Экологические системы

 

Биоценоз.  Многообразние живые организмы в процессе совместного существования образуют биологические единства - сообщества,или биоценозы. Термин «биоценоз» был предложен в 1877 г. немецким гидробиологом К.Мебиусом.

Биоцегоз - это совокупность популяций различных видов растений(фитоценоз), животныз (зооценоз)и микроорганизмов (микробиоценоз), населяющих относительно однородное жизненное пространство.

Однако границы сообществ очень редко бывают четкими.Как правило соседние биоценозы постепенно переходят один в другой. В результате этого образуются обширные пограничные, или переходные, зоны, отличающиеся особыми условиями.Пограничная полоса между двумя биоценозами, или экотон, занимает промежуточное положение, отличаясь от них темпиратурным режимом, влажностью,освещенностью,совмещая типичные условия соседствующих биоценозов. Обилие произростающих в переходной полосе растений, характерных для обоих биоценозов,привлекает сюда и разнообразных животных,поэтому пограничная зона обычно более богата жизнью, чем каждый из смежных биоценозов. Особые условия пограничной полосы непросто является суммой свойств стыкующихся биоценозов,они формируют место обитания со своими специфическими видами. В таких природных зонах возникает сгущение видов и особей, то есть наблюдается так называемой краевой эффект, или эффект опушки.Экотон богат видами прежде всего потому, что они попадают сюда из всех приграничных сообществ, но, кроме того,он может содержать и свои характерные виды, которых нет в данных сообществах. Яркий пример этого - лесная опушка, на которой есть пышная и богатая растительность, гнездится значительно больше птиц, обитает больше насекомых, чем в глубине леса.

Каждый конкретный биоценоз обладает сложной внутренней структурой.Выделяют видовую и пространственную структуру биоценозов.

Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов,зависящами от ряда факторов. Виды, которые преобладают по численности называют, доминантными или доминантами данного сообщества. Они занимают ведущее, господствующее положение в биоценозе. Обычно наземные биоценозы вызывают по доминирующим видам растений: лиственничный лес, офагновое болото,ковыльно - типчаковая степь.Виды, живущие за счет доминантов, называют предоминантами.Например, в дубовом лесу предоминантами являются кормящиеся за счет дуба насекомые, сойки,мышевидные грызуны.В биоценозе есть виды,создающие условия для жизни других видов данного биоценоза: их называют эдификаторами. Это строители сообщества. Они определяют микросреду (микроклимат) всего сообщества и их удаление грозит полным разрушением биоценоза. Виды - эдификаторы встречаются практически в любом биоценозе. Как правило, эдификаторами выступают растения (ель, сосна, кедр) и лишь изредка животные (сурки).На сфагиовых торфянниках это сфагиовые мхи. Они создают специфические условия биоценоза,которые отличаются плохой аэрацией и низкой теплопроводностью торфа, кислой реакцией среды, бедностью элементов минерального питания для высших растений.В степных биоценозах мощным модификатором является ковыль. Однако вид-эдификатор может утратить свою роль при изменении особых условий. Так, ель может утратить функции мощного эдификатора при изреживании елового леса, по скольку при этом происходит осветление леса и в него внедряются другие древесные виды, снижающие эдификаторные свойства ели. В сосняке на сфагиовых болотах сосна также теряет свое эдификаторное значение. Его приобретают сфагиовые мхи.

Пространственная структура биоценоза включает его вертикальную и горизонтальную структуры. Вертикальная структура биоценоза носит ярусный характер. Ярусность - это явление вертикального расслоения биоценозов на разновысокие части. Прежде всего четко определяется вертикальное ярусное строение в растительных сообществах(фитоценозах). В лесу, например,выделяют следущие наземные ярусы: 1-й ярус - это деревья первой велечины(дуб,ель,сосна,береза,осина); 2-й - деревья второй величины(рябина,черемуха,яблоня,груша); 3-й подлесок из кустарников(лещина,бересклет,шиповник,жимолость,крушина); 4-й - подлесок из высоких кустарничков и крупных трав(багульник, голубика,иван-чай); 5-й - низкие кустарнички и низкие травы(клюква,кислица); 6-й - мхи.

Ярусно располагаются и подъемные части растений образуют ярусы корней травянистых растений,корней кустарничков и главные ярусы корней деревьев.При этом в их поверхностных слоях почвы корней значительно больше, чем в глубинных. Растения каждого яруса и обусловленный ими микроклимат способствуют образованию определенной фауны - от насекомых до птиц и млекопитающих. Следовательно, ярусы в биоценозе различаются не только высотой, но и составом организмов,их экой экологией и той ролью, которую они играют в жизни всего сообщества.

Таким образом, ярус - это часть слоя в сообществе,образованная функционально различными оргнами растений(надземные-листья и стебли;подземные-крни, корневищв,клубни и луковицы) и сопряженные с нею консументы и редументы.

Благодаря ярусности различные растения,особенно органы их питания (листья, окончания корней), располагаются на разной высоте (или глубине), поэтому растения благополучно усваиваются в сообществе.Ярусность позволяет им вполне исполдьзовать световой поток: в верхних ярусах светолюбивыю, а в нижних - теплолюбивые растения.

Горизонтальная структура биоценоза -это горизонтальное распределение организмов в биоценозе. Расчлененность в горизонтальном направление получила название мозаичности и свойственна почти всем фитоценозам. Мозаичность обусловлена неоднородностью микрорельефа почв, биологическими особенностями растений. Мозаичность может возникнуть в результате деятельности человека(выборочная рубка, кострища) или животных(выбросы почвы и их последующее заростания,образование муравейников, вытаптывание травостоя копытными).Пространственная структура биоценоза определяется прежде всего сложением его растительной части - фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. Заселение организмами того или иного биотопа определяется его экологическими факторами, и в первую очередь особенностями атмосферы, горной породы, почвы и ее вод. В ходе длительного эволюционного развития, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы так разместились в биоценозе, что практически не мешают друг другу, их распределение носит ярусный характер.

Трофическая структура биоценоза - определенная энергетическая структура,обусловлена специализацией живых форм в качестве производителей и потребителей пищи биологических сообществах. В пределах этой структуры происходит перенос энергии и круговорот питательных веществ.

Продуценты - автотрофные организмы - синтезируют органические соединения с помощью солнечного цвета на СО₂ и Н₂О и минеральных веществ, преобразуя при этом световую энергию в химическую.

Биомасса органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза автотрофами, называется первичной продукцией, а скорость ее формирования - биологической продуктивностью экосистем.Продуктивность выражается количеством биомассы, синтезируемой за единицу времени, или энергетическим эквивалентом (джоуль на 1м² за сутки), или массой сухого органического вещества, создаваемых на единицу времени на единицу площади (килограмм на 1 га за сутки). Накопленная в виде биомассы организмов-автотрофов чистая первичная продукция служит источником питания для представителей консументов и редуцентов.

Консументы - гетеротрофные организмы(животные) - являются непосредственными потребителями первичной продукции: они питаются готовыми органическими веществами растений и животных. Консументы сами не могут синтезировать органические вещества из неорганических и получают их в готовом виде, питаясь другими организмами.

Консументы частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов, а часто стоит на ее основе собственное тело,осуществляя таким образом первый этап трансформации органического вещества синтезированного продуцентами.При этом консументы выделяют в окружающую среду отходы, образующиеся в процессе их жизнедеятельности.Процесс создания и накопление биомассы на уровне консументов обозначается как вторичная продукция.

Редуценты, или деструкторы (бактерии,грибы)замыкают путь обмена веществ, полностью разлагая все растительные и животные остатки до неорганических составляющих, которые употребляютя продуцентами и снова могут быть вовлечены в круговорот веществ.

Биогеоценоз. Сообщества организмов неразделимо связанных неорганической средой, находится в постоянном взаимодействии. Сообщество образует с неорганической средой определенную экологическую систему, или экосистему,в которой осуществляется перенос энергии и круговорот веществ между живой и неорганической частями,называемой жизнедеятельностью организмов.

Экосистема - это любая совокупность организмов и неорганических компонентов,находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом за счет осуществляющегося круговорота веществ. Оновным свойством экосистем является способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию.

Терминпредложен «экосистема» в 1935 году английским экологом А.Тенсли.Это основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда - компоненты,взаимо влияющие на свойствах друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле.

Понятие «экосистема» близко по сути понятие «биогеоценоз», предложенное ботаником В.Н.Сукачевым в 1940г. Структура биогеоценоза включает следущие функционально связанные части: фитоценоз - растительное сообщество(автотрофные организмы, продуценты);зооценоз - животное население (гетеротрофы,консументы) и микробиоценоз - различные микроорганизмы, представленные бактериями,грибами,простейшими(редуценты). Эту живую часть биогеоценоза В.Н.Сукачев относил к биоценозу. Неживую,абиотическую часть биогеоценоза слагают совокупность климатических факторов данной территории - адафотоп(почва).

В последнее время в структуру абиотической среды биогеоценоза включает также и гидрологические факторы (гидротоп).Такая совокупность абиотических компонентов называется биотоп. Термин «биотоп»чаще используется экологами,изучающими животных% в лесной биогеоценологии употребляется термин «экотоп». Все компоненты биогеоценоза связаны между собой совокупностью лицевых цепей и протекающие в них процессы взаимообусловлены.Каждый компонент в природе неотделим от другого. Главным создателем живого вещества в пределах биогеоценоза является фитоценоз - зеленые растения. Необходимое условие условие существования биогеоценоза- постоянный приток солнечной энергии.

Биогеоценоз -это исторически сформировавшийся взаимообусловленный комплекс живых и неживых компонентов однородного участка земной поверхности (включая атмосферу,горные породы,растительность животный мир,микроорганизмы,почвы и гидрологические условия), связанных переносом энергии и обменом веществ.

Как видно, понятие «биогеоценоз» сходно с понятием «экосистема». В основе обоих понятий лежит принцип единства живых и неживых компонентов биологических систем. Однако их ни в коем случае нельзя отождествовать. если термин «экосистема» обозначает системы, обеспечивающие круговорот любого ранга, которые могут быть пространственно мельче или крупнее биогеоценоза,то биогеоценоз - понятие биохорологическое (территориальное), относимое к таким участкам суши. которые характеризуются определенными единицами растительного покрова - фитоценоза. Термин «биогеоценоз» приложим к однородному участку земной поверхности. обычно только сухопутному. основным звеном которого является растительный покров (фитоценоз).

Таким образом,экосистема - образование более общее. безранговое. Это может быть и участок суши или водоема.и прибрежная зона. и капля прудовой воды. и вся биосфера в целом.

Образно определение экосистемы дал писатель-фантаст и географ И.Г.Ефремов:«Экосистемв - это любое природное образование - от кочки до оболочки» (географической).

Биогеоценоз ограничен в основном границами фитоценоза (растительного сообщества): участком леса,луга.степи. Это некий природный объект. занимающий определенное пространство и отдельнный конкретными границами от таких же объектов. это реальная зона, в которой осуществляется биогенный круговорот.

Каждый биогеоценоз можно назвать экосистемой,но не каждую экосистему - биогеоценозом. Биогеоценоз немыслим без основного звена - фитоценоза. тогда как экосистема может быть и без растительного сообщества, а также без почв. Например разлагающийся труп животного или гниющий ствол дерева - это тоже экосистемы. но не биогеоценозы.

Биогеоценоз во всех случаях потенциально бессмертен, так как все время пополняется энергией за счет растительных оргинизмов. Существование экосистемы без растений заканчивается одновременно с высвобождением а процессе круговорота веществ всей накопленной энергии.

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы - агроэкосистемы, аквакультуры.производящие продукты питания и волокнистые материалы - не только за счет энергии Солнца, но и за счет энергии. поставляемой человеком (например, рутем сжигания топлива).

Агроэкосистема. агробиоценоз (сельскохозяйственная экосистема) - это экосистема, искусственно созданая и регулярно поддерживаемая человеком для производства сельскохозяйственной продукции. К агроэкосистемам относят поля. крупные животноводческие комплексы с прилегющими пастбищами,огороды. сады, виноградники.теплицы.

Характерная особенность агросистем - малая экологическая надежность (малая устойчивость). но высокая урожайность одного или нескольких видов (или сортов культивируемых растений или пород животных) По сравнению с естественными экосистемами агроэкосиситемы имеют отличия: в них резко снижено разнообразие живых организмов; виды. культивируемые человеком, поддерживаются искусственным отбором и не способны выдерживать борьбу за существование с дикими видами без поддержки человека. Агроэкосистемы отличаются высокой биологической продуктивностью по сравнению с природными экосистемами. Однако продуктивность агроэкосистем определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технологических возможностей человека. Для достижения высокой урожайности культур человек должен поддерживать высокую степень механизации, вносить большое количество минеральных удобрений,пестицидов,применять орошений. Даже виды культивируемых растений человек выбирает по их способности давать наибольшее количество только полезной биомассы(клубней,колосьев,плодов), чем снижает возврат в почву элементов питания, образующихся при перегнивании растительных остатков.

Чистая первичная продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания. Все это понижает устойчивость агроценозов., особенно биохимическую,связанную с интенсивным выносом элементов питания за пределы сельхозугодий.

Для уменьшения негативного влияния хозяйственной деятельности человека на агроэкосистемы необходимо применять природоохранительные агротехнические мероприятия, целью которых является приближение агробиоценозов к природным экосистемам.Это позволит создать устойчивые агроэкосистемы в которых поддерживается баланс питательных веществ в почве, продуктивность пастбищ, относительно высокое биоразнообразие, т.е. превратить агроэкосистемы в гармоничные составные части общего природного ландшафта Земли. При этом нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохронять и умножать его многоообразие, оставляя нетронутыми заповедные участки, которые могут быть источником видов для восстанавливающихся сообществ.