Экологическая ниша

Автотрофные организмы экосистемы усваивают солнечную энергию и производят органическое вещество, которое перерабатывается гетеротрофами. Редуценты разлагают органическое вещество, возвращая составляющие его минеральные элементы в почвенный раствор. В этом сложнейшем «производстве» участвуют популяции разных видов. Каждая популяция занимает некоторое пространство и потребляет различные ресурсы в определенное время (в разное время суток, в разные сезоны года). Совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование популяции (местообитания, используемых ею ресурсов и ритма их потребления в экосистеме), называется экологической нишей.

Крупный американский эколог Ю. Одум очень удачно назвал экологическую нишу профессией вида в экосистеме. Действительно, она отражает то, из каких веществ (неорганических, органических веществ живых растений или животных, детрита), какую продукцию и для какого потребителя производит вид (то есть кого вид ест и кто ест его). Кроме того, экологическая ниша включает и «график работы»: есть животные ночные (сова, летучая мышь) и дневные; работающие «круглый год» и «уходящие в отпуск» на холодный период (медведь); постоянно работающие «на одном месте» и подрабатывающие часть года «на стороне» (птицы, мигрирующие в холодное время года в теплые края).

Разделение популяциями разных видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш. Это наиболее наглядно у животных. Представители разных видов имеют неодинаковые рационы питания. Птицы потребляют разные плоды и семена растений, ловят разных насекомых и червей. Различаются рационы и у грызунов, и у более крупных млекопитающих. Легко наблюдать дифференциацию ниш в экосистеме озера: организмы одних видов активно плавают (нектон) или пассивно «парят» (планктон) в толще воды, а другие ведут придонный образ жизни (бентос). И у разных видов нектона, планктона и бентоса пища неодинакова.

Растения имеют один тип питания: практически у всех видов пищевой рацион включает раствор минеральных веществ, диоксид углерода и солнечный свет. Тем не менее, и у них экологические ниши дифференцированы. Есть растения светолюбивые и теневыносливые; их корневые системы расположены на разной глубине; им требуются различные элементы минерального питания и неодинаковое количество воды; в разное время они цветут и плодоносят; имеют собственных опылителей.

Главный результат дифференциации ниш – снижение конкуренции. Теневыносливые растения не конкурируют со светолюбивыми, а довольствуются полумраком под пологом деревьев. Менее остра конкуренция за ресурсы почвенного питания между растениями, если корневая система одного из них сконцентрирована у поверхности почвы, а другого – уходит в более глубокие слои. Во время цветения растениям требуется особенно много ресурсов, и цветение по очереди также снижает конкуренцию.

Принцип дифференциации экологических ниш используется в сельском хозяйстве: выращивание совместно нескольких сортов или даже нескольких видов растений (так называемые сортосмеси и поликультуры) позволяет за счет снижения конкуренции между культурными растениями и более полного использования ресурсов почвы и света повышать урожай. При этом отсутствие свободных ниш снижает засоренность посевов, и можно обходиться без гербицидов.

Дифференциация ниш у животных может сопровождаться сигналами, извещающими о том, что участок занят (волки и лисы метят мочой стволы деревьев, птицы поют), а у растений, как правило, нет специальных сигнальных механизмов для отграничения своей экологической ниши, хотя некоторые могут выделять в атмосферу или почву вещества, препятствующие росту соседей.

Примером разделения экологических ниш являются ярусы в лесу (рис. 44): в каждом ярусе (древесном, подлеске, кустарниковом, травяном, моховом) – свое население, хотя некоторые организмы могут использовать разные ярусы (белки живут в основном на деревьях, но спускаются и в ярус кустарников, а иногда и на землю). В разных ярусах – разный режим освещения, но растения одного яруса могут иметь разную по глубине корневую систему. В почве различаются ниши хорошо аэрированного слоя у поверхности и более глубоких слоев, где воздуха мало. Особым слоем-нишей является подстилка – опавшие полусгнившие листья на поверхности почвы.

Контрольные вопросы

1. Что дает экосистеме дифференциация экологических ниш у организмов разных видов?

2. Есть ли различия в дифференциации ниш у видов животных и растений?

3. Объясните, как связаны дифференциация ниш и ярусность в лесу?

(ДОП.) § 27. Фундаментальная и реализованная экологические ниши

У организмов каждого вида различаются две экологические ниши – фундаментальная и реализованная. Познакомимся с их особенностями.

В лесной зоне европейской части России на лугах преобладают невысокие злаки с узкими листьями – полевица тонкая, душистый колосок, овсяница красная. Эти растения хорошо приспособлены к произрастанию на бедных элементами питания подзолистых почвах. Если собрать их семена, высеять на грядки и удобрить минеральными азотными удобрениями или навозом, то урожайность этих невысоких растений может возрасти в 3–4 раза. Если же удобрить естественные луга с преобладанием мелких злаков, то эти злаки могут вообще исчезнуть из травостоя. Основными растениями (доминантами) в нем станут злаки с широкими листьями – ежа сборная, овсяница луговая и особенно пырей ползучий, которых до этого в травостое было немного.

Объяснить, почему душистый колосок или полевица тонкая в искусственном посеве и естественной экосистеме по-разному реагирует на удобрение, помогает концепция двух ниш.

Фундаментальная ниша – это те условия среды, в которых вид может существовать и даже процветать при отсутствии конкуренции, а реализованная ниша – это часть фундаментальной ниши, которую он способен отстоять от конкурентов при их наличии.

В условиях бедных почв пырей или ежа сборная, требовательные к элементам минерального питания, растут плохо, а узколистные мелкие злаки за счет «верблюжьего характера» (особенностей корневой системы и «умения» экономить питательные вещества) – хорошо. И потому они побеждают в конкуренции с широколистными злаками.

Широколистные злаки, напротив, хорошо растут на богатых почвах, на которых душистый колосок и другие виды бедных почв не способны конкурировать с ними. Таким образом, у душистого колоска и других луговых злаков лесной зоны фундаментальная ниша охватывает и бедные, и богатые почвы, а реализованная – только бедные.

Аналогичен пример со степными злаками, приспособленными к сухим почвам, – ковылями и типчаком. При выращивании на грядке продуктивность будет выше, если их поливать. Если же на грядке появятся те луговые виды, которые вытеснили на удобренном лугу душистый колосок, то ковыль и другие степные злаки в конкуренции с ними также проиграют. Фундаментальная ниша этих степных злаков охватывает и степные, и луговые почвы, а реализованная – только степные, где они нормально растут благодаря мощной корневой системе и узким листьям, экономно испаряющим воду. Поэтому экологи образно называют ковыли не сухолюбами, а сухотерпцами.

Чтобы растение могло освоить всю фундаментальную нишу, его нужно защитить от конкуренции. Вот почему в ботанических садах растут растения из разных районов и чувствуют себя неплохо, пока их охраняет человек. Практически в условиях фундаментальной ниши оказываются все культурные растения, которые человек защищает от сорняков.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается реализованная ниша от фундаментальной?

2. Какие ниши занимают организмы в природных экосистемах?

З. Почему в условиях ботанических садов или зоопарков организмы разных видов могут существовать в таких условиях, в которых они не выжили бы в природных экосистемах?