники. С каждым звеном в трофической цепи организмы становятся крупнее и медленнее размножаются. Особи вида, занимающего положение высшего звена, свободно размножаются, конкурируют друг с другом, но во взрослом состоянии не имеют опасных врагов и непосредственно не истребляются. Виды, занимающие положение низших звеньев, хотя и обеспечены питанием, но сами интенсивно поедаются (например, грызуны). Отбор у этой группы идет в направлении увеличения плодовитости.

Помимо трофических связей, играющих очень важную роль, в биоценозе существуют и другие взаимоотношения. Одни организмы становятся субстратом для других (например, деревья и лишайники на них), создают для других организмов необходимый микроклимат, обеспечивают нормальное размножение (например, опыление цветковых растений насекомыми) или расселение (например, распространение кедровкой семян сибирской кедровой сосны).

Динамика взаимодействия и работы различных компонентов экосистемы - важнейший временной аспект организации сообщества. Очень важно, чтобы темпы преобразования вещества и энергии во всех звеньях экосистемы совпадали. Без этого устойчивое существование биоценоза невозможно. На формирование экосистемы влияют и факторы неживой природы, в первую очередь, климатические условия, а также особенности рельефа местности.

Разнообразие природных условий на нашей планете приводит к

формированию в тех или иных регионах различных типов экосистем. Так как земная поверхность дифференцированна, со временем возникли более или менее разграниченные комплексы взаимоотношений между организмами и факторами среды. Определенные группы организмов так тесно связаны потоками вещества и энергии, что образуют довольно стабильные в географическом отношении экологические комплексы - биомы. Биомом называется совокупность видов растений и животных, составляющих население одной природной зоны. Биом характеризуется определенным типом структуры сообщества, выражающим комплекс адаптации к условиям среды. Существуют следующие основные типы биомов: тундра, хвойный лес, лиственный лес, влажный тропический лес, степь, пустыня. Площадь пустынь постоянно увеличивается как по естественным причинам, так и под влиянием деятельности человека. Следует отметить, что наряду с основными типами биомов существует множество переходных вариантов: лесотундра, лесостепь, хвойно-лиственный лес, полупустыня и др.