Срок выполнения практической части до 26.04.2020

ЛЕКЦИЯ №5.2 Экосистема: состав, структура, разнообразие

Задание:

Законспектировать лекцию

Ответить на вопросы и решить задачи, в конце презентации

Срок выполнения практической части до 26.04.2020

Просьба выслать на почту dmitry.smirnov1974@yandex.ru

Указать фамилию, имя, группа, подгруппа, дата проведения занятия 22.04.2020г

В процессе жизнедеятельности популяции, относящиеся к различным видам и заселяющие общие места обитания, неизбежно вступают во взаимоотношения. Это связа­но с питанием, совместным использованием жизненного пространства и др. В результате формируются многовидовые сообщества - биоценозы.

Биоценоз - это сочетание популяций растений, животных, микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом в пределах данной среды обитания и образующих тем самым особую живую систему со своим собственным составом, структурой, взаимоотношениями со средой, развитием и функциями.

Биоценоз представляет собой более высокий уровень организации живой материи в иерархии функционально-энергетического ряда по сравнению с популяцией. Составными частями биоценоза являются фитоценоз - совокупность популяций растений, зооценоз - совокупность популяций животных и микробоценоз - совокупность популяции грибов и микроорганизмов. Биоценоз является эволюционио сложившейся формой организации живых организмов биосферы. Биоценоз - открытая система и не занимает четко ограниченных областей. Зачастую различные биоценозы настолько переплетены, что определить их границы прин­ципиально невозможно.

Каждому биоценозу соответствует зона с однородными абиотическими экологическими факторами, называемыми биотопом (греч. topos - место). Биотоп представляет собой естественное, достаточно однородное жизненное пространство биоценоза. Тесное взаимодействие между биоценозом и биотопом основано на постоянном обмене энергией, веществом и информацией.

Многие авторы отождествляют понятия «биотоп» и «местообитание». Местообитание - это совокупность абиотических и биотических условий, в которых проживает особь или популяция. Оно является компонентом экологической ниши, поэтому биотоп по сравнению с местообитанием является более широким понятием - это абиотическая среда биоценоза.

Экосистема является совокупностью живых организмов и неживой среды их обитания с присущими ей экологическими факторами. Экосистемы являются элементарными составными частями биосферы. Термин предложен английским бо­таником А. Тенсли в 1935 г. В современном понимании экосистема — это совокупность совместно проживающих популяций и неживой среды их обитания, взаимодействующих с данной средой таким образом, что поток энергии и вещества создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри этой системы.

Состав экосистемы. Он представлен двумя группам компонентов: абиотическими и биотическими. К абиотическим относятся важнейшие элементы неживой при роды: неорганические вещества и химические элементы, участвующие в биогенных круговоротах веществ (углекислый газ, кислород, азот, фосфор, сера, кальций, калий и т.д.); органические вещества, являющиеся отходами жизнедеятельности живых организмов (белки, жиры, углеводы и др.); воздушная водная или литосферная среда обитания; климатический и погодный режимы; уровень фонового ионизирующей излучения и т.д.

Биотические компоненты экосистемы представлены тремя группами организмов: продуцентами, консументами и редуцентами. Процессы создания первичного органического вещества продуцентами в результате фото- или хемосинтеза (автотрофные процессы), процессы дальнейшего преобразования органического вещества консументами (гетеротрофные процессы) и редуцирующие процессы (процессы разложения мертвого органического вещества), происходящие в экосистеме, разделены в пространстве. Процессы фотосинтеза активно протекают в верхних слоях, куда проникает солнечный свет, гетеротрофные и редуцирующие - в почве, донных отложениях, т.е. в нижних слоях, поэто­му пространственную структуру экосистем представляют в виде двух ярусов: верхнего и нижнего.

Верхний (автотрофный) ярус включает хлорофиллоносные части растений, в которых происходит синтез и накопление сложных органических соединений, а также преобразование солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ и накопление этой химической энергии. Этот ярус называют «зеленым поясом» Земли.

Нижний (гетеротрофный) ярус представлен консументами, редуцентами и их средой обитания (почва, донные отложения). Здесь преобладают процессы преобразования первичного органического вещества и процессы разложения мертвого органического вещества животных и растений. Данный ярус носит название «коричневый пояс» Земли.

Биом - это совокупность экосистем с определенными климатическими условиями и типом растительности, тесно связанных потоками энергии, круговоротом веществ, мигра­цией организмов и составляющих географическое единство. Выделяют три основные группы биомов: сухопутные, морские и пресноводные.

1. Сухопутные:

А) тундра;

Б) тайга;

В) биом средиземноморского типа (чапараль). Здесь мягкий климат с дождливой зимой и зачастую сухим летом. Это Средиземноморье, Мексика, Калифорния, Южная Америка и Австралия. В этом биоме преобладает жестколистная растительность: пальмы, эвкалипты, кустарники. Из животных встречаются олени, кенгуру (Австралия), кролики.

Г) пустыни;

Д) тропические саванны;

Е) тропические леса.

Мировой океан занимает 70,8% поверхности Земли, поэтому морские биомы играют существенную роль в функционировании биосферы. Они формируются в зависимости от глубины океана. Подводная выровненная окраина материка шириной примерно 200 миль, ограниченная с одной стороны берегом, а с другой - заметным перегибом, связанным с переходом к материковому склону, называется континентальным шельфом (англ. shelf - полка). Прибрежная зона моря, расположенная над шельфом, называется литоральной зоной. Она является важнейшим морским биомом. Глубины здесь составляют 200—500 м. Общая площадь поверхности литоральной зоны составляет всего около 8,6% от площади Мирового океана, но из-за благоприятных экологических факторов в этой зоне производится значительная часть биомассы гидросферы и сосредоточено почти 92% промыслового отлова рыбы. Общая биомасса литоральной зоны составляет почти 80% всей биомассы океана. Над материковым склоном, который простирается от нижнего края шельфа до глубины 3 - 4 км, расположена батиальная зона (греч. batys — глубокий). Площадь этого биома около 15,3% от всей площади океана. Из-за невозможности проникновения солнечного света на большие глубины количество фотосинтезирующих растений в этой области невелико, поэтому по сравнению с литоральной зоной фауна и флора батиальной зоны значительно беднее, ее биомасса не превышает 10% от биомассы океана.

Над батиальной зоной расположена пелагическая зона (греч. pelagos — открытое море) глубиной до 500 м. Это достаточно крупный биом, площадь его пойерхности со­ставляет более 90% от площади Мирового океана. Верхняя часть (глубина до 200 м) этого биома больше насыщена жизнью, чем батиальная зона, но в сравнении с соседней литоральной зоной из-за недостатка питательных веществ пелагическая зона значительно беднее, и ее иногда называют «океанической пустыней».

От подножья материкового склона (глубина около 2,5 км) и до глубин 6 -7 км простирается морской биом, называемый абиссальной зоной (греч. abussos — бездна). Данная зона является самым крупным морским биомом по объему воды. Он занимает более 75% площади дна океана и характеризуется отсутствием солнечного света, слабой подвижностью водных масс, низкой температурой (не выше 2 °С), ограниченностью источников питания, поэтому из почти 200 тыс. видов животных, обитающих в Мировом океане, на глубине 2,5—4,5 км встречается около 900, на глубине 4,5—6 км — чуть более 300, а глубже 6 км — всего 290 видов.

К пресноводным биомам относятся реки, озера, пруды.

Экологическая ниша. Положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды называют экологической нишей вида.

Понятие «экологическая ниша» следует отличать от понятия «местообитание». В последнем случае подразумевается та часть пространства, которая заселена видом и которая обладает необходимыми абиотическими условиями для его существования. Экологическая ниша вида зависит не только от абиотических условий среды, но и в не меньшей мере от его биоценотического окружения. Характер занимаемой экологической ниши определяется как экологическими возможностями вида, так и тем, насколько эти возможности могут быть реализованы в конкретных биоценозах. Это характеристика того образа жизни, который вид может вести в данном сообществе.

Г. Хатчинсон выдвинул понятия фундаментальной и реализованной экологической ниши. Под фундаментальной понимается весь набор условий, при которых вид может успешно существовать и размножаться. В природных биоценозах, однако, виды осваивают далеко не все пригодные для них ресурсы вследствие, прежде всего, конкурентных отношений. Реализованная экологическая ниша – это положение вида в конкретном сообществе, где его ограничивают сложные биоценотические отношения. Иными словами, фундаментальная экологическая ниша характеризует потенциальные возможности вида, а реализованная – ту их часть, которая может осуществиться в данных условиях, при данной доступности ресурса. Таким образом, реализованная ниша всегда меньше, чем фундаментальная.

Специализация вида по питанию, использованию пространства, времени активности и другим условиям характеризуется как сужение его экологической ниши, обратные процессы – как ее расширение. На расширение или сужение экологической ниши вида в сообществе большое влияние оказывают конкуренты. Правило конкурентного исключения, сформулированное Г. Ф. Гаузе для близких по экологии видов, может быть выражено таким образом, что два вида не уживаются в одной экологической нише. Эксперименты и наблюдения в природе показывают, что во всех случаях, когда виды не могут избежать конкуренции за основные ресурсы, более слабые конкуренты постепенно вытесняются из сообщества. Однако в биоценозах возникает много возможностей хотя бы частичного разграничения экологических ниш близких по экологии видов.

Выход из конкуренции достигается благодаря расхождению требований к среде, изменению образа жизни, что, другими словами, является разграничением (дифференциацией) экологических ниш видов. В этом случае они приобретают способность сосуществовать в одном биоценозе. Каждый из живущих вместе видов в отсутствие конкурента способен на более полное использование ресурсов. Это явление легко наблюдать в природе. Так, травянистые растения ельника способны довольствоваться небольшим количеством почвенного азота, которое остается от перехвата его корнями деревьев. Однако если на ограниченной площадке обрубить корни этих елей, условия азотного питания трав улучшаются и они бурно идут в рост, принимая густо‑зеленую окраску. Улучшение условий жизни и увеличение численности какого‑либо вида в результате удаления из биоценоза другого, близкого по экологическим требованиям, называется конкурентным высвобождением..

Разделение совместно живущими видами экологических ниш с частичным их перекрыванием – один из механизмов устойчивости природных биоценозов. Если какой‑либо из видов резко снижает свою численность или выпадает из состава сообщества, его роль берут на себя другие. Чем больше видов в составе биоценоза, тем ниже численность каждого из них, тем сильнее выражена их экологическая специализация.