Лекция 2. Экосистема, биогеоценоз и их характеристики
Понятие об экосистемах и биоценозах и их границах.
Правила функционирования экосистем.
Компоненты и состав экосистем.
Цепи питания и типы экосистем.
Смена биоценозов (экологическая сукцессия)
Понятие об экосистемах и их границах; правила функционирования экосистем; компоненты и состав экосистем; цепи питания и типы экосистем; смена биоценозов (экологическая сукцессия)
В природе все виды растений и животных распределяются не случайно, а всегда образуют определенные, сравнительно постоянные комплексы – природные сообщества. Такие комплексы взаимосвязанных видов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существова-
ния, образуют биоценоз.
Биоценоз неразрывно связан с факторами неживой природы (почва,влажность, температура, климат в целом), образуя вместе с ними устойчивую систему, между компонентами которой протекает круговорот веществ. Такой устойчивой саморегулирующейся системе академик В.Н. Сукачев в 1940 году
дал название биогеоценоз.
Свойства биогеоценозов:
1. Целостность – это взаимосвязь живых организмов друг с другом и со средой обитания за счет потоков энергии и вещества.
2. Устойчивость – это свойство биогеоценозов поддерживать равновесие при любых изменениях окружающей среды (т.е. переносить неблагоприятные условия и сохранять способность размножаться).
3. Самовоспроизведение – способность организмов к размножению, наличие в среде пищи и энергии, воссоздание среды обитания живыми организмами.
4. Саморегуляция – свойство различных популяций регулировать свою численность в зависимости от условий жизни и от численности других популяций.
В последнее время такие системы называют экосистемами.
Экосистема – основное понятие экологии. Термин был предложен в 1935году английским экологом А. Тенсли. Экосистемы – это любая совокупность взаимодействующих организмов и условий среды. Между экосистемами, как и между биогеоценозами, нет четких границ, одна экосистема постепенно переходит в другую.
Рассмотрим пример саморегулирующейся системы, которая является частью другой, более крупной экосистемы.
Муравейник в лесу – это организованный коллектив, где распределены обязанности и все функции четко увязаны со средой: одни (строители) – добывают стройматериалы из лесного опада, другие «доят» тлей, добывая нектар для малышей (пример взаимопомощи и взаимозависимости), третьи следят за личинками, не выходя за пределы муравейника.
Информация о любых изменениях в окружающей среде сразу же становится известна всей семье, и немедленно принимаются меры для сохранения устойчивости этой системы. Саморегуляция любой экосистемы проявляется в том, что численность особей каждого вида поддерживается на определенном, относительно постоянном уровне.
Экосистема муравейника входит в состав лесного биогеоценоза (экосистемы лиственного или хвойного леса). Экосистема леса, если он расположен на берегу озера или вблизи реки, входит в состав водосборного бассейна, который представляет собой часть географического ландшафта.
Географический ландшафт – это часть биосферы. Таким образом, все экосистемы земного шара связаны между собой через атмосферу и Мировой океан, поскольку через них происходит постоянный круговорот энергии, продуктов жизнедеятельности, и составляют единое целое – биосферу.
Масштабы биогеоценотических группировок (экосистем) различны – от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня (это микросообщества), до населения целых ландшафтов: лесов, степей, пустынь и т. п.
Но для всех форм сообществ, больших и малых, характерны общие законы функционирования и развития.
1. Сообщества всегда состоят из готовых частей (представителей отдельных видов или комплексов взаимозависимых видов).
Например:
а) луг:растения птицы насекомые насекомоядные животные
б) водоем:Птицы (чайки) водоросли ракообразные Хищные рыбы (щука, жерех) Мелкая рыба (плотва,
уклейка) Водоплавающие животные (бобры, выдры, ондатры)
2. Части сообщества могут быть заменяемы. Один вид (или комплекс видов) может вытеснить другой со сходными требованиями к условиям обитания и занять его место. Например, одни виды злаков на лугу или в степи легко могут быть заменены другими: ковыль заменяется типчаком и т.п.
3. Интересы многих видов в биоценозе прямо противоположны. Тем не менее виды-антагонисты существуют в рамках единого сообщества, например, хищник – жертва.
4. Сообщества основаны на количественной регуляции численности одних видов другими. Например, численность травоядных зависит, с одной стороны, от количества растительной пищи, а с другой – от количества хищников.
5. Предельные размеры системы ограничиваются не внутренней наследственной программой, а внешними причинами. Так, биоценоз сосняка может занимать небольшой участок среди болот или простираться на огромной территории, если внешние условия однородны.
Биоценозы могут быть бедны или богаты видами. Видовая структура биоценоза – это разнообразие видов в нем и соотношение их численности или массы.
Так, в полярных арктических пустынях и северных тундрах при крайнем дефиците тепла, в безводных жарких пустынях, в загрязненных сточными водами водоемах сообщества сильно обеднены видами, так как один или несколько факторов среды сильно отклоняются от оптимального уровня. Здесь выжи-
вают виды с широкими пределами выносливости. И, наоборот, везде, где условия абиотической среды приближаются к оптимальным, возникают сообщества, чрезвычайно богатые видами. Примеры та-
ких сообществ – тропические леса, коралловые рифы с их многообразным населением, долины рек в жарких районах и т. д.
При совместном произрастании растения, разные по высоте, занимают четко определенный ярус. Ярусность позволяет множеству растений существовать на одной территории и максимально использовать световые ресурсы среды.
Какие же компоненты входят в каждую экосистему?
Во-первых, живые организмы (их называют еще биотой).
Во-вторых, неживые (абиотические) факторы: атмосфера, вода, питательные элементы, свет и др.
В-третьих, мертвое органическое вещество, содержащееся в почве, детрит.
Все живые организмы экосистемы взаимодействуют между собой, обмениваясь веществом и энергией. Без постоянного поступления свободной энергии извне ни одна живая система не может существовать в течение сколько-нибудь продолжительного времени.
По способу питания и запасания энергии все организмы делятся на автотрофов (от греческих аутос — сам, трофа — питание), гетеротрофов (гетерос —другой) и миксотрофов (микс — смесь).
Автотрофы – это организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических за счет различных источников энергии.
Автотрофными организмами создается вся первичная биомасса, или биологическая продукция, на Земле. В зависимости от источников энергии различают фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.
Практически единственным источником свободной энергии для Земли является солнечный свет.
Фотоавтотрофы используют энергию солнечного света в процессе фотосинтеза, синтезируя из углекислого газа и воды органические вещества. К ним относятся все зеленые растения, сине-зеленые водоросли, некоторые бактерии, содержащие бактериохлорофилл.
Хемоавтотрофы получают энергию вследствие окисления соединений серы и железа. Эта группа организмов немногочисленна, к ним относятся серобактерии и железобактерии. Очень важна их роль в экосистемах подземных вод.
Гетеротрофы – это организмы, которые не способны использовать непосредственно энергию Солнца и живут за счет энергии, запасенной автотрофами.
Они используют органические вещества в процессе питания, разлагая их в конечном счете вновь до углекислого газа и воды, а высвобожденная энергия расходуется на различные процессы жизнедеятельности организмов.
Наиболее просто устроенные гетеротрофы разделяются на сапротрофов, питающихся мертвой органикой, и паразитов – питающихся живой.
У более сложно организованных организмов, например насекомых, разделение идет по типу пищи: копрофаги питаются фекалиями, детритофаги -растительными остатками, фитофаги – растениями, энтомофаги – другими насекомыми, хищники – животными более высоких систематических групп.
Млекопитающие делятся на растительноядных, падалеедов, хищников.
Миксотрофы – это одноклеточные организмы смешанного типа питания.Они могут использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических (как фототрофы) и одновременно – органические вещества среды выращивания (как гетеротрофы). Таким образом, они одновременно явля-
ются и фототрофами, и гетеротрофами. К ним относятся одноклеточные водоросли эвглена и хлорелла.
Внутри живого компонента любой экосистемы можно выделить по типу питания три группы организмов:
Продуценты Консументы Редуценты
Продуценты— это автотрофы, которые из неорганических соединений за счет энергии света синтезируют (продуцируют) органические вещества, являющиеся пищей для всех других организмов.
К продуцентам относятся все растительные организмы (водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные), а также хемоавтотрофы.
Продуценты потребляют около 1% падающей на Землю солнечной энергии и превращают ее в энергию органических соединений.
Консументы (от греческого консуме – потребляю) – это животные гетеротрофы, потребляющие готовые органические вещества, которые синтезировали продуценты. Консументы I порядка могут использовать органические вещества растений, т.е. продуцентами питаются травоядные животные (грызуны, зайцы, овцы и т.д.
), а также паразиты на растениях – грибы и другие растения. Их, в свою очередь, поедают консументы II порядка, которыми могут питаться консументы III порядка (плотоядные животные – лисы, волки, медведи, коршуны и т. д.). Все они используют энергию химических связей, запасенную в органических веществах продуцентами.
Редуценты– гетеротрофные организмы (бактерии, грибы, дождевые черви, насекомые и т. д.), разрушающие и минерализующие мертвые органические остатки. Главная их экологическая роль состоит в превращении органических веществ в неорганические.
В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания всех организмов, разложения трупов животных и растительных остатков (которое осуществляется редуцентами) орга-
нические вещества превращаются в неорганические соединения, которые снова возвращаются в атмосферу и почву и снова могут быть использованы автотрофами.
Но для переработки трупов редуцентам нужно время, поэтому в экосистеме всегда есть детрит – запас мертвого органического вещества. Детрит – это опад листьев на поверхности лесной почвы (сохраняется 2-3 года), ствол упавшего дерева (5-10 лет), гумус почвы (сохраняется сотни лет), отложения орга-
нического вещества на дне озера (сапропель) и торф на болоте (сохраняется тысячи лет). Наиболее долго сохраняющимися детритами являются каменный уголь и нефть.
Соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами, а также соотношения консументов разных порядков образуют экологическую структуру сообщества. Благодаря взаимодействию между этими организмами возникает главное свойство экосистемы – способность к саморегулированию.
Все три компонента тесно связаны в экологических системах. Организмы разных трофических групп (т. е. с разными способами питания) участвуют в процессе передачи пищи и энергии (рис. 3), т. е. образуют пищевые цепи.
Общая схема пищевой цепи
Продуценты составляют начало всех пищевых цепей. Консументы, поедая продуцентов, передают органические вещества от одного звена пищевой цепи к другому и соответственно делятся на несколько групп по порядку нахождения в цепи. Редуценты как бы заканчивают круговорот веществ, завершают
пищевые цепи, образуя неорганические вещества для вступления в новый цикл.
Однако в реальных условиях в экосистемах различные цепи питания перекрещиваются между собой, образуя разветвленные сети.
В биоценозах различают два типа пищевых цепей: пастбищную (выедания) и детритную (разложения).
Например: листьями деревьев питаются гусеницы, ими – птицы, последними – более крупные птицы-хищники. Это будет цепь выедания.
Но наряду с цепями передачи энергии через живое органическое вещество (продуцент -консумент) существуют детритные пищевые цепи, где используется мертвое органическое вещество.
Так, при разрушении листового опада работает целый конвейер, в котором участвуют животные, грибы, микроорганизмы, дождевые черви, почвенные микроорганизмы.
Детритом — мертвым органическим веществом – питаются жук-мертвоед,
перловица, мотыль, дафния (в водоеме).
На суше цепь питания обычно состоит из 3-4 звеньев. В водной среде цепь длиннее. При каждом переносе энергии от одного звена к другому большая ее часть (80-90%) рассеивается в виде тепла, поэтому число звеньев в цепи не превышает 4-5.
Почти все животные (за исключением редких, специализированных видов) используют разнообразные источники пищи. Поэтому при выпадении одного звена в цепи не происходит нарушения в системе.
Соединение многих трофических цепей образует пищевую сеть экосистемы , а значительные изменения в любом из ее звеньев неизбежно отразятся на состоянии экосистемы в целом.
Чем больше видовое разнообразие и богаче пищевые сети, тем устойчивее биоценоз.
Схема цепи питания:
Продуценты Консументы 1 порядка Консументы II порядка Консументы III порядка Консументы IV порядка Редуценты
Пищевая сеть
Расположение звеньев пищевой цепи в определенной последовательности носит название экологической пирамиды. Например, на одном гектаре луга обитает несколько миллионов растений, около миллиона растительноядных насекомых, несколько сотен тысяч хищных насекомых, пауков и не более десятка птиц. Таким образом, образуется пирамида основание которой в миллион раз шире, чем вершина.
Упрощенная схема экологической пирамиды (1) и пирамиды чисел (2)
Консументы IV порядка 1 птица
Консументы III порядка 3 змеи
Консументы II порядка 4 лягушки
Консументы I порядка 5 кузнечиков
Продуценты 12 травинок
Типы экосистем.
Различают автотрофные и гетеротрофные экосистемы. В автотрофных преобладают растения, они запасают энергию. Гетеротрофные используют готовую энергию.
Кроме того, существуют естественные (природные) и искусственные (антропогенные) экосистемы. Влияние человека на естественную экосистему незначительно, а искусственную он создает сам. Естественные автотрофные экосистемы – лес, луг, водоем.
Искусственные автотрофные системы – это сельскохозяйственные поля,т. е. агроэкосистемы, или хемоавтотрофные – это системы в некоторых биологических очистных сооружениях.
Естественные гетеротрофные – это экосистемы океанических глубин (животные и микроорганизмы существуют в них за счет «питательного дождя»), а также высокогорные.
Искусственные гетеротрофные экосистемы очень разнообразны:
1) города и промышленные предприятия (энергия поступает по линиям
электропередач, нефте- и газопроводам; в цистернах автомашин и железнодо-
рожных вагонах сырье и продукты питания поступают в город);
2) биологические очистные сооружения (получение биогаза);
3) фабрики по разведению дождевых червей;
4) плантации шампиньонов;
5) рыборазводные пруды (остатки пищи горожан превращаются в биомассу);
6) фермы по производству устриц, морских гребешков, рыб; по выращиванию жемчужных раковин, морской капусты – водоросли ламинарии;
7) в США – «Биосфера-2» площадью 1 га;
8) экосистемы космических аппаратов.
Живые организмы в процессе жизнедеятельности изменяют среду обитания, одни виды постепенно вытесняют другие, т. е. экосистемы эволюциони руют во времени.
Последовательная смена во времени одних экосистем другими на определенном участке земной поверхности называется сукцессией. Она бывает обусловлена внутренними и внешними факторами.
Источник: https://cyberpedia.su/12×11890.html
Свойства биогеоценозов
- Биогеоценоз – целостная самовоспроизводящаяся система. Абиотические факторы регулируют существование и жизнедеятельность популяций. В то же время эти факторы находятся под постоянным влиянием самих живых организмов. Поток энергии и вещества, связывающие живые организмы со средой их обитания, обеспечивают целостность биогеоценозов.
Количество минеральных элементов, извлекаемое из почвы корнями растений, соответствует количеству, возвращенному в почвенный раствор редуцентами, которые разлагают накопленную в экосистеме биомассу.
Если человек не вмешивается в естественные экосистемы, то в них поддерживается экологическое равновесие (постоянный видовой состав, уровень продуктивности, круговорот веществ).
- Устойчивость – свойство экосистемы выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями.
Например: если количество осадков понизилось на 50% по сравнению со средним количеством за много лет, а количество органического вещества, созданного продуцентами, упало лишь на 25%, численность травоядных консументов – только на 10% (за счет способности переносить неблагоприятные условия и высокому потенциалу размножения и замены основного вида корма на второстепенный), то можно сказать: эта экосистема устойчива.
- Саморегуляция – поддержание определенной численности популяций, за счет того, что одни виды полностью не уничтожают другие виды, а только ограничивают численность. Массовое размножение видов в биогеоценозах регулируется прямыми и обратными связями, существующими в пищевых цепях. Хорошие погодные условия приводят к повышению урожая растений, которыми питаются травоядные (численность которых также вырастает). Чем больше жертв, тем более обеспечен едой хищник и тем интенсивнее он размножается. Возрастание количества хищников приводит к снижению численности жертв (травоядных). Снижение численности жертв ведет к тому, что размножение хищника замедляется, и количество хищника и жертвы возвращается к нормальному – исходному соотношению. Растительная база пополняется за счет размножения и минерализации растительных и животных остатков. Количество травоядных опять увеличивается, что в свою очередь, влечет за собой увеличение количества хищников. И опять численность травоядных уменьшается. Такое явление называется популяционные волны. Каково значение саморегуляции численности, мы понимаем особенно хорошо, сталкиваясь с явлением, когда саморегуляция нарушается. Это обычно происходит в тех случаях, когда человек нарушает сложившуюся структуру экосистем (пример: кролики в Австралии).
Каждый вид живых существ в биогеоценозе занимает некоторое пространство и потребляет те или иные ресурсы в определенное время. Совокупность всех факторов среды, которые необходимы для существования вида (местообитание, ресурсы и ритм их потребления в экосистеме), называют экологической нишей.
Биогеоценоз не существует вечно. Рано или поздно он сменяется другим – экологическая сукцессия.
Смены происходят под влиянием изменения среды, вызванное самими живыми организмами (биотические факторы), при смене климатических условий в процессе эволюции жизни на Земле (абиотические факторы), под влиянием хозяйственной деятельности человека (антропогенные факторы).
Примером смены экосистемы под влиянием биотических факторов, является заселение растительностью скальных пород:
| На первых этапах заселения – разрушение, частичное растворение и изменение химических свойств минералов. |
| Первые поселенцы: бактерии, сене-зеленые водоросли, водоросли, накипные лишайники. Сине-зеленые (в составе лишайников) являются продуцентами – создателями органического вещества. Многие сине-зеленые фиксируют из воздуха азот и обогащают им среду. Лишайники выделяют органические кислоты, которые растворяют скальную породу и способствуют накоплению элементов минерального питания. Бактерии и грибы разрушают органические в-ва, созданные продуцентами. |
| Органические в-ва минерализуются не полностью. Постепенно накапливается смесь из органических и минеральных соединений и растительных остатков, обогащенных азотом. Создаются условия для поселения мхов и кустистых лишайников. Процесс накопления органических в-в и азота ускоряется и формируется тонкая почвенная прослойка |
| Образуется примитивное сообщество, способное существовать в неблагоприятных условиях (выдерживают сушь. мороз и др.). Медленно они изменяют среду своего обитания и тем самым создают условия для внедрения новых популяций (травянистые растения). Пионеры-поселенцы в этой борьбе вытесняются новыми видами. |
| За травами поселяются кустарники. Которые скрепляют корнями образовавшуюся почву. |
| Травянисто-кустарниковые сообщества сменяются лесными, число видов в которых растет. |
| Этап зрелого лесного сообщества. Хорошо приспособленного к окружающим условиям и обладающего саморегуляцией. |
Описанная смена экосистемы на участках, лишенных почв, длится последовательно, тысячи лет (первичная сукцессия), но может протекать быстро – зарастание водоемов, восстановление лесов после пожаров и др. – почва или донные отложения не были уничтожены (вторичные сукцессии).
Примером смены экосистем под влиянием абиотических факторов может служить неоднократная смена климатических условий на земном шаре: при потеплении в экосистемах вследствие естественного отбора начинали преобладать более теплолюбивые виды растений, животных и микроорганизмов, при похолодании – холодоустойчивые. Периоды с малым количеством осадков характеризовались увеличением численности организмов, устойчивых к недостатку влаги. Периоды с обильными атмосферными осадками приводили к расцвету организмов с повышенными требованиями к содержанию влаги.
Пример смены экосистем под влиянием антропогенного фактора:
| Орошение Поволжья, вырубка лесов в бассейне реки Волга. |
| Уменьшение объема стока Волги (с 1929 по 1957 гг) |
| Понижение уровня Каспийского моря |
| Повышение солености Каспия (снижение численности некоторых видов организмов) |
| Резкое снижение мест зимовок водоплавающих птиц |
| Освобождение от воды участков дна (образование новых биогеоценозов) |
| Уменьшение испаряемости с водной поверхности |
Смена биогеоценозов под воздействием антропогенного фактора самая быстрая. Может происходить на несколько лет (десятилетий).
Леса, тундры, степи, пустыни реки, моря и др. – естественные экосистемы. Поля, огороды, сады, парки, пастбища и др. – созданные человеком экосистемы. Их называют агроценозами (агроэкосистемы) – это искусственные экосистемы.
Структуру и функции агроценозов создает, поддерживает и контролирует человек в своих интересах.
Агроценозы, как и биогеоценозы, содержат все необходимые компоненты (экотоп и биоценоз), но между агроценозами и природными биогеоценозами имеются и большие различия:
| характеристики | биогеоценоз | агроценоз |
| Кол-во видов | большое | количество видов как правило, низкое, компоненты избираются человеком |
| Отбор | естественный | искусственный |
| Круговорот веществ | естественный | часть пит. в-в выносится вместе с урожаем из системы, поэтому естественного круговорота не совершается |
| Саморегулирование системы | саморегулируемая система | человек поддерживает видовое разнообразие, т.к. агроценоз не саморегулирующая система |
| Источники энергии | Солнце-источник энергии | Солнце + антропогенная (удобрения + уход человека – рыхление, прополка и др) |
| Взаимосвязи между компонентами системы | существуют различные взаимосвязи между компонентами | связи между компонентами контролируются человеком |
| Размеры | любые в пределах биосферы | границы хозяйства |
| Пищевые цепи | преобладают детритные, длинные (3-4 звена в наземных экосистемах, 4-6 – в водных) | преобладают пастбищные, короткие (2-3 звена) |
Промежуточные биогеоценозы – биогеоценозы в которые человек вносит более или менее существенные изменения (лесопарки, угодья).
Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) Земли представляет собой большую экологическую систему – биосферу. Биогеоценозы являются элементарной структурой биосферы. Понятие «биосфера» ввел в язык науки в 1875 году австр. геолог Э.
Зюсс (биосфера – оболочка земли, населяемая живыми организмами). Но учение о биосфере как глобальной системе живых организмов создал наш соотечественник В.И. Вернадский (книга «Биосфера», 1926). В.И.
Вернадский рассматривал биосферу, как область жизни основа которой – взаимодействие живого и костного вещества.
Современная представление о биосфере – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
На земле различают несколько геосфер:
Атмосфера – газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси разных газов (азот-78%, кислород-21%, аргон-0.9%, диоксид углерода-0,03%), простирающаяся примерно на 100 км. На высоте 25-45 км расположен озоновый слой.
Трехатомные молекулы озона образуются под воздействием ультрафиолетового излучения из двухатомных молекул кислорода. Озоновый слой защищает поверхность планеты от коротковолновых ультрафиолетовых лучей, неблагоприятно влияющих на живые организмы.
Нижний слой атмосферы – тропосфера, а верхний слой – стратосфера.
Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники. На 94% она представлена солеными водами океанов и морей. Три четверти пресной воды недоступны организмам, так как законсервированы в ледниках гор и полярных шапках. Мировой океан занимает около 70% всей поверхности Земли, средняя глубина – 3,8 км, но есть впадины до 11 км.
Литосфера– твердая оболочка Земли, мощность которой составляет 50-200 км. Верхний слой литосферы (земная кора)– это осадочные породы + гранит, а нижний слой литосферы – базальт.
Эти геосферы находятся в тесной взаимосвязи друг с другом и с биосферой, которая охватывает нижнюю часть атмосферы (до 20км), верхнюю часть литосферы (6-7 км) и гидросферы (до 11 км). Толщина биосферы – около 30 км – довольно тонкая пленка.
Распределение живых организмов в биосфере определяются условиями, за пределами которых их существование становится невозможным (низкие температуры, высокое давление, низкая освещенность и др). Таким образом, биосфера – часть геологических оболочек Земли, заселенная живыми организмами.
Более того, распределение живых организмов в самой биосфере неравномерно, густые скопления живых существ называют пленками жизни.
В.И. Вернадский показал, что биосфера отличается от других сфер Земли тем, что в ней непрерывно происходит круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Так как биосфера получает энергию извне – от Солнца, ее называют открытой системой.
Функции живого вещества: газовая – поглощает и выделяет газы; окислительно-восстановительная – окисляет, например, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов; концентрационную – организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах неорганические вещества.
Косное вещество (по Вернадскому) – это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.
В биосфере протекают биогеохимические процессы при участии живых организмов. Биокосное вещество создается и перерабатывается живыми организмами (почвы, природные воды).
Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в нем маловероятны.
В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется круговорот углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы и других химических элементов.
Человек элемент биосферы, а хозяйственная деятельность человека – новый фактор в биосфере, который влияет на климат планеты, нарушает озоновый слой, загрязняет атмосферу, водные системы, почву, уничтожает леса. С развитием атомной энергетики возникли и новые проблемы, связанные с использованием «мирного» атома.
На сегодняшний день главная задача, которая стоит перед человечеством – это рациональное использование природных ресурсов и охрана природы.
В 1948 году был создан Международный союз охраны природы и природных ресурсов. В 1971 ЮНЕСКО организовала межправительственную программу «Человек и биосфера». Редкие виды растений и животных вносят в «Красные книги» СССР и субъектов федерации. Первая Красная книга в нашей стране появилась в 1978 году. Современная Красная книга Российской Федерации проявилась в 2001 году.
Для охраны редких видов и растений создаются охраняемые территории:
Заповедники – особо охраняемая природная территория, на которой полностью запрещена любая хозяйственная деятельность человека. Заповедники бывают комплексные или специального назначения.
Заказники – создаются для сохранения и ограниченного использования природных ресурсов (частичный режим охрана).
Национальные (природные) парки – участки территории, выделенные для сохранения природы в оздоровительных и эстетических целях, а также в интересах науки, культуры и просвещения.
Памятники природы – это отдельные природные объекты (водопады, вековые деревья, пещеры и др.), имеющие научное, историческое и культурно-эстетическое значение. Впервые термин «памятник природы» ввел А. Гумбольд.
Постепенное развитие живого вещества в пределах биосферы Земли приводит к изменению качественного состояния самой биосферы, к ее переходу в ноосферу.
Под ноосферой понимают сферу взаимодействия природы и общества, в котором разумная деятельность людей становится главным, определяющим фактором развития.
Название ноосфера происходит от греческого «ноос»- разум и обозначает таким образом сферу разума. Впервые это понятие ввел Э.Леруа в 1927 году (под впечатлением лекций В.И. Вернадского в Сорбонне).
По Вернадскому, ноосфера – биосфера, преобразованная трудом человека и измененная научной мыслью. К возникновению ноосферы привела главная линия эволюции человеческого сознания – коллективная память и коллективное сознание.
Источник: https://megaobuchalka.ru/9/11626.html
Структура биогеоценоза
Структура биогеоценоза
Формирование биогеоценоза осуществляется за счет межвидовых связей, которые определяют его структуру, то есть упорядоченность строения и функционирования экосистемы. Различают видовую, пространственную и трофическую структуру биогеоценоза.
Видовая структура биогеоценоза
Под видовой структурой биогеоценоза понимают разнообразие в нем видов и соотношение численности или биомассы всех входящих в него популяций.
Организмы разных видов имеют неодинаковые требования к среде, поэтому в разных экологических условиях формируется неодинаковой видовой состав.
Если биологические особенности какого-то вида резко отличаются в этом плане от других видов, то этот вид вследствие конкуренции выпадает из сообщества и входит в другой, соответствующего ему биогеоценоза.
Иными словами, в каждом биогеоценозе происходит естественный отбор наиболее приспособленных к данным экологических условий организмов.
Различают бедные и богатые видами биогеоценозы. В полярных ледяных пустынях и тундрах при крайнем дефиците тепла, в безводных жарких пустынях, сильно загрязненных сточными водами водоемах биоценозы крайне бедные видами, поскольку лишь немногие из них могут адаптироваться к таким неблагоприятным условиям.
В тех же биотопах, где условия абиотической среды близки к оптимальным, наоборот, возникают чрезвычайно богатые видами группировки (общее число видов живых организмов в таких экосистемах составляет от нескольких сотен до многих тысяч). Примерами могут служить влажные тропические леса, сложные дубравы, пойменные луга и т.
Видовой состав молодых биоценозов, тех, которые только формируются (например, молодые посадки сосны), обычно беднее, чем зрелых, сложившихся давно.
Виды, преобладающие в биогеоценозе по численности особей или занимают большую площадь, называют доминантами. Например, в наших лесах среди деревьев доминирует ель, в травяном покрове — кислица, зеленый мох, среди мышевидных грызунов — свищи и т. Д. Однако далеко не все доминантные виды одинаково влияют на биогеоценоз.
Среди них выделяются те, которые играют главную роль в определении состава, структуры и свойств экосистемы путем создания среды для всего сообщества. Такие средообразующая виды называют эдификаторами.
Основными эдификаторами (создателями, строителями группировки) наземных экосистем является растения; в лесах это ель, дуб, на низинных болотах — осоки, на верховых болотах — сфагновый мох.
Каким же образом определенные виды растений создают среду для всего сообщества? В качестве примера рассмотрим хвойный лес. В ясные летние дни под пологом елового лесу освещенность в 1,5-2 раза меньше, а температура воздуха на 0,2-0,8 ° С ниже, чем во широколиственными деревьями.
Во густые кроны елей проникает в 2-2,5 раза меньше осадков, чем во кроны березы, осины, дуба. При этом дождевые воды, стекающие с крон елей, имеют кислую реакцию (рН 3,5-4,0).
И наконец, опад под елью состоит преимущественно из хвои, которая очень медленно разлагается, в результате чего под елью формируется мощная подстилка с низким содержанием необходимого для всех растений гумуса.
Таким образом, ель в процессе своей жизнедеятельности настолько изменяет условия среды, данный биотоп становится непригодным для обитания многих видов живых организмов. Здесь поселяются только те виды, которые приспособлены к жизни в таких условиях (например, кислица, майник, зеленый мох).
В некоторых случаях эдификаторами могут быть и животные. Например, на территориях, занятых колониями сурков, именно их деятельность определяет в основном характер ландшафта, микроклимат и условия роста травянистых растений.
Кроме относительно небольшого числа видов-доминантов, в состав биогеоценоза входит обычно множество малочисленных и даже редких форм, которые создают его видовое богатство, увеличивают разнообразие биоценотических связей и служат резервом для пополнения и замещения доминантов.
Эти виды оказывают биогеоценоза устойчивость и обеспечивают его функционирование в различных условиях. Итак, чем выше видовое разнообразие, тем полнее используются ресурсы среды и тем стабильнее биогеоценоз.
Кроме того, большое биоразнообразие является гарантом сложности пространственной структуры ценоза.
Пространственная структура биогеоценоза
Эта структура биогеоценоза определяется прежде всего составом фитоценоз.
Как правило, фитоценоз расчленены на достаточно хорошо отделены в пространстве (по вертикали и по горизонтали), а иногда и во времени элементы структуры, или ценоелементы.
К основным ценоелементив относятся яруса и микроугруповання. Первые характеризуют вертикальное, вторые — горизонтальное расчленение фитоценозов.
Основной фактор, который определяет вертикальное распределение растений — количество света, что приводит температурный режим и режим влажности на разных уровнях над поверхностью почвы в биогеоценозе.
Растения верхних ярусов более светолюбивы, чем низкорослые, и лучше их приспособлены к колебаниям температуры и влажности воздуха.
Нижние ярусы образованы растениями менее требовательными к свету; травянистый покров леса в результате отмирания листьев, стеблей, корней участвует в процессе почвообразования и тем самым влияет на растения верхнего яруса.
Яруса особенно хорошо заметны в лесах умеренного пояса. В них можно выделить 5-6 ярусов:
- первый (верхний) ярус образуют деревья первой величины (дуб черешчатый, липа сердцевидная, вяз гладкий и др.),
- второй — деревья второй величины (рябина обыкновенная, дикие яблоня и груша, черемуха и др.)
- третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная, крушина ломкая, бересклет европейский и др.);
- четвертый ярус состоит из высоких трав (чистец лесной, крапива, сныть обыкновенная) и кустарничков (черника),
- пятый ярус составлен из низких трав (осока волосистая, копытень европейский)
- в шестом ярусе — мхи, лишайники.
Животные также преимущественно приурочены к тому или иному яруса растительности. Например, среди птиц есть виды, гнездящиеся только на земле (фазановые, тетерева, трясогузки, овсянки), другие — в кустарниковом ярусе (дрозды, славки, снегири) или в кронах деревьев (зяблики, щелчки, корольки, крупные хищники и др. ).
Подземная ярусность фитоценозов, как правило, отсутствует. Установлено, что за очень редким исключением, общая масса подземных органов закономерно снижается сверху вниз. Особенно существенное падение количества мелких сосущих корней, основная масса которых приурочена к верхнему горизонту почвы, где сосредоточено более 90% всех корней.
Такое распределение активной части корней связан с образованием в поверхностных горизонтах почвы наибольшего количества доступных для растений элементов минерального питания, в первую очередь азота. В ряде случаев имеет значение ухудшение (сверху вниз) условий аэрации.
Все это определяет даже для растений, глубоко укореняются, значимость использования поверхностного горизонта почвы, где формируется постоянное или временно существующее корни.
Расчлененность (неоднородность) в горизонтальном направлении — мозаичность — присуща практически всем биогеоценозам.
Мозаичность выражается наличием в бигеоценози различных микроугруповань, которые различаются видовым составом, количественным соотношением различных видов, зимкнутистю, производительностью и другими признаками и свойствами.
Неравномерность в распределении видов живых организмов в пределах экосистем и связанная с этим мозаичность обусловлены рядом причин: особенностями биологии размножения и формы растений, неоднородностью грунтовых условий (наличие понижений и повышений), середовищеутворювальним влиянием растений и др. Мозаичность может возникнуть в результате деятельности животных (образование муравейников, вытаптывание травостоя копытными и т.п.) или человека (выборочная рубка, кострища и т.д.).
Экологическая структура биогеоценоза
Каждый биогеоценоз состоит из определенных экологических групп организмов, соотношение которых отражает экологическую структуру сообщества, которая состоит в течение длительного времени в определенных климатических, почвенных и ландшафтных условиях строго закономерно.
Например, в биогеоценозах разных природных зон закономерно меняется соотношение фитофагов (животных, питающихся растениями) и сапрофагов. В степных, полупустынных и пустынных районах фитофаги преобладают над сапрофаги, а в лесных биоценозах, наоборот, сильнее развиты сапрофаги.
В глубинах океана основным типом питания является хищничество, тогда как на освещенной поверхности водоема преобладают фильтраторы, потребляющих фитопланктон, или виды со смешанным типом питания.
Экологическую структуру экосистем отражает и соотношение таких групп растений, как гигрофиты, мезофиты и ксерофиты, а среди животных — гигрофилы, мезофилы и ксерофилы. Естественно, что в засушливых местах обитания преобладают растения с ксероморфные признакам (склерофиты и суккуленты), а на сильно увлажненных территориях — гигрофиты.
Разнообразие и наличие представителей той или иной экологической группы организмов обеспечивает их высокую плотность на единицу поверхности, максимальную биологическую продуктивность, оптимальные конкурентные отношения и, наконец, дает представление об особенностях того или иного биотопа.
Трофическая структура биогеоценоза
Основу трофической (пищевой) структуры биогеоценоза составляют цепи питания.
Таким образом, структура биогеоценоза дает возможность определить свойства того или иного сообщества, выяснить перспективу его устойчивости во времени и пространстве, а также предвидеть возможные последствия воздействия на него антропогенного фактора.
Источник: http://info-farm.ru/alphabet_index/s/struktura-biogeocenoza.html
Биогеоценозы. Биогеоценозы, их структура и характеристика
Показать все связанные файлы
Биогеоценозы, их структура и характеристикаЖивые существа расселены на Земле неравномерно.
Однородные участки суши (воды), заселенные живыми существами, называются биотопами (местами жизни).Исторически сложившееся сообщество организмов разных видов, населяющих биотоп, называется биоценозом. Сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа образуют устойчивую и динамическую систему – биогеоценоз (экологическую систему).
Таким образом, в состав биогеоценоза входят совокупность живых организмов и абиотические факторы окружающей среды. Термин «биогеоценоз» был предложен академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г. Границы биогеоценоза совпадают с границами растительного сообщества, являющегося его основой.
Биотические и абиотические компоненты биогеоценоза связаны взаимодействиями, осуществляющимися в процессе обмена вещества и энергии. Популяции организмов получают из среды необходимые для поддержания жизни ресурсы, выделяя одновременно продукты жизнедеятельности, восстанавливающие среду. Биогеоценоз функционирует как целостная самовоспроизводящаяся, саморегулирующаяся система.
В состав биогеоценоза входят следующие компоненты:- неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода и азота, кислород, вода, минеральные соли и др.);- климатические факторы (температура, освещенность и др.)- органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и др.
)- продуценты – автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических (в основном растения);
– консументы – гетеротрофные организмы, растительноядные и плотоядные потребители готового органического вещества (преимущественно животные);
– редуценты – гетеротрофные организмы, разрушающие остатки мертвых растений и животных и превращающие их в минеральные соединения (бактерии, грибы и др.).Пример биоценоза:1 – Трава (продуцент), 2 – Кузнечик (консумент первого порядка), 3 – Птицы (консумент второго порядка), 4 – Волк (консумент высшего порядка), 5 – Земляной червь (редуцент первого порядка), 6 – Бактерии и грибы (редуцент второго порядка)Каждый биогеоценоз характеризуется видовым разнообразием, плотностью популяций каждого вида и биомассой – общим количеством живого органического вещества. Первичной продуктивностью биогеоценоза называется биомасса, синтезируемая растениями в единицу времени, а вторичной – биомасса, образуемая гетеротрофными организмами (консументами) в единицу времени.Взаимоотношения между организмами биогеоценозов в процессе питания строятся на основе цепей питания. Источником энергии, за счет которой существуют все организмы, является Солнце. Первое звено всякой цепи питания – зеленые растения, преобразующие в процессе фотосинтеза световую энергию в энергию химических связей органических соединений (продуценты). Такому превращению подвергается лишь 0,1 % солнечной энергии, поступающей на Землю. Второе звено составляют травоядные животные (первичные потребители, консументы), поедающие растения. Большое количество потребляемой энергии они расходуют на процессы жизнедеятельности и только около 10 % – на построение тела. Хищники (вторичные потребители, консументы), поедающие травоядных, также используют на построение своего тела до 10 % энергии. Так как на каждой ступени питания теряется около 90 % энергии, то цепи питания не могут быть длинными, чаще всего они состоят из 3 – 5 звеньев. В среднем из одной тонны растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники – только 1 кг. Следовательно, масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность называется правилом экологической пирамиды. В каждом последующем звене уменьшается и количество особей; в противном случае хищники, уничтожив свои жертвы, сами были бы обречены на гибель.
Особи каждого вида используют лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, доводя его распад до определенной стадии. Трупами и экскрементами консументов питаются сапрофиты – различные навозные и трупоядные насекомые, грибы и гнилостные бактерии, доводя их разложение до минеральных веществ, необходимых для питания растений. Они являются разрушителями (редуцентами, деструкторами) и составляют третье звено цепей питания.Отдельные звенья пищевой цепи схематически изображают в виде прямоугольников, площадь которых соответствует числовым значениям звеньев. Располагая их в определенной последовательности, получают экологическую пирамиду. Различают три типа экологических пирамид:- пирамиды чисел (на каждом уровне отмечают численность организмов);- пирамида биомасс (откладывают значения общей сухой или сырой массы организмов разных уровней);- пирамида энергии (показывает величину потока энергии на последовательных уровнях).Экологическая пирамида обычно имеет вид треугольника с широким основанием, суживающимся кверху. Пирамидыбиомасс более наглядны, так как более точно показывают количественные соотношения отдельных уровней.Особи вида, занимающего положение высшего звена пирамиды питания, конкурируют друг с другом, но во взрослом состоянии, как правило, непосредственно не уничтожаются.
Ограничивающим фактором здесь является только количество корма. Виды, занимающие низшие звенья пирамиды, чаще всего обеспечены питанием, но интенсивно истребляются высшими звеньями. Такие организмы становятся кормовой базой для высших животных.
Почти все виды животных используют несколько источников пищи, поэтому, если один член биогеоценоза выпадает из сообщества, вся система не нарушается. Чем больше видовое разнообразие в биогеоценозе, тем он устойчивее.
Между всеми компонентами биогеоценоза устанавливается определенное динамическое равновесие, поддерживаемое саморегуляцией – способностью биогеоценозов восстанавливать свой состав после какого-либо отклонения. Например, массовое размножение грызунов вызывает значительное увеличение численности хищников и паразитов, которые сокращают величину популяции грызунов.
Вслед за этим сокращается численность хищников, так как они начинаютпогибать от недостатка пищи (волны жизни). Таким образом динамическое равновесие восстанавливается.Структура биогеоценоза, складывается в процессе эволюции, причем каждый вид эволюционирует таким образом, чтобы занять в биоценозе определенное место (нишу).
Совместное историческое развитие многих видов на одной территории способствует их приспособлению к использованию лишь части наличных пищевых ресурсов и ограниченному местообитанию. В результате достигается состояние взаимоприспособленности видов друг к другу (коадаптация), которая является обязательным условием стабильности биогеоценоза.
Плотность жизни и зональность в различных биогеоценозах определяется неравномерным распределением солнечной энергии, как по широте, так и по высоте над уровнем моря.
Изобилие влаги и тепла способствует большой плотности и громадному разнообразию видов растений и животных в тропиках и субтропиках; недостаток тепла (в тундре) и влаги (в пустыне) обусловливает низкую продуктивность растительности и скудность видового состава растений и животных. Распределение наземных растений обусловлено главным образом климатом и составом почв, а распределение животных – климатом и кормовой базой.
Смена биогеоценозовБиогеоценозы формируются длительно. В процессе их формирования происходит приспособление организмов к среде обитания и друг к другу. Каждый живой организм в процессе своей жизнедеятельности изменяет среду вокруг себя, поглощая из нее продукты питания и выделяя в нее продукты обмена.
Поэтому постепенно среда становится малопригодной для жизни одних видов и пригодной для других. Вследствие этого постепенно один биогеоценоз сменяется другим. Более быстрая смена биогеоценозов может быть обусловлена изменением климатических или других условий (лесной пожар, хозяйственная деятельность человека – вырубка лесов, осушение болот и т. п.).
Смена биогеоценоза (сукцессия) – это направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном биотопе. Чем полнее круговорот в биогеоценозе, тем он устойчивее и долговечнее. Смена биогеоценозов происходит в направлении от менее устойчивых к более устойчивым.
Ведущее значение в процессе смены биогеоценозов принадлежит растениям, хотя биогеоценозы изменяются как единое целое. Например, на месте лесного озера постепенно образуется торфяное болото, так как вследствие недостатка кислорода в придонных слоях воды часть органических веществ остается недоокисленной и остатки водной растительности образуют отложения торфа.
Водоем мелеет, прибрежная растительность распространяется к его центру. Озеро постепенно превращается в болото, поросшее травой, на котором в дальнейшем появляются кустарники, затем деревья и вырастает лес. Одновременно с изменением растительности изменяется и животный мир.
Природные биогеоценозы не могут полностью обеспечить человека продуктами, одеждой, промышленным сырьем, поэтому он создает искусственные биогеоценозы – агроценозы. Наряду с возделываемыми культурами в агроценозах произрастают сопутствующие сорные виды, которые испытывают мощный антропогенный пресс.
Кроме того, в состав агроценозов входят бактерии, водоросли, грибы, животные. Агроценозы – это поля, пастбища, сенокосы, лесные посадки, парки, сады. Их относительно высокая продуктивность по сравнению с биогеоценозами обеспечивается интенсивной технологией, подбором
высокоурожайных сортов, внесением удобрений, мелиорацией. Таким образом, агроценозы – это экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек. Они не способны к саморегуляции, так как характеризуются однотипностью видового состава.
Агроценозы имеют ряд принципиальных отличий от естественных экосистем. Помимо солнечной энергии они получают опосредованно через человека дополнительную энергию, расходуемую на рыхление и удобрение почвы, мелиорацию и т. п. В агроценозах происходит неполный круговорот веществ, так как при уборке урожая уносится значительная часть элементов, что компенсируется внесением удобрений. В биогеоценозах действует естественный отбор, направленный на создание видов, устойчивых к действию неблагоприятных факторов среды, а в агроценозах– искусственный, направленный на получение растений с максимальной урожайностью. Агроценозы обладают слабой устойчивостью, и их сохранение зависит от деятельности человека. Если она прекращается, то искусственное растительное сообщество заменяется природной растительностью. Необработанные поля довольно быстро зарастают сорняками, затем кустарниками и мелколесьем и наконец – лесом.Для повышения продуктивности агроценозов в настоящее время проводится мелиорация земель
– осушение и орошение почв, борьба с эрозией (укрепление склонов, безотвальная вспашка, посадка лесополос, залуживание бывших торфяников и т. п.
), рациональное (строго по нормам) внесение удобрений, строго дозированное применение средств для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорняками.
Создаются специализированные агропромышленные комплексы, используется высокопроизводительная техника, выводятся новые высокоурожайные сорта культурных растений, устойчивые к болезням и вредителям, применяются биологические способы борьбы с вредителями, соблюдаются научно обоснованные севообороты. В овощеводстве и цветоводстве широко используются теплицы, парники и выращивание овощей без грунта – гидропоника (в качестве субстрата используется гравий, орошаемый растворами солей) и аэропоника (субстрат отсутствует, а корни периодически опрыскиваются растворами минеральных солей).
перейти в каталог файлов
Источник: http://biologo.ru/biogeocenozi-ih-struktura-i-harakteristika/index.html
Загрузка...
