Понятие о биоценозе, биогеоценозе, экосистеме

Биоценоз (от греч. биос - жизнь, кэнос - общий) - совокупность (сообщество) популяций различных видов, живущих и взаимодействующих в данном конкретном местообитании. Биогеоценоз- совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. Экосистема (экологическая система) - совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории и взаимодействующих с окружающей их средой.

Положение вида (популяции) при разных формах взаимоотношений обозначается условными знаками: “-”- неблагоприятное влияние, организм испытывает вред; “+”- благоприятное влияние; “0”- не оказывает влияния.

Все биотические связи можно разделить на 6 групп:

1. “++”- взаимополезные, симбиотические взаимоотношения. В этой группе выделяют: а) протокооперацию, когда сотрудничество выгодно, но необязательно (опыление пчелами разных луговых растений); б) симбиоз – неразделимые связи (лишайники – грибы + водоросли; термиты и кишечные жгутиковые, которые вырабатывают фермент, расщепляющий сахара); в)мутуализм – партнерство обязательно (кедровики, питающиеся семенами кедра и распространяющие их).

2. “+0”- полезнонейтральные, или комменсализм (акула и рыба-прилипала). В этой группе выделяют: а)нахлебничество, потребление остатков пищи-хозяина (лев и гиена); б)сотрапезничество; в)квартиранство (орхидеи, лишайники, мхи живут на деревьях).

3. “-0”- отрицательнонейтральные, или аменсализм (травы под деревьями страдают от сильного затенения).

4. “00- нейтральные, или нейтрализм.

5. “+-”- полезновредные, в этой группе выделяют: а)хищничество и б)паразитизм.

6. “--”- взаимовредные, или конкуренция,которая возникает при взаимодействии организмов со сходными экологическими потребностями. Такой тип взаимодействия выражает принцип Гаузе, который гласит: «Если два конкурирующих вида сосуществуют в стабильных условиях, то это происходит благодаря дифференциации ниш, то есть разделения реализованных ниш этих видов; если, однако, такой дифференциации не происходит или если ей препятствуют условия среды, то один из конкурирующих видов будет истреблен или вытеснен другим».

Трофическая структура биоценоза. В биоценозе или экосистеме выделяют два важнейших компонента: автотрофный и гетеротрофный. Автотрофный компонент("самостоятельно питающийся") состоит из зеленых растений, которые, используя солнечную энергию, синтезируют органическое вещество своих клеток (биомассу) из минеральных компонентов окружающей и является основным поставщиком органического вещества и связанной в нем энергии в биоценозы и экосистемы. Эти организмы в экологии называют продуцентами, а создаваемое ими органическое вещество - первичной продукцией.

Гетеротрофный компонент ("питающийся другими") состоит из организмов, получающих необходимую им энергию с пищей за счет разложения органического вещества, первоначально созданного продуцентами. Гетеротрофные организмы подразделяют на две крупные группы: консументы и редуценты. Консументы - организмы, потребляющие готовое органическое вещество (все животные, паразитические и насекомоядные растения). Редуценты - гетеротрофные организмы (грибы и микроорганизмы), которые питаются мертвым органическим веществом и в ходе жизнедеятельности разлагают его до неорганических. Благодаря им важнейшие биогенные элементы, содержащиеся в погибших организмах, возвращаются в биологический круговорот и многократно используются в обмен веществ живых организмов. Благодаря совместному действию этих трех групп организмов поддерживается относительно замкнутый вещественный круговорот в экосистемах и биогеоценозах. В плоскости проблемы "Человек и биосфера" функциональное подразделение всех живых организмов подчеркивает тот факт, что в природе абсолютно все организмы можно рассматривать как звенья непрерывного биогеохимического или экологического конвейера, передающие друг другу атомы элементов, слагающих организмы. Это указывает на то, что нет "лишних" или "бесполезных" видов и организмов.

Пищевые цепи и трофические уровни. Через ряд организмов происходит перенос вещества и энергии, и каждый предыдущий организм поставляет последующему сырье и энергию в виде пищи. Такая последовательность организмов называется пищевой цепью,
а каждое ее звено - трофическим уровнем (от греч. трофос-питание). Первый трофический уровень занимают продуценты, или автотрофы. Ко второму, третьему и.т.д. уровням относятся консументы первого порядка, консументы второго порядка, третьего и. т.д.

Пищевые цепи разделяют на два основных типа - пастбищные и детритные:

1. Пастбищные цепи начинаются с зеленого растения и ведут к организмам, поедающим эти растения, а затем к хищникам, питающимися растительноядными животными, или паразитам;

2. Детритные цепи начинаются от мертвого органического вещества отмерших организмов или их частей и далее ведут к организмам, питающимися этим мертвым органическим веществом (детритофагам) или их консументам (хищникам - гиена,кондоры и др.). Совокупность пищевых (трофических) цепей данного биоценоза образует его пищевую (трофическую) сеть.

Продуктивность биоценозов. Различают первичную и вторичную продуктивность биоценозов. Первичной продуктивностью называют скорость, с которой солнечная энергия усваивается организмами-продуцентами (зелеными растениями) в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ синтезируемой биомассы. Различают два вида первичной продуктивности- валовую и чистую. Необходимопомнить, что часть образующейся биомассы постоянно выедается консументами. Поэтому продуктивность обычно больше, чем скорость прироста наблюдаемой биомассы.

Валовая первичная продуктивность - это общая скорость фотосинтеза, включая скорость образования и той органики, которая за время измерений расходуется растениями на дыхание. Чистая первичная продуктивность - скорость накопления вещества экологической системой за вычетом того вещества, которое израсходовано на дыхание. Продуктивность (или продукция) консументов называется вторичной продуктивностью.

Поток энергии и круговорот химических элементов в экосистеме. Любая экосистема состоит из биотических и абиотических компонентов, которые тесно взаимодействуют между собой, обмениваются веществом и энергией: живые организмы поглощают вещества и энергию из окружающей среды и возвращают их обратно в окружающую среду в процессе жизнедеятельности. Все живые организмы являются потребителями пищи, т.е. вещества и энергии. В процессе дыхания происходит высвобождение энергии из богатых ею веществ, полученных с пищей. "Энергия не создается и не исчезает"- гласит первый закон термодинамики. Она существует в разнообразных формах - световая, химическая, механическая, звуковая, тепловая, электрическая и.т.д. И все эти формы могут переходить одна в другую. Энергию можноопределить как способность совершать работу. И все живые организмы можно рассматривать как работающие "машины", которым необходим постоянный приток энергии извне.

Живые организмы могут использовать только две формы энергии - световую и химическую. По источнику энергии все живые организмы подразделяются на фототрофные и хемотрофные. К фототрофным относятся организмы, которые синтезируют все необходимые им органические вещества за счет энергии света (фотосинтез), к ним относятся все растения и сине-зеленые водоросли. Хемотрофные организмы синтезируют органические вещества за счет энергии химических связей различных веществ. К ним относятся все животные и бактерии. В результате фотосинтеза все зеленые растения улавливают 1% солнечной энергии, от всей падающей на поверхность Земли солнечной энергии, и эта энергия обеспечивает жизнедеятельность всех живущих на планете организмов (закон 1% энергии). При переходе энергии с предыдущего трофического уровня на последующий 90 % энергии затрачивается на процессы жизнедеятельности и энтропию. Поэтому при переходе с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10% энергии биомассы или вещества в энергетическом выражении (закон Линдемана). Поэтому пирамида энергии реально отражает поток энергии в экосистемах и всегда правильной формы.

Динамические процессы в экосистеме. Важнейшее свойство экосистем - устойчивость, сбалансированность происходящих в них процессов обмена веществом и энергией между всеми компонентами. Экосистеме свойственно состояние подвижного равновесия - гомеостаза (греч. гомео - подобный, стазис - состояние). Гомеостаз обеспечивается механизмами обратной связи. Принцип обратной связи заключается в том, что некоторый управляющий компонент какой-либо системы получает информацию от управляемых компонентов, используя эту информацию для внесения коррективов в дальнейший процесс управления. В экосистемах все время поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Любая экосистема всегда сбалансирована, т.е. устойчива (гомеостатична). Популяция хищников поддерживает на определенном уровне популяцию жертв (обратная положительная связь). Но резкое снижение численности популяции жертвы приведет к снижению и численности популяции хищника (обратная отрицательная связь). При некоторых условиях обратная отрицательная связь, то есть передача информации может быть по какой-либо причине нарушена. Нарушение сбалансированности системы может быть обратимым или необратимым.Это нарушение может вызвать хозяйственная деятельность человека. В зависимости от степени и времени воздействия антропогенного фактора происходит нарушение стабильности или распад всей экосистемы. Многочисленные исследования с применением методов математического анализа показали, что экологические системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее. Стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической цепи.

Экологическая сукцессия.

Сукцессия – смена биоценозов и экосистем в целом. Первичная сукцессия– развитие происходит на безжизненном субстрате (заброшенные песчаные карьеры). Сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Характерные закономерности сукцессии в том, что каждой присущ набор видов, характерных для данного региона наиболее приспособленных к определенной стадии развития сукцессионного ряда.. Вторичные сукцессии отличаются от первичных тем, что начинаются не с нулевых значений, а возникают на месте разрушенных или нарушенных экосистем (после вырубок лесов, пожаров). Основное отличие этих сукцессий: – протекают быстрее первичных, так как начинаются с промежуточных стадий (трав, кустарников) на фоне более богатых почв.