Структура биогеоценоза и экосистемы

17.Экосистемы и биогеоценозы

Структура биогеоценоза и экосистемы

Экосистема(от греческого слова oikos — жилище,местопребывание) — любой природныйкомплекс (биокосная система). Он состоитиз живых организмов (биоценоз) и средыих обитания: косной (например,атмосфера) или биокосной (почва, водоеми т. п.), связанных между собойпотоками вещества, энергии и информации.

Гниющий пень со всеми его многочисленнымиобитателями (грибами, микроорганизмами,беспозвоночными) — экосистеманебольшого масштаба. Озеро с воднымии околоводными организмами (в томчисле птицами, питающимися воднымиживотными, прибрежной растительностью) —тоже экосистема, но большего масштаба.Самая большая экосистема — всябиосфера в целом.

В экосистемевсегда есть энергетический вход и выход.Большая часть энергии для существованияэкосистем поступает за счет энергииСолнца, первично улавливаемой автотрофами,основную массу которых составляютзеленые растения. По пищевым цепямэта энергия и вещество включаютсяв круговорот, характерный для каждойэкосистемы.

Первичные и вторичныегетеротрофы (травоядные и плотоядныеживотные) используют накопленную энергиюи созданное автотрофами вещество,которое затем вновь поступает в круговоротпосле его разложения и минерализациигетеротрофами-сапрофитами (грибами,микроорганизмами). Выход из этогокруговорота — в осадочные породы(см. Круговорот веществ в природе).

Термин «экосистема» предложил в 1935 г.английский ботаник А. Тенсли. В 1944 г.советский биолог В. Н. Сукачев ввелблизкое к нему понятие «биогеоценоз».Биогеоценоз, в понимании В. Н. Сукачева,отличается от экосистемы определенностьюсвоего объема. Экосистема может охватыватьпространство любой протяженности —от капли прудовой воды до биосферы.

Биогеоценоз — определенный участоктерритории, через который не проходитни одна существенная биоценотическая(см. Биоценоз), гидрологическая,климатическая, почвенная или геохимическаяграница. Биогеоценозы — это кирпичики,из которых сложена вся биосфера.

На суше границы биогеоценоза обычновыделяют по характеру растительногопокрова: изменение растительностимаркирует почвенные, геохимическиеи другие границы. Размеры биогеоценозовразличны — от нескольких сотенквадратных метров до несколькихквадратных километров, а по вертикали —от нескольких сантиметров (на скальныхпородах) до нескольких сотен метров(в лесах).

Совокупность популяцийорганизмов, входящих в экосистему(обычно в пределах биогеоценоза),жизнь которых тесно связана с каким-тоодним, центральным видом, называетсяконсорцией (от латинского словаconsortium — сообщество).

Обычно в ролицентрального вида консорции выступаетрастение, которое определяет весьхарактер биогеоценоза: в ельниках —ель, в сосняках — сосна, в ковыльнойстепи — ковыль и т. д. Связьмежду центральным видом и остальнымив консорции может быть самая разная:через пищевые цепи, как местообитание(лишайник на стволе сосны), созданиекомфортных микроклиматических условий(влажность, тень под пологом дерева).

17. Экосистемы и биогеоценозы

Экосистема– это любое единство, включающее всеорганизмы и весь комплекс физико-химическихфакторов и взаимодействующее с внешнейсредой. Экосистемы – это основныеприродные единицы на поверхности Земли.

Учениеоб экосистемах было создано английскимботаником Артуром Тенсли (1935).

Дляэкосистем характерен разного рода обменвеществ не только между организмами,но и между их живыми и неживымикомпонентами. При изучении экосистемособое внимание уделяется функциональнымсвязям междуорганизмами, потокамэнергии и круговоротувеществ.

Пространственно-временныеграницы экосистем могут выделятьсядостаточно произвольно. Экосистемаможет быть идолговечной (например,биосфера Земли), и кратковременной (например,экосистемы временных водоемов).

Экосистемымогут бытьестественными и искусственными.

С точки зрения термодинамики, естественныеэкосистемы – всегда открытые системы(обмениваются с внешней средой веществоми энергией); искусственные экосистемымогут быть изолированными (обмениваютсяс внешней средой только энергией).

Биогеоценозы.Параллельно с учением об экосистемахразвивалось и учение о биогеоценозах,созданное Владимиром НиколаевичемСукачевым (1942).

Биогеоценоз–этосовокупность на известном протяженииземной поверхности однородных природныхявлений (атмосферы, растительности,животного мира и микроорганизмов, почвы,горной породы и гидрологических условий),имеющая свою особую спецификувзаимодействий слагающих компонентови определенный тип обмена веществом иэнергией между собой и другими явлениямиприроды и представляющая собой внутреннепротиворечивое единство, находящеесяв постоянном движении, развитии.

Биогеоценозыхарактеризуются следующими чертами:

– биогеоценозсвязан с определенным участком земнойповерхности; в отличие от экосистемыпространственные границы биогеоценозовне могут быть проведены произвольно;

– биогеоценозысуществуют длительное время;

– биогеоценоз– это биокосная система,представляющая собой единство живой инеживой природы;

– биогеоценоз– это элементарная биохорологическая ячейкабиосферы (то есть биолого-пространственнаяединица биосферы);

– биогеоценоз– это арена первичных эволюционныхпреобразований (то есть эволюцияпопуляций протекает в конкретныхестественноисторических условиях, вконкретных биогеоценозах).

Такимобразом, как и экосистема, биогеоценозпредставляет собой единство биоценозаи его неживой среды обитания; при этомосновой биогеоценоза является биоценоз.Понятия экосистемы и биогеоценозавнешне сходны, но, в действительности,они различны. Иначе говоря, любойбиогеоценоз – это экосистема, но нелюбая экосистема – биогеоценоз.

Структураэкосистемы

Поддержаниежизнедеятельности организмов и круговоротвеществ в экосистеме возможны толькоза счет постоянного притокавысокоорганизованной энергии. Основнымпервичным источником энергии на Землеявляется солнечная энергия.

Вэкосистемах наблюдается постоянный потокэнергии,которая переходит из одной формы вдругую.

Фотосинтезирующиеорганизмы переводят энергию солнечногосвета в энергию химических связейорганических веществ. Эти организмыявляются производителями,или продуцентамиорганическоговещества. В большинстве случаев функциипродуцентов в экосистемах выполняютрастения.

Гетеротрофныеорганизмы получают энергию при поглощенииорганических веществ и называютсяпотребителями, иликонсументами.Существуют консументы первогопорядка (растительноядные организмы,или фитофаги),второго порядка (организмы, питающиесяфитофагами, или зоофаги)и высших порядков (хищники и сверх–хищники,паразиты и сверх–паразиты).

Вбольшинстве случаев функции консументов вэкосистемах выполняют животные.Организмы, которые специализируютсяна добывании строго определенной пищи,называются монофаги.Организмы, которые могут питатьсяразличной пищей, называютсяполифаги.Для полифагов характерен широкий спектрпитания,включающий основную, второстепенную ислучайную пищу.

Погибшиеорганизмы и отходы жизнедеятельностив любой форме потребляются организмами,разрушающими мертвое органическоевещество до неорганических веществ– редуцентами,или деструкторами.К редуцентам относятся различныеживотные (как правило, беспозвоночные),грибы, прокариоты:

– некрофаги – трупоеды;

копрофаги (копрофилы, копротрофы)– питаются экскрементами;

сапрофаги (сапрофиты, сапрофилы, сапротрофы)– питаются мертвым органическимвеществом (опавшими листьями,линочными шкурками);к сапрофагам относятся:

– ксилофаги (ксилофилы, ксилотрофы)– питаются древесиной;

– кератинофаги (кератинофилы, кератинотрофы)– питаются роговым веществом;

– детритофаги –питаются полуразложившимся органическимвеществом;

окончательныеминерализаторы –полностью разлагают органическоевещество.

Продуцентыи редуценты обеспечивают круговоротвеществ вэкосистеме: окисленные формы углеродаи минеральных веществ превращаются ввосстановленные и наоборот; происходитпревращение неорганическихвеществ в органические, а органических– в неорганические.

Пищевыецепи

Припоследовательной передаче энергии отодних организмов к другим образуются пищевые(трофические) цепи.

Трофическиецепи, которые начинаются с продуцентов,называются пастбищныецепи,или цепи выедания.Отдельные звенья пищевых цепейназываются трофическиеуровни.В пастбищных цепях выделяют следующиеуровни:

1-йуровень – продуценты (растения);

2-йуровень – консументы первогопорядка (фитофаги);

3-йуровень – консументы второгопорядка (зоофаги);

4-йуровень – консументы третьегопорядка (хищники);

5-йуровень – консументы высшихпорядков (сверх–хищники,паразиты и сверх–паразиты).

Погибшиеорганизмы и отходы жизнедеятельностикаждого уровня разрушаются редуцентами.Трофические цепи, которые начинаютсяс редуцентов,называются детритные цепи.

 Детритные цепиявляются основой существования зависимыхэкосистем, в которых органическоговещества, произведенного продуцентами,недостаточно для обеспеченияэнергией консументов (например,глубоководные экосистемы, экосистемыпещер, экосистемы почвы).

В этом случаесуществование экосистемы возможно засчет энергии, содержащейся в мертвоморганическом веществе.

Органическоевещество, находящееся на каждомтрофическом уровне, может потреблятьсяразличными организмами и различнымиспособами. Один и тот же организм можетотноситься к разным трофическим уровням.Таким образом, в реальных экосистемахпищевые цепи превращаются в пищевыесети.

Нижеприведен фрагмент пищевой сети смешанноголеса.

Продуктивностьтрофических уровней

Количествоэнергии, проходящее через трофическийуровень на единице площади за единицувремени, называется продуктивностьютрофического уровня.Продуктивность измеряется в ккал/га·годили других единицах (в тоннах сухоговещества на 1 га за год; в миллиграммахуглерода на 1 кв. метр или на 1 куб. метрза сутки и т. д.).

Энергия,поступившая на трофический уровень,называется валовойпервичной продуктивностью (дляпродуцентов) или рационом(для консументов).

Часть этой энергии расходуется наподдержание процессов жизнедеятельности(метаболические затраты, илизатратына дыхание),часть – на образованиеотходов жизнедеятельности (опад урастений, экскременты, линочные шкуркии иные отходы у животных), часть –на приростбиомассы.Часть энергии, затраченная на приростбиомассы, может бытьпотребленаконсументами следующеготрофического уровня.

Энергетическийбаланс трофического уровня может бытьзаписан в виде следующих уравнений:

(1) валоваяпервичная продуктивность = дыхание+ опад + прирост биомассы

(2) рацион= дыхание + отходы жизнедеятельности +прирост биомассы

Первоеуравнение применяется по отношению кпродуцентам, второе – по отношениюк консументам и редуцентам.

Разностьмежду валовой первичной продуктивностью(рационом) и затратами на дыханиеназывается чистойпервичной продуктивностью трофическогоуровня. Энергия, которая может бытьпотреблена консументами следующеготрофического уровня, называется вторичнойпродуктивностью рассматриваемоготрофического уровня.

Припереходе энергии с одного уровня надругой часть ее безвозвратно теряется:в виде теплового излучения (затраты надыхание), в виде отходов жизнедеятельности.Поэтому количество высокоорганизованнойэнергии постоянно уменьшается припереходе с одного трофического уровняна последующий.

В среднем на данныйтрофический уровень поступает ≈ 10 %энергии, поступившей на предыдущийтрофический уровень; эта закономерностьназывается правилом «десяти процентов»,или правиломэкологической пирамиды.

Поэтому количество трофических уровнейвсегда ограничено (4-5 звеньев), например,уже на четвертый уровень поступаеттолько 1/1000 часть энергии от поступившейна первый уровень.

Динамикаэкосистем

Вформирующихся экосистемах на образованиевторичной продукции расходуется лишьчасть прироста биомассы; в экосистемепроисходит накопление органическоговещества. Такие экосистемы закономерносменяются другими типами экосистем.Закономерная смена экосистем наопределенной территории называется сукцессия.Пример сукцессии: озеро→ зарастающее озеро →болото → торфяник→ лес.

Различаютследующие формы сукцессий:

– первичные– возникаютна ранее незаселенных территориях(например, на незадернованных песках,скалах); биоценозы, первоначальноформирующиеся в таких условиях,называются пионернымисообществами;

– вторичные – возникаютв нарушенных местообитаниях (например,после пожаров, на вырубках);

– обратимые – возможенвозврат к ранее существовавшей экосистеме(например, березняк→ гарь → березняк → ельник);

– необратимые – возвратк ранее существовавшей экосистеменевозможен (например, уничтожениереликтовых экосистем;реликтоваяэкосистема –это экосистема, сохранившаяся от прошлыхгеологических периодов);

– антропогенные– возникающиепод воздействием человеческойдеятельности.

Накоплениеорганического вещества и энергии натрофических уровнях приводит к повышениюустойчивости экосистемы.

В ходе сукцессиив определенных почвенно-климатическихусловиях формируютсяокончательные климаксные сообщества.

В климаксныхсообществах весь приростбиомассы трофического уровня расходуетсяна образование вторичной продукции.Такие экосистемы могут существоватьбесконечно долго.

В деградирующих (зависимых) экосистемах энергетическийбаланс отрицательный – энергии,поступившей на низшие трофическиеуровни, недостаточно для функционированиявысших трофических уровней.

Такиеэкосистемы неустойчивы и могутсуществовать только при дополнительныхзатратах энергии (например, экосистемынаселенных пунктов и антропогенныхландшафтов).

Как правило, в деградирующихэкосистемах число трофических уровнейснижается до минимума, что еще большеувеличивает их неустойчивость.

Антропогенныеэкосистемы

Косновным типам антропогенных экосистемотносятся агробиоценозы и промышленныеэкосистемы.

Агробиоценозы– это  экосистемы, созданные человекомдля получения сельскохозяйственнойпродукции.

Врезультате севооборотов в агробиоценозахобычно происходит смена видового составарастений. Поэтому при описанииагробиоценоза дается его характеристикана протяжении нескольких лет.

Особенностиагробиоценозов:

–обедненныйвидовой состав продуцентов (монокультура);

–систематическийвынос элементов минерального питанияс урожаем и необходимость внесенияудобрений;

–благоприятныеусловия для размножения вредителей всвязи с монокультурой и необходимостьприменения средств защиты растений;

–необходимостьуничтожения сорняков – конкурентовкультурных растений;

–сокращениечисла трофических уровней в связис обедненностью видовогоразнообразия; упрощение цепей (сетей)питания;

–невозможностьсамовоспроизведения и саморегуляции.

Дляподдержания устойчивости агробиоценозовнеобходимы дополнительные затратыэнергии. Например, в экономическиразвитых странах для производства однойпищевой калории затрачивается 5-7 калорийэнергии ископаемого топлива.

Промышленныеэкосистемы – это экосистемы, формирующиесяна территории промышленныхпредприятий.Промышленныеэкосистемы характеризуются следующимиособенностями:

– высокийуровень загрязненности (физические,химические и биологические загрязнения);

– высокаязависимость от внешних источниковэнергии;

– исключительная обедненность видовогоразнообразия;

– неблагоприятноевлияние на смежные экосистемы.

Для контроляза состоянием антропогенных экосистемиспользуются экологические знания.

Напервом этапе работы необходима комплекснаяинвентаризация (паспортизация)антропогенных экосистем. Полученныеданные необходимо проанализировать,выявить состояние экосистемы, степеньее устойчивости. В ряде случаев необходимопоставить эксперименты, спланированныедля выявления действия комплексафакторов.

Наследующем этапе ведется построениекомплексных моделей, объясняющихимеющееся состояние экосистемы ислужащих для прогнозирования изменений.Вырабатываются и исполняются рекомендациипо повышению устойчивости экосистем.Постоянно ведется корректировкауправления деятельностью человека.

Назаключительном этапе работы планируетсяи осуществляется система наблюденийза состоянием экосистемы – экологическиймониторинг (отангл. monitor –подстерегающий). При осуществленииэкологического мониторинга используютсяфизико-химические измерительные методы,а также методы биотестирования и биоиндикации.

Биотестирование –это контроль за состоянием среды спомощью специальносозданных тест–объектов. Тест–объектами могутслужить культуры клеток, тканей, целостныеорганизмы. Например, выведен специальныйсорт табака, на листьях которого приповышенном содержании озона образуютсянекротические пятна.

Биоиндикация –это контроль за состоянием средыс помощью обитающих в ней организмов.В этом случае в качестве тест–объектов используетсявидовой состав фитопланктона, спектрморфологических типов лишайников.

Например, видовой состав травянистыхрастений может служить для индикацииэрозии почв. На почвах, не затронутыхэрозией, или слабосмытых почвахпроизрастают: костер безостый, клеверлуговой.

На смытых почвах произрастают:ястребинка волосистая, мать-и-мачеха.

Дляобнаружения тяжелых металлов используетсяфизико-химический анализ тканейорганизмов, избирательно накапливающихразличные металлы. Например, подорожникизбирательно накапливает свинец икадмий, а капуста избирательно накапливаетртуть.

20.экология как научная основа рациональногоприродопользования и охраныприродыЭКОЛОГИЯ (отгреч. “oikos” – дом, жилище, местопребываниеи …логия), – наука об отношениях живыхорганизмов и образуемых ими сообществмежду собой и с окружающей средой. Термин”экология” предложен в 1866 Э.Геккелем.

Объектами экологии могутбыть популяции организмов, виды,сообщества,экосистемыибиосферавцелом. С середине XX в. в связи сусилившимсянегативнымвоздействием человека на природу экологияприобрела особое значенние как научнаяоснова рационального природопользованияи охраны живых организмов, а сам термин”экология” – более широкий смысл.

Предметом исследования экологии являютсябиологические макросистемы(популяции,биоценозы,экосистемы)и их динамика во времени и пространстве.Из содержания и предмета исследованийэкологии вытекают и её основные задачи,которые могут быть сведены к изучениюдинамики популяций, к учениюобиогеоценозахиих системах.

Структура биоценозов, науровне формирования которых происходитосвоение среды, способствует наиболееэкономичному и полному использованиюжизненных ресурсов. Поэтому главнаятеоретическая и практическая задачаэкологии заключается в том, чтобы вскрытьзаконы этих процессов и научитьсяуправлять ими в условиях неизбежнойиндустриализации и урбанизациипланеты.

Но,согласно исследованиямЛ.К. Яхонтовойи В. П. Зверева,”…указанным аспектом экологии нельзяограничиться, поскольку понятие средыобитания подразумевает сложнуюприродно-техническую систему, отнюдьне только биологическую, но не в меньшейстепени также геолого-минеральную итехнолого-минеральную, связанную срезультатами технологической деятельностиобщества.

Защита среды обитания отпоследствий деятельности человекаприобретает первостепенное значение,а изучение техногенного минералообразованияимеет особое значение в решении задачохраны окружающей среды на территорияхгорно-промышленных комплексов.

Техногеннаяминерализация является бесспорныминдикатором многих процессов, наносящихущерб не только окружающей среде(повышенная концентрация токсичныхвеществ в водах, засоленность грунтов,присутствие в строениях и конструкцияхминерализованных растворов, интенсивнаякоррозия металлов и пр.), но и здоровьюлюдей, живущих в рудных районах”(Яхонтова Л. К.

, Зверева В. П., 2000).С 70-хгг. XX в. складывается экология человека,или социальная экология, изучающаязакономерности взаимодействия обществаи окружающей среды, а также практическиепроблемы ее охраны; включает различныефилософские, социологические,экономические,географические,геологическиеидругие аспекты (напр.

, – экология города,техническая экология, экологическаяэтика, экология проведения геологоразведочныхи горнодобывающих работ и др.). В этомсмысле говорят об “экологизации”современной науки. Экологическоенаправление стало углубленно развиватьсяи в геологии (эклогическаягеология).

теоретическая и практическая задачаэкологии – раскрыть общие закономерностиорганизации жизни и на этой основеразработать принципы рациональногоиспользования природных ресурсов вусловиях все возрастающего влияниячеловека на биосферу.

Экологическаяситуация в современном мире становитсявсё более далека от благополучной, чтосвязано с непомерной жаждой потребления”цивилизованного” человека.

Взаимодействиечеловеческого общества и Природы сталоодной из важнейших проблем современности,поскольку положение, которое складываетсяв отношениях человека с природой, частостановится критическим: исчерпываютсязапасы пресной воды и полезных ископаемых(нефти, газа, цветных металлов и др.

),ухудшается состояние почв, водного ивоздушного бассейнов,происходит опустыниваниеогромныхтерриторий, усложняется борьба сболезнями и вредителями сельскохозяйственныхкультур. Антропогенные изменениязатронули практически всеэкосистемыпланеты,газовый состав атмосферы, энергетическийбалансЗемли.

Это означает, что деятельность человекавступила в противоречие с Природой, врезультате чего во многих районах миранарушилось ее динамическое равновесие.

Длярешения этих глобальных проблем и преждевсего проблемы интенсификации ирационального использования, сохраненияи воспроизводства ресурсов биосферыэкология объединяет в научном поискеусилия биологов и микробиологов,геологовигеографов, придает эволюционному учению,генетике, биохимии и геохимии их истиннуюуниверсальность.

В круг проблемэкологии включены также вопросыэкологического воспитания и просвещения,морально-этические, философские и дажеправовые вопросы. Следовательно, экологиястановится из науки первоначальнобиологической – наукой комплексной исоциальной.Экологическая ситуацияв современном мире становится всё болеедалека от благополучной, что связано снепомерной жаждой потребления”цивилизованного” человека.Экологическиепроблемы, порожденные современнымобщественным развитием, вызвали к жизниряд общественно-политических движений(“Зеленые”, “Гринпис”,”Всеевропейская экологическая сеть”и мн. др.), выступающих против загрязненияокружающей среды и за сохранение иливосстановление жизнеспособных природныхэкосистем. За борьбу с негативнымипоследствиями научно-технического”прогресса”,ставшими в своей совокупности одной изглавных глобальных угроз человечествуи жизни на Земле.

Источник: https://studfile.net/preview/5569148/page:10/

Биогеоценоз – определение, структура и свойства

Структура биогеоценоза и экосистемы

Определение «биогеоценоз» в биологию предложил ввести советский ученый В. Н. Сукачев в 1940 году.

Академик не только предложил использовать этот термин, но и создал развернутую теорию о природных сообществах, ограниченных собственным ареалом.

Экологическое учение, популярное на западе, использует более широкое понятие «экосистема», которое придумал англичанин А. Тенсли. Главное различие между терминами:

  • биогеоценоз является сообществом растений, животных и абиотических факторов, составляющих единый растительный комплекс, например, лиственный лес или пресный водоем;
  • экосистема может описывать как процессы, происходящие в капле воды, так и охватывать огромные площади природной среды.

Агроценоз представляет собой искусственную экосистему.

Она создается людьми, поэтому в ней не могут сформироваться устойчивые связи, тогда как естественные биогеоценозы образовывались на протяжении столетий под влиянием естественного отбора и существуют за счет только солнечной энергии. Искусственный отбор осуществляется людьми и отличается дополнительными энергетическими веществами, которыми они снабжают свои поля и плантации.

Биоценоз — более узкое понятие, включающее только совокупность всех живых организмов, населяющих определенное пространство, и не учитывающее неорганические компоненты окружающей среды.

Термины «экосистема» и «биогеоценоз» можно считать тождественными при биологическом описании лесов, лугов и степей. Природные сообщества, лишенные фитоценоза (растительности), являются экосистемами.

Можно сказать, что биогеоценоз — это всегда экосистема, но не в каждой экосистеме существует биогеоценоз.

Показатели и свойства

К неорганическим компонентам биогеоценоза (БГЦ) относят состав атмосферы и почвы, температуру и давление окружающей среды, влажность и другие гидрологические параметры, под воздействием которых живые организмы приобретают присущие их виду черты. Если в природные комплексы с полностью сформировавшейся растительностью вмешивается человек, то их восстановление происходит по законам, которые определяют основными свойствами биогеоценоза. К ним относятся:

  1. Целостность. Заключается в обеспечении солнечной энергией и питательными веществами всех живых организмов и непрерывном переносе неиспользованной пищи обратно в круговорот веществ.
  2. Устойчивость. Способность сложившегося БГЦ выдерживать воздействия со стороны внешней среды.
  3. Саморегуляция. Поддержание численности живых существ в различных пищевых цепочках на определенном уровне.
  4. Самовоспроизводство. Организмы, составляющие БГЦ должны быть способны к размножению для сохранения и воссоздания популяций.
  5. Изменение. Количество организмов зависит от сезонных чередований погодных условий.

Для нормального существования БГЦ должны соблюдаться три показателя. Первый — видовое разнообразие, под которым подразумевается совокупность организмов всех классов и групп, обитающих в определенном природном комплексе. Нарушение какого-либо трофического уровня (звена в пищевой цепи) оказывает влияние на всю систему. Второй показатель — плотность популяций.

Она находится в прямой зависимости от обеспеченности участников питанием и характеризуется продуктивностью БГЦ — его общей биомассой, состоящей из живого вещества всех разновидностей животных и растений, в него входящих.

Чтобы экосистема считалась БГЦ, она должна представлять собой географическое образование и быть однородной по всем параметрам: микроорганизмам, населяющими почвенный слой, флоре и фауне, рельефу, глубине залегания и режиму грунтовых вод, почвообразующей породе. Кроме того, вид обмена веществ у каждого БГЦ особенный, присущий только ему.

Структурный состав

БГЦ состоит из материальных тел, которые называются его компонентами. Их подразделяют на 2 группы:

  1. Живые или биотические (биоценоз).
  2. Косные или абиотические вещества (сырье) — экотоп, биотоп.

К последним относятся углекислый газ, вода, кислород и другое. Биотические компоненты БГЦ могут жить под землей или водой, вести наземный образ жизни. Каждому из них отведено определенное место в пищевой цепи (трофический уровень), они находятся в тесной взаимосвязи друг с другом и по-разному участвуют в процессах обмена веществ. В структуру биогеоценоза входят:

  • продуценты;
  • консументы;
  • редуценты.

Продуценты выполняют роль преобразователей солнечной энергии в органику и минералы, т. е. обеспечивают питание обитателям БГЦ. Это растения, основным процессом в которых выступает фотосинтез. Они являются источником пищи для консументов, к которым относятся травоядные животные, насекомые и некоторых разновидности паразитирующих растений.

Консументы одних видов могут употреблять в пищу другие виды консументов — крупные хищники нападают на травоядных животных, грызунов и мелких хищников.

Органические останки используются для питания другими животными или растениями. Даже на самого грозного хищника после смерти нападают редуценты — бактерии и грибки. Их задача — разложить органику до неорганического состояния.

Таким образом, редуценты замыкают круг взаимосвязей между флорой и фауной.

Кратко схему БГЦ можно представить как передачу переработанной растениями энергии Солнца животным, которые преобразуют ее в органические вещества.

Микроорганизмы, минерализующие органику, дают возможность представителям флоры усваивать соединения азота: растениям усваивать азот. В этом круговороте участвуют практически все химические элементы, присутствующие на планете.

Взаимоотношения между компонентами

В каждом БГЦ существуют сложные связи между участниками, носящие разветвленный характер. Симбиоз и мутуализм относятся к взаимополезным, так как в этих случаях обе стороны получают выгоду.

Некоторые участники системы квартируют у других видов или являются по отношению к ним нахлебниками.

Такие взаимоотношения, когда преимущество оказывается у одного организма без нанесения им ущерба другому, считаются полезно нейтральными.

Если один участник получает пользу за счет причинения вреда другому, то связь является полезно вредной. В эту категорию входят паразитизм и хищничество.

Антагонизм и конкуренция, при которых организмы враждуют друг с другом, относятся к взаимо вредным взаимодействиям. Аменсализм является нейтрально вредной связью, а отношениями, от которых нет ни вреда, ни пользы обеим сторонам, считаются нейтральными.

Каждый вид взаимосвязей — это ограничивающий фактор, играющий важную роль для поддержания в БГЦ динамического равновесия.

Механизм саморегуляции

Сложной системе БГЦ, где каждый участник процесса является важным и необходимым, присущ механизм саморегуляции, или динамического равновесия. Его действие легко понять на примере.

Если погодные условия предполагают интенсивный рост растений, то увеличивается и количество органических питательных веществ, что вызывает ощутимый рост популяций животных, потребителей растительной пищи.

Хищники активно охотятся, и количество травоядных уменьшается, но разрастается их собственная популяция.

Пищи становится недостаточно, и часть хищников вымирает. В результате экосистема возвращается в состояние равновесия. Об устойчивости БГЦ можно судить и по косвенным признакам. Динамическое равновесие характеризуется видовым разнообразием, широким жизненным пространством, отсутствием антропогенного воздействия, межвидовым взаимодействием в большом диапазоне.

Общие черты и особенности

Все БГЦ являются долговременными образованиями, которые складывались не одно столетие.

Они имеют между собой хорошо выраженные отличия по видовому составу растительности, которые всегда закономерны и объяснимы с биологической точки зрения. Существующие в природе экосистемы имеют естественное происхождение.

Типичные примеры биогеоценоза — луг или степь. На них первичным звеном в качестве продуцента выступают луговые (степные) травы, перерабатывающие энергию Солнца.

Вторичным звеном в цепи питания могут быть кустарники и другие растения, значение которых в производстве глюкозы для БГЦ невелико. Травы и кустарники становятся пищей для птиц, мелких зверей и насекомых, которыми, в свою очередь, питаются хищники. Останки мертвых растений и животных попадают в почву, где микроорганизмы их перерабатывают до неорганического состояния.

В отличие от лугов и степей, фитоценозы лиственных лесов разделены на нескольких ярусов.

Высокие деревья, как обитатели верхнего яруса, имеют намного лучший доступ к солнечной энергии, чем растения, живущие в тени на более низких ярусах.

Еще ниже кустарников и трав находится слой опади (сухих и гнилых листьев), в котором обитают грибы. Для среды обитания животных в лиственном лесу тоже характерна ярусность. Примеры фитоценозов:

  • разнотравные луга и дубняки;
  • злаковые луга;
  • лишайниковые лиственничники;
  • широколиственные леса.

Интересный вариант БГЦ — пруд. Его участники живут в воде, над водой и на дне водоема. Растительность пруда представлена классом водорослей, часть из которых постоянно находится под водой, а часть плавает на поверхности. Ими питаются разнообразные представители фауны — рыбы, ракообразные, брюхоногие, насекомые.

Хищникам нетрудно найти себе добычу, а микроорганизмы обитают не только в придонных почвах, но и в толще воды.

Искусственные системы

Примерами рукотворных БГЦ могут выступать агробиоценозы, организация которых осуществляется в процессе хозяйственной деятельности человека, а их состояние характеризуется рядом антропогенных факторов. В аграрном секторе к ним относятся виды посевного материала, успешность борьбы с сорняками, уничтожение вредителей, состав и количество удобрений, способы полива.

Искусственные биокомплексы без человеческого участия быстро вырождаются — заброшенные посевы зарастают сорняками, подвергаются нашествию активно размножающихся вредителей и в итоге погибают. Во время этого происходит изменение свойств БГЦ — без антропогенного фактора он теряет способность к саморегуляции и устойчивости.

Условия формирования

В отличие от искусственных, возникающих за короткое время, формирование естественных продолжается намного дольше и иногда достигает сотен и тысяч лет.

Участникам необходимо долго приспосабливаться друг к другу, а высокая устойчивость определяется стабильным характером взаимодействия между участниками БГЦ.

Динамическое равновесие в таких системах может нарушиться только в результате масштабных природных катаклизмов, значительных техногенных катастроф или грубого антропогенного вмешательства, связанного с разрушениями в биосфере.

Несмотря на то что естественным БГЦ свойственна устойчивость, их свойства со временем могут изменяться, преобразовываясь из одних в другие. Иногда реорганизация происходит быстро, например, в случае обмеления и зарастания небольших водоемов, которые за короткое время превращаются в болота или полностью пересыхают.

В других случаях БГЦ изменяется в течение длительного периода. Например, скальные породы постепенно зарастают мхами, на них появляются трещины, заполненные гумусом. В нем начинает появляться другая растительность, еще больше разрушающая скальную породу. В итоге меняется общий ландшафт, который заселяют новые представители фауны.

Таким образом, свойства БГЦ без антропогенного влияния меняются постепенно, но неуклонно, и только человек способен резко увеличить скорость этих изменений, что довольно часто приносит вред экологии.

Источник: https://nauka.club/biologiya/biogeotsenoz.html

Экосистема. Биогеоценоз. Структура экосистемы

Структура биогеоценоза и экосистемы

Термин «экосистема» впервые был предложен английским экологом А. Тенсли в 1935 г. Он рассматривал экосистемы как основные структурные единицы природы на планете Земля.

Экосистема — комплекс из сообщества живых организмов и среды их обитания, в котором происходит обмен веществом и энергией.

Экосистемы не имеют определенной размерности. Гниющий пень с населяющими его беспозвоночными животными, грибами и бактериями представляет собой экосистему небольшого масштаба (микроэкосистема).

Озеро с водными и околоводными организмами является экосистемой среднего масштаба (мезоэкосистема).

А море с его многообразием водорослей, рыб, моллюсков, ракообразных — экосистема крупного масштаба (макроэкосистема).

Для обозначения подобных систем на однородных участках суши русский геоботаник В. Н. Сукачев в 1942 г. предложил термин «биогеоценоз».

Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность живых (биоценоз) и неживых (биотоп) компонентов однородного участка суши, где происходит круговорот веществ и превращение энергии.

Как видно из приведенного определения, биогеоценоз включает две структурные части — биоценоз и биотоп. Каждая из этих частей состоит из определенных компонентов, которые между собой взаимосвязаны.

Биогеоценоз и экосистема — близкие понятия, обозначающие биосистемы одного уровня организации. Общим признаком для этих систем является наличие в них обмена веществом и энергией между живым и неживым компонентами. Однако вышеуказанные понятия не являются синонимами.

Экосистемы имеют разную степень сложности, разные масштабы, они могут быть естественными (природными) и искусственными (созданными человеком).

В качестве отдельных экосистем могут рассматриваться капля воды из лужи с микроорганизмами, болотная кочка с ее населением, озеро, луг, пустыня и, наконец, биосфера — экосистема самого высокого ранга.

Биогеоценоз отличается от экосистемы территориальной ограниченностью и определенным составом популяций (биоценоз). Его границы определяются наземным растительным покровом (фитоценозом).

Изменение растительности свидетельствует об изменении условий в биотопе и о границе с соседним биогеоценозом.

Например, переход от древесной растительности к травянистой свидетельствует о границе между лесным и луговым биогеоценозами. Биогеоценозы выделяют только на суше.

Следовательно, понятие «экосистема» более широкое, чем «биогеоценоз». Экосистемой можно назвать любой биогеоценоз, а вот биогеоценозом можно назвать только наземные экосистемы.

С точки зрения обеспечения питательными веществами биогеоценозы более автономны (независимы от других биогеоценозов), чем экосистемы.

В каждом из устойчивых (существующих длительное время) биогеоценозов осуществляется свой круговорот веществ, сопоставимый по характеру с круговоротом веществ в биосфере планеты Земля, но только в гораздо меньшем масштабе.

Экосистемы же более открытые системы. Это еще одно отличие биогеоценозов от экосистем.

Структура экосистемы

В экосистеме виды организмов выполняют разные функции, благодаря которым осуществляется круговорот веществ. В зависимости от роли, которую виды играют в круговороте, их относят к разным функциональным группам: продуцентам, консументам или редуцентам.

Продуценты (от лат. producens — создающий), или производители, — автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из минерального с использованием энергии. Если для синтеза органического вещества используется солнечная энергия, то продуцентов называют фотоавтотрофами.

К фотоавтотрофам относятся все зеленые растения, лишайники, цианобактерии, автотрофные протисты, зеленые и пурпурные бактерии. Продуценты, использующие для синтеза органического вещества энергию химических реакций окисления неорганических веществ, называются хемоавтотрофами.

Ими являются железобактерии, бесцветные серобактерии, нитрифицирующие и водородные бактерии.

Консументы (от лат. consumo — потребляю), или потребители, — гетеротрофные организмы, потребляющие живое органическое вещество и передающие содержащуюся в нем энергию по пищевым цепям. К ним относятся все животные и растения-паразиты.

В зависимости от вида потребляемого органического вещества консументы подразделяются на порядки. Организмы, потребляющие продуцентов, называются консументами I порядка. К ним относятся растительноядные животные (саранча, грызуны, парно- и непарнокопытные животные) и растения-паразиты.

Консументов I порядка потребляют консументы II порядка, которые представлены плотоядными животными. Консументами III и последующих порядков являются плотоядные животные, питающиеся консументами II и последующих порядков.

Количество порядков консументов в экосистеме ограниченно и определяется объемом биомассы, созданной продуцентами.

Редуценты (от лат. reducens — возвращающий), или разрушители, — гетеротрофные организмы, разрушающие отмершее органическое вещество любого происхождения до минерального.

Образующееся минеральное вещество накапливается в почве и в дальнейшем поглощается продуцентами. В экологии отмершее органическое вещество, вовлеченное в процесс разложения, называется детритом.

Детрит — отмершие остатки растений и грибов, трупы и экскременты животных с содержащимися в них бактериями.

В процессе разложения детрита участвуют детритофаги и редуценты. К детритофагам относятся мокрицы, некоторые клещи, многоножки, ногохвостки, жуки мертвоеды, некоторые насекомые и их личинки, черви.

Они потребляют детрит и в ходе жизнедеятельности оставляют содержащие органику экскременты. Истинными редуцентами считаются грибы, гетеротрофные протисты, почвенные бактерии.

Все представители детритофагов и редуцентов, отмирая, также образуют детрит.

Роль редуцентов в природе очень велика. Без них в биосфере накапливались бы отмершие органические остатки, а минеральные вещества, необходимые продуцентам, иссякли бы. И жизнь на Земле в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

Взаимосвязь функциональных групп в экосистеме можно показать на следующей схеме.

В экосистеме с большим видовым разнообразием может осуществляться взаимозаменяемость одного вида другим без нарушения функциональной структуры.

Экосистема — комплекс из сообщества живых организмов и среды их обитания, в котором происходит обмен веществом и энергией. Наземные экосистемы называют биогеоценозами. Биогеоценоз — совокупность биоценоза и биотопа, где осуществляется круговорот веществ и превращение энергии. Функциональными компонентами экосистемы являются продуценты, консументы и редуценты.

Источник: https://jbio.ru/ekosistema-biogeocenoz-struktura-ekosistemy

Book for ucheba
Добавить комментарий