Биогеоценозы — элементарные единицы биосферы
Биогеоценозы — закрытые экосистемы, способные к саморегуляции (понятие введено В. Н. Сукачевым в 1940).
Биогеоценозом называют естественный однородный участок земной поверхности с определенным составом организмов, которые населяют ее (бактерий, растений, животные, грибов), и комплексом абиотических компонентов (почвой, воздухом, солнечной энергией и другими), которые связаны обменом вещества и энергии в единую естественную систему. \
Рис. — Схема строения природной экосистемы (биогеоценоза) (по С.Швиндлерману)
Биогеоценоз содержит два компонента:
• экотоп (грец. топос — место) — совокупность на определенной территории абиотических факторов — климатических (климатоп), водных (гидротоп) и почвенных (эдафотоп);
• биоценоз — совокупность живых организмов: І — растений (фитоценоз), II — животных (зооценоз); III — микроорганизмов (микробоценоз); IV — грибов (микоценоз) — биотический фактор (рис. 2.1).
Состав биогеоценоза — это биотоп — однородное по абиотическим факторам среды пространство — и биоценоз — совокупность всех представленных в пределах данного биотопа организмов. Функциональный состав биоценоза: совокупность всех продуцентов данного биотопа (висшие растения, водоросли, автотрофные бактерии) — так называемый фитоценоз; совокупность животных-консументов — зооценоз; совокупность редуцентов (бактерий и грибов) — микробоценоз.
Среди структур биоценоза обычно выделяют такие виды:
а) видовая — которая раскрывает видовое многообразие живых организмов;
б) трофическая — которая демонстрирует характер пищевых взаимоотношений между организмами биоценоза;
в) пространственная — показывает территориальное размещение растений, животных и микроорганизмов.
В зависимости от систематической принадлежности организмов биоценозы делятся на:
а) фитоценозы, образованные растениями;
б) зооценозы, которые являются совокупностью всех животных экосистемы;
в) микробоценозы, сформированные микроорганизмами, населяющими подземную
часть экосистемы.
Как правило, выразительных, резких границ между биогеоценозами не существует, и один постепенно переходит в другой. Границы биогеоценоза могут быть прослежены на многих его компонентах, но чаще они совпадают с границами фитоценоза, т.е. контуром однородной растительности, поскольку именно растения-продуценты являются первым звеном трофических цепей биогеоценоза.
Размеры конкретных биогеоценозов колеблются в довольно широких границах: в пустынях площадь биогеоценоза представляет сотни тысяч квадратных метров (например, барханные пески); площадь одного лесного биогеоценоза — от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч квадратных метров (например, березовая роща в дубовом лесу); луговые и степные биогеоценозы еще меньше — до нескольких десятков, иногда — сотен квадратных метров.
Толща Б. не бывает однородной ни по составу и состоянию его компонентов, ни по условиям и результатам их биогеоценотической деятельности. Она дифференцируется на надземную, подземную, подводную части, которые в свою очередь делятся на элементарные вертикальные структуры — биогеогоризонты, очень специфичные по составу, структуре и состоянию живых и косных компонентов. Для обозначения горизонтальной неоднородности, или мозаичности, Б. введено понятие биогеоценотических парцелл. Как и Б. в целом, это понятие комплексное, т.к. в состав парцеллы на правах участников обмена веществ и энергии входят растительность, животные, микроорганизмы, почва, атмосфера.
Б. — динамичная система. Он непрерывно изменяется и развивается в результате внутренних противоречивых тенденций его компонентов. Изменения Б. могут быть кратковременными, обусловливающими легко обратимые реакции компонентов Б. (суточные, погодные, сезонные), и глубокими, ведущими к необратимым сменам в состоянии, структуре и общем метаболизме Б. и знаменующими смену (сукиессию) одного Б. другим.
Наряду с динамичностью, Б. присуща и устойчивость во времени, которая обусловлена тем, что современные природные Б. — результат длительной и глубокой адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Поэтому Б., выведенные из устойчивого состояния той или иной причиной, после её устранения могут восстанавливаться в форме, близкой к исходной.
Каждый биогеоценоз характеризуется биомассой и производительностью, имеет свою определенную пространственную и видовую структуры, определенную совокупность цепей питания, которые связывают потоками вещества и энергии в специфическую для данного биогеоценоза трофическую сеть и определяют его информативность.
Совокупность биогеоценозов с относительно похожими характеристиками (по составу и структуре компонентов, по метаболизму и направлению развития, и, прежде всего — растительности), которые занимают значительную территорию и развиваются в похожих климатических условиях, называют биомами. Сегодня на нашей планете выделяют около 30 основных биомов.
Производительность — одна из важнейших характеристик: она отображает эффективность работы биогеоценозов, скорость потока энергии и веществ в их цепях питания.
Биогеоценозы никогда не бывают целиком однородными. Наоборот, они имеют свою определенную пространственную структуру, которая является «лицом» данного биогеоценоза. Пространственная структура характеризуется ярусностью и горизонтальной неоднородностью — мозаичностью.
Одновысотные заросли называют ярусами. По обыкновению в биогеоценозах суши выделяют древесный, кустарниковый, травянистый и лишайниковый ярусы.Степень развития ярусной структуры большой мерой определяет производительность биогеоценозов.
Биогеоценоз и экосистема
Биологическая система, рассматриваемая в ее взаимоотношениях со средой, представляет собой экологическую систему в широком смысле этого слова.
Соответственно и биогеоценоз — функциональное единство биоценоза и внешней по отношению к нему неорганической среды — является экологической системой, поэтому понятие «экологическая система» (экосистема) обычно используется как синоним термина «биогеоценоз».
Однако, понятия биогеоценоз и экосистема до некоторой степени однозначны, но они не всегда совпадают по объему.
Экосистема — широкое понятие, экосистема не имеет пространственного выражения и фиксированных границ на территории. И ствол дерева, которое упало и гниет, и лесопосадку в целом можно рассматривать как экосистему. Экосистемами являются и небольшой пруд, и Мировой океан. В современной экологии понятие экосистемы часто является размытым, поскольку в качестве экосистемы могут рассматриваться и муравейник и летящая птица вместе с паразитами на ее теле. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.
В то же время опыт изучения естественных явлений показывает, что большинство из них довольно четко очерченные территориально. Это привело к необходимости введения в экологию еще одного важного понятия — биогеоценоза.
Так, к экосистемам относятся капля воды с микроорганизмами, аквариум, горшок с цветами, космический корабль. Биогеоценозами же они не могут быть.
Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом).
Таким образом, экосистема территориально не определена, а биогеоценоз всегда является конкретным участком биосферы. Поэтому некоторые специалисты считают, что биосфера состоит не из экосистем, а из биогеоценозов. На самом деле оба эти понятия целесообразные и дополняют одно одного. Биогеоценоз — это частный случай, один из видов экосистемы, который имеет четкую территориальную привязку.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Экосистемы — основные структурные единицы биосферы
Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и
неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Терминэкосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологомА. Тенсли.
Таким образом, под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни.
Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально- энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода.
В любом конкретном месте обитания запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.
Следовательно, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.
Рис. 8.1. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами
В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г.B. НСукачевым. По его определению, биогеоценоз — «совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».
В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока:экотоп — совокупность условий абиотической среды ибиоценоз — совокупность всех живых организмов (рис. 8.1). Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп — как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов.
Существует мнение, что термин «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается, прежде всего, ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.
Следует указать, что совокупность специфического физико-хи- мического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему:
Экосистема = Биотоп + Биоценоз.
Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ (см. п. 1.5). В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.
Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.
Продуцентами выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Продуценты
Консументы — гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов в течение жизни, выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.
В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.
Масштабы экосистемы в природе весьма различны. Неодинакова также степень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т.е. многократность вовлечения одних и тех же элементов в циклы. В качестве отдельных экосистем можно рассматривать, например, и подушку лишайников на стволе дерева, и разрушающийся пень с его населением, и небольшой временный водоем, луг, лес, степь, пустыню, весь океан и, наконец, всю поверхность Земли, занятую жизнью.
В некоторых типах экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (леса, луга, озера и т.п.).
Экосистема — практически замкнутая система. В этом состоит принципиальное отличие экосистем от сообществ и популяций, являющиеся открытыми системами, обменивающимися со средой обитания энергией, веществом и информацией.
Однако ни одна экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота, поскольку минимальный обмен массой со средой обитания все-таки происходит.
Экосистема является совокупностью взаимосвязанных энергопотребителей, совершающих работу по поддержанию ее неравновесного состояния относительно среды обитания за счет использования потока солнечной энергии.
В соответствии с иерархией сообществ жизнь на Земле проявляется и в иерархичности соответствующих экосистем. Экосистемная организация жизни является одним из необходимых условий ее существования. Как уже отмечалось, запасы биогенных элементов, необходимых для жизни организмов на Земле в целом и на каждом конкретном участке на ее поверхности, небезграничны. Лишь система круговоротов могла придать этим запасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни.
Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально различные группы организмов. Функционально-экологическое разнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы — древнейшее свойство жизни.
С этой точки зрения устойчивое существование многих видов в экосистеме достигается за счет постоянно происходящих в ней естественных нарушений местообитаний, позволяющих новым поколениям занимать вновь освободившееся пространство.
Концепция экосистемы
Основным объектом изучения экологии являются экологические системы, или экосистемы. Экосистема занимает следующее после биоценоза место в системе уровней живой природы. Говоря о биоценозе, мы имели в виду только живые организмы. Если же рассмаривать живые организмы (биоценоз) в совокупности с факторами окружающей среды, то это уже экосистема. Таким образом, экосистема — природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (например, атмосфера — косной, почва, водоем — биокосной и т.д.), связанными между собой обменом веществ и энергии.
Общепринятый в экологии термин «экосистема» ввел в 1935 г. английский ботаник А. Тенсли. Он считал, что экосистемы, «с точки зрения эколога представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, — факторы местообитания в самом широком смысле». Тенсли подчеркивал, что для экосистем характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между органическим и неорганическим веществом. Это не только комплекс живых организмов, но и сочетание физических факторов.
Экосистема (экологическая система) — основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания, любая совокупность совместно обитающих живых организмов и условий их существования (рис. 8).
Рис. 8. Различные экосистемы: а — пруда средней полосы (1 — фитопланктон; 2 — зоопланктон; 3 — жуки-плавунцы (личинки и взрослые особи); 4- молодые карпы; 5 — щуки; 6 — личинки хорономид (комаров-дергунцов); 7- бактерии; 8 — насекомые прибрежной растительности; б — луга (I — абиотические вещества, т.е. основные неорганические и органические слагаемые); II- продуценты (растительность); III- макроконсументы (животные): А — травоядные (кобылки, полевые мыши и т.д.); В — косвенные или питающиеся детритом консументы, или сапробы (почвенные беспозвоночные); С- «верховые» хищники (ястребы); IV- разлагатели (гнилостные бактерии и грибы)
Понятие «экосистема» можно применить к объектам различной степени сложности и величины. Примером экосистемы может служить тропический лес в определенном месте и в конкретный момент времени, населенный тысячами видов живущих вместе растений, животных и микробов и связанный происходящими между ними взаимодействиями. Экосистемами являются такие природные образования, как океан, море, озеро, луг, болото. Экосистемой может быть кочка на болоте и гниющее дерево в лесу с живущими на них и в них организмами, муравейник с муравьями. Самой большой экосистемой является планета Земля.
Каждая экосистема может характеризоваться определенными границами (экосистема елового леса, экосистема низинного болота). Однако само понятие «экосистема» безранговое. Она обладает признаком безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Обычно экосистемы разграничиваются элементами абиотической среды, например рельефом, видовым разнообразием, физико-химическими и трофическими условиями и т.н. Размер экосистем не может быть выражен в физических единицах измерения (площадь, длина, объем и т.д.). Он выражается системной мерой, учитывающей процессы обмена веществ и энергии. Поэтому под экосистемой обычно понимают совокупность компонентов биотической (живые организмы) и абиотической среды, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот, в котором участвуют продуценты, консументы и редуценты. Термин «экосистема» применяется и по отношению к искусственным образованиям, например экосистема парка, сельскохозяйственная экосистема (агроэкосистема).
Экосистемы можно разделить намикроэкосистемы (дерево в лесу, прибрежные заросли водных растений),мезоэкосистемы(болото, сосновый лес, ржаное поле) имакроэкосистемы (океан, море, пустыня).
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: