Тема 2. Экология сообществ и экосистем. Биосфера.

Совокупность всех совместно встречающихся видов растений, животных, грибов, микроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию на одном участке территории называют биоценозом или сообществом. Совокупность всех экологических факторов называют биотопом. Биотоп и биоценоз входят в состав биогеоценоза. Этот термин был предложен Н.В. Сукачевым. Биогеоценоз – это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и условиями среды обитания (биотоп), объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их существования, находящихся во взаимосвязи друг с другом, называют экосистемой. Природные биогеоценозы могут быть лесными, степными, луговыми, болотными и др.

Основу биогеоценоза составляют автотрофные зеленые растения – продуценты (производители), синтезирующие органические вещества из неорганических. Готовые органические вещества используют консументы (потребители) – гетеротрофные организмы: растительноядные (консументы 1-го порядка), хищники (консументы 2-го, 3-го порядков). Органические остатки продуцентов и консументов разрушаются гетеротрофными организмами – редуцентами (бактериями, грибами). Основой любого биогеоценоза являются трофические и сопутствующие им энергетические связи.

Перенос потенциальной энергии пищи, создаваемой растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем. Все пищевые цепи входят в круговорот материи, ведущей от продуцентов к редуцентам.

Существуют два основных типа пищевых цепей – пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: трава кузнечик лягушка змея сова. Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к потребителям – хищникам. Типичный пример детритной цепи наших лесов: листовая подстилка дождевой червь черный дрозд ястреб.

В каждой цепи питания организмы последующих трофических уровней способны использовать лишь 5-15 % энергии поступившей биомассы на построение вещества своего тела. Остальная энергия превращается в теплоту и рассеивается или просто не усваивается. Эту закономерность называют правилом экологической пирамиды. Различают три типа экологической пирамиды: 1) пирамида чисел – отражает численность отдельных организмов на каждом трофическом уровне; 2) пирамида биомассы – отражает количество органического вещества, синтезированного на каждом из уровней; 3) пирамида энергии – отражает величину потока энергии.

Ни один биогеоценоз не существует вечно, рано или поздно он сменяется другим. Последовательная, необратимая, направленная смена одного биогеоценоза другим называется сукцессией.

Биосфера. Появление и эволюция жизни на земле привела к формированию биосферы – части геологической оболочки земли, населенной живыми организмами. Термин биосфера предложил в 1875 г. Австрийский геолог Э. Зюсс. Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах было создано в 30-х годах прошлого века В.И. Вернадским. Биологический компонент биосферы – живое вещество, абиотические компоненты – часть земной коры и атмосферы. Эти компоненты связаны сложными биогеохимическими процессами перераспределения энергии и вещества с живым веществом. Границы жизни, следовательно, являются и границами биосферы. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу (океаны, моря, реки, озера) и верхнюю часть литосферы (твердая оболочка земли). По характеру организации и условиям жизнедеятельности организмов различают два основных структурных типа биосферы: континентальный и океанический. Биомасса Земли составляет 0,1 % от массы земной коры и оценивается примерно 2,4 · 10¹² тон: биомасса суши – 99,87 %, мирового океана – 0,13 %. Зеленые растения биомассы суши составляют 99 %, а животные и микроорганизмы – 1 %.

Организмы, составляющие биомассу осуществляют важнейшие биогеохимические функции: 1) энергетическая функция; 2) газовая функция; 3) концентрационная функция; 4) окислительно-восстановительная функция; 5) деструктивная функция. Живые организмы создают в биосфере круговороты важнейших биогенных элементов, которые попеременно переходят из живого вещества в неорганическую материю. Эти циклы делят на две основные группы: круговороты газов (кислорода, углерода, азота) и осадочные круговороты (фосфора, серы и др.).