В чем заключается основное значение биогеоценозов для. Большая энциклопедия нефти и газа. Динамическое равновесие системы

Биологическая часть биогеоценоза представлена микроорга-низмами, растениями и животными и называется биоценозом . Биоценоз состоит из растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и мик-роорганизмов (микробиоценоз).

Популяции различных видов, обитающие в одном общем ареале, составляют экологическое сообщество . Живые организмы , находясь под воздействием других организмов и неживой природы , в свою очередь, оказывают на них влияние.

Экотоп

Абиотическая часть биогеоцено-за — это часть суши или водного бассейна с определёнными климатическими условиями. Называется она экотопом . Экотопы представлены атмосферными (климатотоп ) и почвенными (эдафотоп ) факторами (рис. 66).

Основные характеризующие показатели биогеоценоза:

видовое многообразие;
плотность особей каждого вида;
биомасса (общее количество органического вещества в биогеоценозе).

Устойчивость

Так как жизненные процессы в биогеоценозе обеспечиваются энергией, поступающей извне, он рассматривается как открытая, саморегулирующаяся система, которая находится в состоянии равновесия.

Саморегуляция

Одна из наиболее важных особенностей биогеоценоза — само-регуляция. Саморегуляция — это способность естественной системы восстанавливать свои свойства после воздействия на неё каких-либо природных или антропогенных факторов. Ярким примером саморегуляции служит биогеоценоз в широколиственном лесу. Здесь проявляется конкуренция растений за жизненное пространство, за свет и воду. В биогеоценозах такого типа наблюдается явление ярусности, т. е. расположение сообщества растений в несколько рядов по вертикали.

Круговорот ве-ществ

Стабильность биогеоценоза обеспечивается круговоротом ве-ществ (постоянным переходом веществ из неживой природы в живую, а из живой в неживую). Источником энергии при этом является Солн-це, энергия которого в процессе круговорота превращается в энергию химических связей веществ, а затем в механическую и тепловую.

Сезонные изменения

В биогео-ценозах любого типа наблюдаются изменения, связанные с климатическими ритмами. Так, в результате понижения температуры, сокращения длительности светового дня и изменения влажности осенью многие растения сбрасывают листву. В их запасающих органах накапливаются питательные вещества, на деревьях формируются пробки. В цитоплазме их клеток начинает уменьшаться содержание воды. Животные также активно готовятся к зиме: птицы улетают на юг, у млекопитающих начинается линька, они запасают пищу на зиму. Материал с сайта

Смена биогеоценозов

В биогеоценозе в результате возникновения пищевых связей между видами энергия переходит от одного трофического уровня к другому. При этом биомасса и количество энергии постепенно уменьшаются.

Биогеоценоз – это понятие, объединяющее три основы: «bios» (жизнь), «geo» (земля) и «koinos» (общее). Исходя из этого, пол словом «биогеоценоз» понимается конкретная развивающаяся система, в которой постоянно взаимодействуют живые организмы и предметы неживой природы. Они являются звеньями одной пищевой цепи и объединяются одними энергетическим потоками. Это касается, прежде всего, места соприкосновения живой и неживой природы. Впервые о биогеоценозе заговорил В.Н. Сукачев, известный советский ученый и мыслитель. В 1940 году он расшифровал это понятие в одной из своих статей, и этот термин стал широко использоваться в отечественной науке.

Биогеоценоз и экосистема

Понятие «биогеоценоз» - это термин, который используется только российскими учеными и их коллегами их стран СНГ. На западе существует аналог термина, автором которого является англичанин-ботаник А. Тенсли. Он ввел в научный оборот слово «экосистема» в 1935 году и к началу 1940-х оно уже стало общепринятым и обсуждаемым. Вместе с тем, понятие «экосистема» имеет более широкое значение, нежели «биогеоценоз». В какой-то мере можно говорить о том, что биогеоценоз является классом экосистемы. Итак, что же такое экосистема? Это соединение всех типов организмов и их среды обитания в одну единую систему, которая находится в балансе и гармонии, живет и развивается по собственным законам и принципам. При этом, экосистема в отличие от биогеоценоза не ограничена участком земли. Поэтому биогеоценоз – это часть экосистемы, но не наоборот. Экосистема может содержать сразу несколько видов биогеоценоза. Допустим, в экосистему пояса входит биогеоценоз материка и биогеоценоз океана.

Структура биогеоценоза

Структура биогеоценоза – это очень обширное понятие, которое лишено определенных показателей. Это объясняется тем, что его основу составляют самые разные организмы, популяции, предметы окружающего мира, которые можно словно разделить на биотические (живые организмы) и абиотические (окружающая среда) составляющие.

Абиотическая часть также состоит из нескольких групп:

неорганические соединения и вещества (кислород, водород, азот, вода, сероводород, углекислый газ);
органические соединения, которые служат пищей для организмов биотической группы;
климат и микроклимат, который определяет условия жизни для всех систем, которые в нем находятся.

Понятие "экосистема" ввел в 1935 году А. Тенсли, английский ботаник. Этим термином он обозначил любую совокупность организмов, обитающих совместно, а также окружающую их среду. В его определении подчеркивается наличие взаимозависимости, взаимоотношений, причинно-следственных связей, существующих между абиотической средой и биологическим сообществом, объединение их в некое функциональное целое. Экосистема, как считают биологи - это совокупность всевозможных популяций различных видов, которые обитают на общей территории, а также окружающая их неживая среда.

Биогеоценоз - это природное образование, имеющее четкие границы. Оно состоит из совокупности биоценозов (живых существ), которые занимают определенное место. Например, для водных организмов это место - вода, для тех, кто обитает на суше, - атмосфера и почва. Ниже мы рассмотрим которые помогут вам понять, что это такое. Эти системы мы подробно опишем. Вы узнаете о том, какова их структура, какие существуют их виды и как происходит их смена.

Биогеоценоз и экосистема: различия

До некоторой степени понятия "экосистема" и "биогеоценоз" являются однозначными. Тем не менее по объему они совпадают не всегда. Биогеоценоз и экосистема соотносятся как менее широкое и более широкое понятие. Экосистема не связана с неким ограниченным участком поверхности земли. Понятие это можно применять по отношению ко всем стабильным системам неживых и живых компонентов, в которых происходит внутренний и внешний круговорот энергии и веществ. К экосистемам, например, можно отнести каплю воды с находящимися в ней микроорганизмами, горшок с цветами, аквариум, биофильтр, аэротенк, космический корабль. А вот биогеоценозами их назвать нельзя. Экосистема может иметь в своем составе и несколько биогеоценозов. Обратимся к примерам. Можно выделить биогеоценозы океана и биосферы в целом, материка, пояса, почвенно-климатической области, зоны, провинции, округа. Таким образом, биогеоценозом можно считать не каждую экосистему. Мы выяснили это, обратившись к примерам. А вот любой биогеоценоз можно назвать экологической системой. Надеемся, теперь вы уяснили специфику этих понятий. "Биогеоценоз" и "экосистема" нередко употребляются как синонимы, однако разница между ними все-таки есть.

Особенности биогеоценоза

Множество видов обычно обитает в любом из ограниченных пространств. Между ними устанавливаются сложные и постоянные взаимоотношения. Другими словами, разные виды организмов, которые существуют в некотором пространстве, характеризующимся комплексом особых физико-химических условий, представляют собой сложную систему, которая сохраняется более или менее длительное время в природе. Уточняя определение, отметим, что биогеоценоз - это сообщество организмов различных видов (исторически сложившееся), которые тесно связаны между собой и с окружающей их, обменом энергии и веществ. Специфическая характеристика биогеоценоза заключается в том, что он пространственно ограничен и довольно однороден по видовому составу включенных в него живых существ, а также по комплексу различных Существование как целостной системы обеспечивает постоянное поступление в этот комплекс солнечной энергии. Как правило, граница биогеоценоза устанавливается по границе фитоценоза (растительного сообщества), который является его важнейшим компонентом. Таковы основные его особенности. Роль биогеоценоза велика. На его уровне происходят все процессы потока энергии и круговорота веществ в биосфере.

Три группы биоценоза

Главная роль в осуществлении взаимодействия между различными его компонентами принадлежит биоценозу, то есть живым существам. Они подразделяются по своим функциям на 3 группы - редуцентов, консументов и продуцентов - и тесно взаимодействуют с биотопом (неживой природой) и друг с другом. Эти живые существа объединены существующими между ними пищевыми связями.

Продуценты - это группа автотрофных живых организмов. Потребляя энергию солнечного света и минеральные вещества из биотопа, они создают тем самым первичные органические вещества. К данной группе относятся некоторые бактерии, а также растения.

Редуценты разлагают остатки умерших организмов, а также расщепляют до неорганических органические вещества, тем самым возвращая в биотоп "изъятые" продуцентами минеральные вещества. Это, например, некоторые виды одноклеточных грибов и бактерий.

Динамическое равновесие системы

Виды биогеоценоза

Биогеоценоз может быть естественным и искусственным. К видам последнего относятся агробиоценозы и городские биогеоценозы. Остановимся подробнее на каждом из них.

Биогеоценоз естественный

Отметим, что каждый природный естественный биогеоценоз - это система, сложившаяся в течение длительного времени - тысяч и миллионов лет. Поэтому все ее элементы являются "притертыми" друг к другу. Это приводит к тому, что устойчивость биогеоценоза к различным изменениям, происходящим в окружающей среде, очень высока. "Прочность" экосистем не беспредельна. Глубокие и резкие изменения условий существования, сокращение числа видов организмов (например, в результате масштабного вылова промысловых видов) приводят к тому, что равновесие может быть нарушено и он может быть разрушен. В этом случае происходит смена биогеоценозов.

Агробиоценозы

Агробиоценозы - это особые сообщества организмов, которые складываются на территориях, используемых людьми в сельскохозяйственных целях (посадки, посевы культурных растений). Продуценты (растения), в отличие от биогеоценозов естественного вида, представлены здесь одним видом культуры, выращиваемой человеком, а также определенным числом видов сорных растений. Разнообразие (грызунов, птиц, насекомых и т. п.) определяет растительный покров. Это виды, которые могут питаться произрастающими на территории агробиоценозов растениями, а также находиться в условиях их культивирования. Данные условия определяют наличие и других видов животных, растений, микроорганизмов и грибов.

Агробиоценоз зависит, прежде всего, от деятельности человека (внесение удобрений, механическая обработка почвы, орошение, обработка ядохимикатами и др.). Устойчивость биогеоценоза этого вида слабая - он очень быстро разрушится без вмешательства людей. Это вызвано отчасти тем, что растения культурные намного более прихотливы, нежели дикорастущие. Поэтому они не могут выдерживать конкуренции с ними.

Городские биогеоценозы

Городские биогеоценозы представляют особый интерес. Это еще одна разновидность антропогенных экосистем. В качестве примера можно привести парки. Основные как и в случае с агробиоценозами, являются в них антропогенными. Видовой состав растений определяет человек. Он сажает их, а также осуществляет уход за ними и их обработку. Наиболее сильно изменения внешней среды выражены именно в городах - повышение температуры (от 2 до 7 °С), специфические особенности почвенного и атмосферного состава, особый режим влажности, освещенности, действия ветров. Все эти факторы формируют городские биогеоценозы. Это очень интересные и специфические системы.

Примеры биогеоценоза многочисленны. Различные системы отличаются друг от друга по видовому составу организмов, а также по свойствам среды, в которой они обитают. Примеры биогеоценоза, на которых мы подробно остановимся, - это листопадный лес и пруд.

Листопадный лес как пример биогеоценоза

Листопадный лес является сложной экологической системой. В состав биогеоценоза в нашем примере входят такие виды растений, как дубы, буки, липы, грабы, березы, клены, рябины, осины и другие деревья, листва которых осенью опадает. Несколько их ярусов выделяется в лесу: низкий и высокий древесный, мохового напочвенного покрова, трав, кустарников. Растения, населяющие верхние ярусы, являются более светолюбивыми. Они лучше выдерживают колебания влажности и температуры, нежели представители нижних ярусов. Мхи, травы и кустарники теневыносливы. Они существуют летом в полумраке, образующимся после развертывания листвы деревьев. Подстилка лежит на поверхности почвы. Она образуется из полуразложившихся остатков, веточек кустарников и деревьев, опавшей листвы, мертвых трав.

Лесные биогеоценозы, в том числе листопадные леса, характеризуются богатой фауной. Их населяет множество норных грызунов, хищников (медведь, барсук, лисица), землероющих насекомоядных. Встречаются и живущие на деревьях млекопитающие (бурундук, белка, рысь). Косули, лоси, олени входят в состав группы крупных травоядных. Кабаны широко распространены. В разных ярусах леса гнездятся птицы: на стволах, в кустарниках, на земле или на вершинах деревьев и в дуплах. Имеется множество насекомых, питающихся листьями (к примеру, гусеницы), а также древесиной (короеды). В верхних слоях почвы, а также в подстилке обитает, кроме насекомых, огромное число и других позвоночных (клещи, дождевые черви, личинки насекомых), множество бактерий и грибов.

Пруд как биогеоценоз

Рассмотрим теперь пруд. Это пример биогеоценоза, средой жизни организмов в котором является вода. Крупные плавающие или укореняющиеся растения (рдесты, кувшинки, камыш) поселяются на мелководье прудов. Мелкие плавающие растения распространены по всей толще воды, до той глубины, куда проникает свет. В основном это водоросли, которые называются фитопланктоном. Их иногда много, в результате чего вода делается зеленой, "цветет". Множество сине-зеленых, зеленых и диатомовых водорослей содержится в фитопланктоне. Головастики, личинки насекомых, ракообразные питаются растительными остатками или живыми растениями. Рыбы и хищные насекомые поедают мелких животных. А за растительноядными и более мелкими хищными рыбами охотятся крупные хищные. Разлагающие органические вещества организмы (грибы, жгутиковые, бактерии) широко распространены по всей территории пруда. В особенности много их на дне, поскольку здесь скапливаются остатки мертвых животных и растений.

Сравнение двух примеров

Сравнив примеры биогеоценоза, мы видим, насколько непохожи и по видовому составу, и по внешнему виду экосистемы пруда и леса. Это обусловлено тем, что у организмов, населяющих их, разная среда обитания. В пруду это вода и воздух, в лесу - почва и воздух. Тем не менее функциональные группы организмов являются однотипными. В лесу продуценты - это мхи, травы, кустарники, деревья; в пруду - водоросли и плавающие растения. В лесу в состав консументов входят насекомые, птицы, звери и другие беспозвоночные, населяющие подстилку и почву. К консументам в пруду относятся различные земноводные, насекомые, ракообразные, хищные и растительноядные рыбы. В лесу редуценты (бактерии и грибы) представлены наземными формами, а в пруду - водными. Отметим также, что и пруд, и лиственный лес, - это естественный биогеоценоз. Примеры искусственных мы приводили выше.

Почему биогеоценозы сменяют друг друга?

Биогеоценоз не может существовать вечно. Он неизбежно рано или поздно сменяется другим. Это происходит в результате изменения среды живыми организмами, под влиянием человека, в процессе эволюции, при изменении климатических условий.

Пример смены биогеоценоза

Рассмотрим в качестве примера случай, когда сами живые организмы являются причиной смены экосистем. Это заселение скальных пород растительностью. Большое значение на первых стадиях этого процесса имеет выветривание пород: частичное растворение минералов и изменение их химических свойств, разрушение. На начальных этапах очень большую роль играют первые поселенцы: водоросли, бактерии, сине-зеленые. Продуцентами являются в составе лишайников и водоросли свободноживущие. Они создают органическое вещество. Сине-зеленые из воздуха берут азот и обогащают им еще малопригодную для обитания среду. Лишайники растворяют выделениями органических кислот скальную породу. Они способствуют тому, что элементы минерального питания постепенно накапливаются. Грибы и бактерии разрушают созданные продуцентами органические вещества. Последние не полностью минерализуются. Постепенно накапливается смесь, состоящая из минеральных и органических соединений и обогащенных азотом растительных остатков. Создаются условия для существования кустистых лишайников и мхов. Ускоряется процесс накопления азота и органического вещества, образуется тонкая прослойка почвы.

Формируется примитивное сообщество, которое может существовать в данной неблагоприятной обстановке. К суровым условиям скал хорошо приспособлены первые поселенцы - они выдерживают и мороз, и жару, и сушь. Постепенно они изменяют среду обитания, создавая условия для образования новых популяций. После того как появляются травянистые растения (клевер, злаки, осоки, колокольчик и др.), ужесточается конкуренция за питательные элементы, свет, воду. В этой борьбе пионеры-поселенцы вытесняются новыми видами. Кустарники поселяются за травами. Они скрепляют своими корнями формирующуюся почву. Лесными сообществами сменяются травяно-кустарниковые.

В ходе длительного процесса развития и смены биогеоценоза количество входящих в него видов живых организмов постепенно растет. Более сложным становится сообщество, все более разветвленной делается его Увеличивается разнообразие связей, существующих между организмами. Все полнее сообщество использует ресурсы среды. Так оно превращается в зрелое, которое хорошо приспособлено к условиям среды и обладает саморегуляцией. В нем популяции видов хорошо воспроизводятся и другими видами не замещаются. Тысячи лет длится описанная смена биогеоценозов. Однако существуют смены, которые происходят на глазах всего лишь одного поколения людей. К примеру, это зарастание мелких водоемов.

Итак, мы рассказали о том, что такое биогеоценоз. Примеры с описанием, представленные выше, дают наглядное представление о нем. Все, о чем мы рассказали, важно для понимания этой темы. Типы биогеоценозов, их структура, особенности, примеры - все это следует изучить для того, чтобы иметь полное представление о них.

Экосистема (от греческого слова oikos - жилище, местопребывание) - любой природный комплекс (биокосная система). Он состоит из живых организмов (биоценоз) и среды их обитания: косной (например, атмосфера) или биокосной (почва, водоем и т. п.), связанных между собой потоками вещества, энергии и информации. Гниющий пень со всеми его многочисленными обитателями (грибами, микроорганизмами, беспозвоночными) - экосистема небольшого масштаба. Озеро с водными и околоводными организмами (в том числе птицами, питающимися водными животными, прибрежной растительностью) - тоже экосистема, но большего масштаба. Самая большая экосистема - вся биосфера в целом. В экосистеме всегда есть энергетический вход и выход. Большая часть энергии для существования экосистем поступает за счет энергии Солнца, первично улавливаемой автотрофами, основную массу которых составляют зеленые растения. По пищевым цепям эта энергия и вещество включаются в круговорот, характерный для каждой экосистемы. Первичные и вторичные гетеротрофы (травоядные и плотоядные животные) используют накопленную энергию и созданное автотрофами вещество, которое затем вновь поступает в круговорот после его разложения и минерализации гетеротрофами-сапрофитами (грибами, микроорганизмами). Выход из этого круговорота - 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 ввел близкое к нему понятие «биогеоценоз». Биогеоценоз, в понимании В. Н. Сукачева, отличается от экосистемы определенностью своего объема. Экосистема может охватывать пространство любой протяженности - от капли прудовой воды до биосферы. Биогеоценоз - определенный участок территории, через который не проходит ни одна существенная биоценотическая (см. Биоценоз), гидрологическая, климатическая, почвенная или геохимическая граница. Биогеоценозы - это кирпичики, из которых сложена вся биосфера. На суше границы биогеоценоза обычно выделяют по характеру растительного покрова: изменение растительности маркирует почвенные, геохимические и другие границы. Размеры биогеоценозов различны - от нескольких сотен квадратных метров до нескольких квадратных километров, а по вертикали - от нескольких сантиметров (на скальных породах) до нескольких сотен метров (в лесах). Совокупность популяций организмов, входящих в экосистему (обычно в пределах биогеоценоза), жизнь которых тесно связана с каким-то одним, центральным видом, называется консорцией (от латинского слова consortium - сообщество). Обычно в роли центрального вида консорции выступает растение, которое определяет весь характер биогеоценоза: в ельниках - ель, в сосняках - сосна, в ковыльной степи - ковыль и т. д. Связь между центральным видом и остальными в консорции может быть самая разная: через пищевые цепи, как местообитание (лишайник на стволе сосны), создание комфортных микроклиматических условий (влажность, тень под пологом дерева).

17. Экосистемы и биогеоценозы

Экосистема – это любое единство, включающее все организмы и весь комплекс физико-химических факторов и взаимодействующее с внешней средой. Экосистемы – это основные природные единицы на поверхности Земли.

Учение об экосистемах было создано английским ботаником Артуром Тенсли (1935).

Для экосистем характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между их живыми и неживыми компонентами. При изучении экосистем особое внимание уделяется функциональным связям между организмами, потокам энергии и круговороту веществ .

Пространственно-временные границы экосистем могут выделяться достаточно произвольно. Экосистема может быть идолговечной (например, биосфера Земли), и кратковременной (например, экосистемы временных водоемов). Экосистемы могут бытьестественными и искусственными . С точки зрения термодинамики, естественные экосистемы – всегда открытые системы (обмениваются с внешней средой веществом и энергией); искусственные экосистемы могут быть изолированными (обмениваются с внешней средой только энергией).

Биогеоценозы . Параллельно с учением об экосистемах развивалось и учение о биогеоценозах, созданное Владимиром Николаевичем Сукачевым (1942).

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, растительности, животного мира и микроорганизмов, почвы, горной породы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий слагающих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии .

Биогеоценозы характеризуются следующими чертами:

– биогеоценоз связан с определенным участком земной поверхности; в отличие от экосистемы пространственные границы биогеоценозов не могут быть проведены произвольно;

– биогеоценозы существуют длительное время;

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

– биогеоценоз – это элементарная биохорологическая ячейка биосферы (то есть биолого-пространственная единица биосферы);

– биогеоценоз – это арена первичных эволюционных преобразований (то есть эволюция популяций протекает в конкретных естественноисторических условиях, в конкретных биогеоценозах).

Таким образом, как и экосистема, биогеоценоз представляет собой единство биоценоза и его неживой среды обитания; при этом основой биогеоценоза является биоценоз. Понятия экосистемы и биогеоценоза внешне сходны, но, в действительности, они различны. Иначе говоря, любой биогеоценоз – это экосистема, но не любая экосистема – биогеоценоз .

Структура экосистемы

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистеме возможны только за счет постоянного притока высокоорганизованной энергии. Основным первичным источником энергии на Земле является солнечная энергия.

В экосистемах наблюдается постоянный поток энергии , которая переходит из одной формы в другую.

Фотосинтезирующие организмы переводят энергию солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Эти организмы являются производителями, или продуцентами органического вещества. В большинстве случаев функции продуцентов в экосистемах выполняют растения.

Погибшие организмы и отходы жизнедеятельности в любой форме потребляются организмами, разрушающими мертвое органическое вещество до неорганических веществ – редуцентами , или деструкторами . К редуцентам относятся различные животные (как правило, беспозвоночные), грибы, прокариоты:

– некрофаги – трупоеды;

– копрофаги (копрофилы, копротрофы) – питаются экскрементами;

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

– ксилофаги (ксилофилы, ксилотрофы) – питаются древесиной;

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

– детритофаги – питаются полуразложившимся органическим веществом;

– окончательные минерализаторы – полностью разлагают органическое вещество.

Продуценты и редуценты обеспечивают круговорот веществ в экосистеме: окисленные формы углерода и минеральных веществ превращаются в восстановленные и наоборот; происходит превращение неорганических веществ в органические, а органических – в неорганические.

Пищевые цепи

При последовательной передаче энергии от одних организмов к другим образуются пищевые (трофические) цепи .

Трофические цепи, которые начинаются с продуцентов, называются пастбищные цепи , или цепи выедания . Отдельные звенья пищевых цепей называются трофические уровни . В пастбищных цепях выделяют следующие уровни:

1-й уровень – продуценты (растения);

2-й уровень – консументы первого порядка (фитофаги);

3-й уровень – консументы второго порядка (зоофаги);

4-й уровень – консументы третьего порядка (хищники);

Погибшие организмы и отходы жизнедеятельности каждого уровня разрушаются редуцентами. Трофические цепи, которые начинаются с редуцентов, называются детритные цепи . Детритные цепи являются основой существования зависимых экосистем, в которых органического вещества, произведенного продуцентами, недостаточно для обеспечения энергией консументов (например, глубоководные экосистемы, экосистемы пещер, экосистемы почвы). В этом случае существование экосистемы возможно за счет энергии, содержащейся в мертвом органическом веществе.

Органическое вещество, находящееся на каждом трофическом уровне, может потребляться различными организмами и различными способами. Один и тот же организм может относиться к разным трофическим уровням. Таким образом, в реальных экосистемах пищевые цепи превращаются в пищевые сети .

Ниже приведен фрагмент пищевой сети смешанного леса.

Продуктивность трофических уровней

Количество энергии, проходящее через трофический уровень на единице площади за единицу времени, называется продуктивностью трофического уровня . Продуктивность измеряется в ккал/га·год или других единицах (в тоннах сухого вещества на 1 га за год; в миллиграммах углерода на 1 кв. метр или на 1 куб. метр за сутки и т. д.).

Энергия, поступившая на трофический уровень, называется валовой первичной продуктивностью (для продуцентов) или рационом (для консументов). Часть этой энергии расходуется на поддержание процессов жизнедеятельности (метаболические затраты, илизатраты на дыхание ), часть – на образование отходов жизнедеятельности (опад у растений, экскременты, линочные шкурки и иные отходы у животных), часть – на прирост биомассы . Часть энергии, затраченная на прирост биомассы, может быть потребленаконсументами следующего трофического уровня.

Энергетический баланс трофического уровня может быть записан в виде следующих уравнений:

(1) валовая первичная продуктивность = дыхание + опад + прирост биомассы

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

Первое уравнение применяется по отношению к продуцентам, второе – по отношению к консументам и редуцентам.

Разность между валовой первичной продуктивностью (рационом) и затратами на дыхание называется чистой первичной продуктивностью трофического уровня. Энергия, которая может быть потреблена консументами следующего трофического уровня, называется вторичной продуктивностью рассматриваемого трофического уровня.

При переходе энергии с одного уровня на другой часть ее безвозвратно теряется: в виде теплового излучения (затраты на дыхание), в виде отходов жизнедеятельности. Поэтому количество высокоорганизованной энергии постоянно уменьшается при переходе с одного трофического уровня на последующий. В среднем на данный трофический уровень поступает ≈ 10 % энергии, поступившей на предыдущий трофический уровень; эта закономерность называется правилом «десяти процентов», или правилом экологической пирамиды . Поэтому количество трофических уровней всегда ограничено (4-5 звеньев), например, уже на четвертый уровень поступает только 1/1000 часть энергии от поступившей на первый уровень.

Динамика экосистем

В формирующихся экосистемах на образование вторичной продукции расходуется лишь часть прироста биомассы; в экосистеме происходит накопление органического вещества. Такие экосистемы закономерно сменяются другими типами экосистем. Закономерная смена экосистем на определенной территории называется сукцессия . Пример сукцессии: озеро → зарастающее озеро →болото → торфяник → лес .

Различают следующие формы сукцессий:

– первичные – возникают на ранее незаселенных территориях (например, на незадернованных песках, скалах); биоценозы, первоначально формирующиеся в таких условиях, называются пионерными сообществами ;

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

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

– необратимые – возврат к ранее существовавшей экосистеме невозможен (например, уничтожение реликтовых экосистем;реликтовая экосистема – это экосистема, сохранившаяся от прошлых геологических периодов);

– антропогенные – возникающие под воздействием человеческой деятельности.

Накопление органического вещества и энергии на трофических уровнях приводит к повышению устойчивости экосистемы. В ходе сукцессии в определенных почвенно-климатических условиях формируются окончательные климаксные сообщества . В климаксныхсообществах весь прирост биомассы трофического уровня расходуется на образование вторичной продукции. Такие экосистемы могут существовать бесконечно долго.

В деградирующих (зависимых) экосистемах энергетический баланс отрицательный – энергии, поступившей на низшие трофические уровни, недостаточно для функционирования высших трофических уровней. Такие экосистемы неустойчивы и могут существовать только при дополнительных затратах энергии (например, экосистемы населенных пунктов и антропогенных ландшафтов). Как правило, в деградирующих экосистемах число трофических уровней снижается до минимума, что еще больше увеличивает их неустойчивость.

Антропогенные экосистемы

К основным типам антропогенных экосистем относятся агробиоценозы и промышленные экосистемы.

Агробиоценозы – это экосистемы, созданные человеком для получения сельскохозяйственной продукции.

В результате севооборотов в агробиоценозах обычно происходит смена видового состава растений. Поэтому при описании агробиоценоза дается его характеристика на протяжении нескольких лет.

Особенности агробиоценозов:

– обедненный видовой состав продуцентов (монокультура);

– систематический вынос элементов минерального питания с урожаем и необходимость внесения удобрений;

– благоприятные условия для размножения вредителей в связи с монокультурой и необходимость применения средств защиты растений;

– необходимость уничтожения сорняков – конкурентов культурных растений;

– сокращение числа трофических уровней в связи с обедненностью видового разнообразия; упрощение цепей (сетей) питания;

– невозможность самовоспроизведения и саморегуляции.

Для поддержания устойчивости агробиоценозов необходимы дополнительные затраты энергии. Например, в экономически развитых странах для производства одной пищевой калории затрачивается 5-7 калорий энергии ископаемого топлива.

Промышленные экосистемы – это экосистемы, формирующиеся на территории промышленных предприятий . Промышленные экосистемы характеризуются следующими особенностями:

– высокий уровень загрязненности (физические, химические и биологические загрязнения);

– высокая зависимость от внешних источников энергии;

– исключительная обедненность видового разнообразия;

– неблагоприятное влияние на смежные экосистемы.

Для контроля за состоянием антропогенных экосистем используются экологические знания.

На первом этапе работы необходима комплексная инвентаризация (паспортизация) антропогенных экосистем. Полученные данные необходимо проанализировать, выявить состояние экосистемы, степень ее устойчивости. В ряде случаев необходимо поставить эксперименты, спланированные для выявления действия комплекса факторов.

На следующем этапе ведется построение комплексных моделей, объясняющих имеющееся состояние экосистемы и служащих для прогнозирования изменений. Вырабатываются и исполняются рекомендации по повышению устойчивости экосистем. Постоянно ведется корректировка управления деятельностью человека.

На заключительном этапе работы планируется и осуществляется система наблюдений за состоянием экосистемы – экологический мониторинг (от англ. monitor – подстерегающий). При осуществлении экологического мониторинга используются физико-химические измерительные методы, а также методы биотестирования и биоиндикации.

Биотестирование – это контроль за состоянием среды с помощью специально созданных тест–объектов . Тест–объектами могут служить культуры клеток, тканей, целостные организмы. Например, выведен специальный сорт табака, на листьях которого при повышенном содержании озона образуются некротические пятна.

Биоиндикация – это контроль за состоянием среды с помощью обитающих в ней организмов. В этом случае в качестве тест–объектов используется видовой состав фитопланктона, спектр морфологических типов лишайников. Например, видовой состав травянистых растений может служить для индикации эрозии почв. На почвах, не затронутых эрозией, или слабосмытых почвах произрастают: костер безостый, клевер луговой. На смытых почвах произрастают: ястребинка волосистая, мать-и-мачеха.

Для обнаружения тяжелых металлов используется физико-химический анализ тканей организмов, избирательно накапливающих различные металлы. Например, подорожник избирательно накапливает свинец и кадмий, а капуста избирательно накапливает ртуть.

20. экология как научная основа рационального природопользования и охраны природы ЭКОЛОГИЯ (от греч. "oikos" - дом, жилище, местопребывание и...логия), - наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин "экология" предложен в 1866 Э. Геккелем. Объектами экологии могут быть популяции организмов, виды, сообщества,экосистемыибиосферав целом. С середине XX в. в связи с усилившимсянегативным воздействием человека на природу экология приобрела особое значенние как научная основа рационального природопользования и охраны живых организмов, а сам термин "экология" - более широкий смысл. Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции,биоценозы,экосистемы) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению обиогеоценозахи их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизациипланеты. Но, согласно исследованиямЛ. К. Яхонтовойи В. П. Зверева, "...указанным аспектом экологии нельзя ограничиться, поскольку понятие среды обитания подразумевает сложную природно-техническую систему, отнюдь не только биологическую, но не в меньшей степени также геолого-минеральную и технолого-минеральную, связанную с результатами технологической деятельности общества. Защита среды обитания от последствий деятельности человека приобретает первостепенное значение, а изучение техногенного минералообразования имеет особое значение в решении задач охраны окружающей среды на территориях горно-промышленных комплексов. Техногенная минерализация является бесспорным индикатором многих процессов, наносящих ущерб не только окружающей среде (повышенная концентрация токсичных веществ в водах, засоленность грунтов, присутствие в строениях и конструкциях минерализованных растворов, интенсивная коррозия металлов и пр.), но и здоровью людей, живущих в рудных районах" (Яхонтова Л. К., Зверева В. П., 2000). С 70-х гг. XX в. складывается экология человека, или социальная экология, изучающая закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы ее охраны; включает различные философские, социологические, экономические,географические,геологическиеи другие аспекты (напр., - экология города, техническая экология, экологическая этика, экология проведения геологоразведочных и горнодобывающих работ и др.). В этом смысле говорят об "экологизации" современной науки. Экологическое направление стало углубленно развиваться и в геологии (эклогическая геология).

Главная теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу. Экологическая ситуация в современном мире становится всё более далека от благополучной, что связано с непомерной жаждой потребления "цивилизованного" человека. Взаимодействие человеческого общества и Природы стало одной из важнейших проблем современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустыниваниеогромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур. Антропогенные изменения затронули практически всеэкосистемыпланеты, газовый состав атмосферы, энергетический балансЗемли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с Природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие. Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия биологов и микробиологов,геологови географов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и геохимии их истинную универсальность. В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится из науки первоначально биологической - наукой комплексной и социальной. Экологическая ситуация в современном мире становится всё более далека от благополучной, что связано с непомерной жаждой потребления "цивилизованного" человека. Экологические проблемы, порожденные современным общественным развитием, вызвали к жизни ряд общественно-политических движений ("Зеленые", "Гринпис", "Всеевропейская экологическая сеть" и мн. др.), выступающих против загрязнения окружающей среды и за сохранение или восстановление жизнеспособных природных экосистем. За борьбу с негативными последствиями научно-технического "прогресса", ставшими в своей совокупности одной из главных глобальных угроз человечеству и жизни на Земле.

В любом ограниченном пространстве обычно обитает множество видов, между которыми установились постоянные и сложные взаимоотношения. Иными словами, различные виды организмов, существующие в определенном пространстве с комплексом физико-химических условий, образуют сложную систему, более или менее длительно сохраняющуюся в природе. В экологии их называют экосистемами (А. Тенсли, 1935 г.) или биогеоценозами (В. Н. Сукачев, 1940 г.).

Биогеоценоз - это исторически сложившееся сообщество организмов разных видов (биоценоз), тесно связанных между собой и с окружающей их неживой природой (биотоп) обменом веществ и энергии (рис. 1 и 2).

Рис.1. Основные компоненты экосистемы. Светлыми стрелками показан поток энергии, черными - круговорот питательных веществ

Рис. 2. Потоки энергии, идущие от Солнца через зеленые растения к животным

Биогеоценоз пространственно ограничен и относительно однороден как по видовому составу живых существ, так и по комплексу абиотических факторов.

Постоянное поступление солнечной энергии определяет его существование в качестве целостной системы.

Ведущая активная роль в процессах взаимодействия компонентов экосистемы принадлежит живым существам, т. е. биоценозу. Функционально они здесь подразделяются на три группы - продуцентов, консументов и редуцентов , находящихся в тесном взаимодействии друг с другом и с неживой природой (биотопом) и объединенных пищевыми связями.

Продуценты составляют группу автотрофных организмов, которые, потребляя минеральные вещества из биотопа и энергию солнечного света, создают первичные органические вещества . К этой группе относятся растения и некоторые бактерии.

Редуценты - это организмы, разлагающие остатки отмирающих организмов, расщепляющие органические вещества до неорганических и возвращающие тем самым в биотоп минеральные вещества, которые были «изъяты» продуцентами. Например, таковы некоторые виды бактерий и одноклеточных грибов.

Рис. 3. Небольшой пресноводный пруд как пример экосистемы: 1 - основные минеральные и органические соединения; 2 - растения, имеющие корни, и фитопланктон - производители; 3 - зоопланктон и донные формы (травоядные), первичные потребители; 4 - плотоядные, вторичные потребители; 5 - вторичные плотоядные, третичные потребители; 6 - бактерии и грибы, разрушители

Так происходит круговорот веществ в биогеоценозе (см. рис.1), постоянство которого служит залогом длительного существования экосистемы, несмотря на ограниченный запас минеральных веществ в ней.

Рис. 4. Схема пищевых связей между организмами лугового биогеоценоза

Каждый естественный природный биогеоценоз представляет собой систему, которая сложилась в течение многих тысяч и миллионов лет. Все ее элементы «притерты» друг к другу, что обеспечивает устойчивость к изменениям окружающей среды. Однако «прочность» экологических систем не беспредельна: резкие и глубокие изменения природных условий, сокращение численности тех или иных видов организмов (например, в результате неограниченного вылова промысловых видов) могут нарушить равновесие в биогеоценозе и привести к его разрушению.

На территориях нашей планеты, используемых человеком в сельскохозяйственных целях (посевы, посадки культурных растений), складываются особые сообщества организмов - агробиоценозы . В отличие от естественных биогеоценозов, продуценты (растения) здесь представлены одним видом выращиваемой человеком культуры, а также некоторым количеством видов сорных растений. Растительный покров определяет видовой состав растительноядных животных (насекомых, птиц, грызунов и т. п.), способных питаться этими растениями и пребывать в условиях их культивирования. Данные условия определяют существование и других видов растений, животных, грибов и микроорганизмов.

Агробиоценоз зависит от деятельности человека (механическая обработка почвы, внесение удобрений, обработка ядохимикатами, орошение и т. д.) и характеризуется слабой устойчивостью - без вмешательства людей он разрушится очень быстро. Отчасти это вызвано тем, что культурные растения гораздо более прихотливы, чем дикорастущие, и не выдержат конкуренции с ними.

Особый интерес представляют еще одного рода антропогенные экосистемы - городские биогеоценозы, например парки. Так же как и для агробиоценозов, основные экологические факторы в них антропогенные. Человек определяет видовой состав растений в посадках, постоянно осуществляет их обработку и уход. В городах наиболее сильно выражены изменения внешней среды - повышение температуры (на 2–7 °С), особенности атмосферного и почвенного состава, своеобразный режим освещенности, влажности, действия ветров. Все это и формирует городские биогеоценозы.