Понятие об экосистемах. Учение о биогеоценозах

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 местообитании 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. Таким образом, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

Понятие об экосистемах. Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экосистемой. Термин был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли, который подчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты и мы не можем отделить организмы от конкретной окружающей их среды. А. Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли, хотя они и не имеют определенного объема и могут охватывать пространство любой протяженности.

Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие запаса неорганических молекул 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. Консументы – это 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 чрезвычайно различны. Неодинакова также степень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т. е. многократность вовлечения одних и тех же атомов 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, степи на плакорных участках, озера и т. п.). Однако ни одна, даже самая крупная, экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота. Материки интенсивно обмениваются веществом с океанами, причем большую роль в этих процессах играет атмосфера, и вся наша планета часть материи получает из космического пространства, а часть отдает в космос.

В соответствии с иерархией сообществ жизнь на Земле проявляется и в иерархичности соответствующих экосистем. Эко-системная организация жизни является одним из необходимых условий ее существования. Запасы биогенных элементов, из которых строят тела живые организмы, 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. Таким образом, функционально-экологическое разнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы – древнейшее свойство жизни.

Учение о биогеоценозах. Параллельно с развитием концепции экосистем успешно развивается учение о биогеоценозах, автором которого был академик В. Н. Сукачев (1942).

«Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющих свою специфику взаимодействия этих слагаемых ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии» (В. Н. Сукачев, 1964).

«Экосистема» и «биогеоценоз» – близкие по сути понятия, но если первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, то «биогеоценоз» – понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определенными единицами растительного покрова – фитоценозами. Наука о биогеоценозах – биогеоценология – выросла из геоботаники и направлена на изучение функционирования экосистем в конкретных условиях ландшафта в зависимости от свойств почвы, рельефа, характера окружения биогеоценоза и составляющих его первичных компонентов – горной породы, животных, растений, микроорганизмов.

В биогеоценозе В. Н. Сукачев выделял два блока: экотоп – совокупность условий абиотической среды и биоценоз – совокупность всех живых организмов.

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. Во внутреннем сложении биогеоценоза выделяют такие структурно-функциональные единицы, как парцеллы (термин предложен Н. В.Дылисом). Биогеоценотические парцеллы включают в себя растения, животное население, микроорганизмы, мертвую органику, почву и атмосферу по всей вертикальной толще биогеоценоза, создавая его внутреннюю мозаику. Биогеоценотические парцеллы различаются визуально по растительности: высоте и сомкнутости ярусов, видовому составу, жизненному состоянию и возрастному спектру популяций доминирующих видов. Иногда они хорошо отграничены по составу, строению и мощности лесной подстилки. Названия им дают обычно по растениям, доминирующим в разных ярусах. Например, в волосистоосоковом дубо-ельнике можно выделить такие парцеллы, как елово-волосистоосоковая, елово-кисличная, крупнопапоротниковая в окнах древесного яруса, дубово-снытевая, дубово-осиново-медуничная, березово-елово-мертвопокровная, осиново-снытевая и др.

Внутри каждой парцеллы создается свой фитоклимат. Весной в тенистых еловых парцеллах снег лежит дольше, чем на участках под листопадными деревьями или в окнах. Поэтому активная жизнь весной в парцеллах наступает в разные сроки, переработка детрита также идет с разной скоростью. Границы между парцеллами могут быть как относительно четкими, так и размытыми. Взаимосвязь осуществляется как в результате кондиционирования условий среды (теплообмен, изменение освещения, перераспределение осадков и т. п.), так и в результате материально-энергетического обмена. Происходит разброс растительного опада, перенос пыльцы, спор, семян и плодов воздушными потоками и животными, перемещение животных, поверхностный сток осадков и талых вод, передвигающих минеральные и органические вещества. Все это поддерживает биогеоценоз как единую, внутренне разнородную экосистему.

Роль разных парцелл в строении и функционировании биогеоценозов неодинакова, наиболее крупные парцеллы, занимающие большие пространства и объем, называют основными. Их бывает немного. Именно они определяют внешний облик и строй биогеоценоза. Парцеллы, занимающие небольшие площади, называют дополняющими. Число их всегда больше. Одни парцеллы более устойчивы, другие подвержены значительным и быстрым изменениям. По мере взросления и старения растений парцеллы могут сильно изменить состав и структуру, ритмы сезонного развития, по-разному участвовать в круговороте веществ.

Рис. 145. Окна возобновления основных пород в лесном биогеоценозе (по О. В. Смирновой, 1998)

Мозаичность лесных биогеоценозов и появление новых парцелл часто связаны с образованием в лесах окон, т. е. нарушением древесного яруса в связи с вывалом старых деревьев, вспышек массовых вредителей – насекомых, поражением грибами, деятельностью крупных копытных. Создание такой мозаичности совершенно необходимо для устойчивого существования леса и возобновления главенствующих пород деревьев, подрост которых часто не может развиваться под материнскими кронами, так как требует иных условий освещения и минерального питания. Окна возобновления для разных пород должны иметь достаточную пространственную протяженность (рис. 145). В восточноевропейских широколиственных лесах ни один вид не может переходить к плодоношению в окнах, соизмеримых всего с проекциями крон одного-двух взрослых деревьев. Даже наиболее теневыносливым из них – букам, кленам – требуются освещенные парцеллы в 400–600 м 2 , а полный онтогенез светолюбивых видов – дуба, ясеня, осины может завершаться только в крупных окнах не менее 1500–2000 м 2 .

На основании детального изучения структуры и функционирования биогеоценозов в экологии в последнее время развивается концепция мозаично-циклической организации экосистем. 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.

Биогеоценология рассматривает поверхность Земли как сеть соседствующих биогеоценозов, связанных между собой через миграцию веществ, но тем не менее, хотя и в разной степени, автономных и специфичных по своим круговоротам. Конкретные свойства участка, занятого биогеоценозом, придают ему своеобразие, выделяя из других, исходных по типу.

Обе концепции – экосистем и биогеоценозов – дополняют и обогащают друг друга, позволяя рассматривать функциональные связи сообществ и окружающей их неорганической среды в разных аспектах и с разных точек зрения.

Подумайте о своем доме и обо всех предметах и жителях в нем. У вас, вероятно, есть мебель, книги, еда в вашем холодильнике, семья и, возможно, даже домашние животные. Ваш дом состоит из множества живых организмов и неживых предметов. Как и дом, любая экосистема являет собой сообщество живых особей и неживых вещей, которые сосуществуют в одном пространстве. Эти сообщества имеют границы, которые не всегда ясны, и часто трудно понять, где заканчивается одна экосистема и начинается другая. Это и есть главное отличие ее от биогеоценоза. Примеры тех и других систем мы и рассмотрим далее более подробно.

Экосистема: определение

Подобно двигателю автомобиля, состоящему из нескольких частей, работающих вместе, экосистема имеет взаимодействующие элементы, которые поддерживают её работу.

Согласно определению В. Н. Сукачева, экосистема - это совокупность на определенной территории однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих составляющих и определенный тип обмена веществ и энергией (между собой и с другими явлениями природы) и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении и развитии.

Живые существа - это биотические черты, а неживые - абиотические. Каждая экосистема уникальна, но все они имеют три основных компонента:

• Автотрофы (производители энергии).
• Гетеротрофы (потребители энергии).
• Неживая природа.

Растения составляют большинство автотрофов в экосистеме, в то время как большинство гетеротрофов - животные. Неживая природа - это почва, отложения, листовая подстилка и другие органические вещества на земле или на дне водоемов. Существует два типа экосистем - закрытые и открытые. К первым относятся те, которые не имеют каких-либо ресурсов (обмен энергией из окружающей среды) или результатов (обмен энергией изнутри экосистемы). Открытые - это те, которые имеют как обмен энергией, так и результаты внутреннего обмена.

Классификация экосистем

Экосистемы бывают разных форм и размеров, но их классификация помогает ученым лучше понимать протекающие в них процессы и управлять ими. Их можно классифицировать различными способами, но чаще всего они определяются как наземные и водные. Существует очень много типов экосистем, но три из них, называемые еще биомами, являются основными. Это:

1. Пресноводные.
2. Морские.
3. Наземные.

Пресноводные экосистемы

Если говорить о пресноводных экосистемах, можно назвать следующие примеры природных биогеоценозов:

• Пруд - относительно небольшой водоем, который включает в себя различные типы растений, земноводных и насекомых. Иногда в прудах водится рыба, которая часто искусственно вводится в эти среды людьми.
• Речная экосистема. Поскольку реки всегда связаны с морями, они, как правило, содержат растения, рыбу, земноводных и даже насекомых. Это пример биогеоценоза, который может также включать птиц, потому что птицы часто охотятся в воде и вокруг нее на мелких рыб или насекомых. Пример биогеоценоза водоема пресноводного - это любая пресноводная среда. Наименьшая живая часть пищевой цепи здесь - это планктон, который часто едят рыбы и другие мелкие существа.

Морские экосистемы

Океанские экосистемы относительно сдержанны, хотя они, как и пресноводные экосистемы, также включают некоторых птиц, которые охотятся за рыбой и насекомыми на поверхности океана. Примеры естественного биогеоценоза этих экосистем:

• Мелководье. Некоторые мелкие рыбешки и кораллы живут только недалеко от суши.
• Глубокая вода. Большие и даже гигантские существа могут жить глубоко в водах Мирового океана. Некоторые из самых странных созданий в мире обитают прямо на дне.
• Теплая вода. Более теплые воды, например, в Тихом океане, содержат одни из самых впечатляющих и сложных экосистем в мире.
• Холодная вода. Менее разнообразные холодные воды также поддерживают относительно сложные экосистемы. Планктон обычно образует основу пищевой цепи, следуя за мелкой рыбой, которую поедает более крупная рыба или другие представители животного мира, такие как тюлени или пингвины.

Планктон и другие растения, которые облюбовали океанические воды вблизи поверхности, ответственны за 40 % всего фотосинтеза, который происходит на Земле. Также встречаются растительноядные существа (например, креветки), которые питаются и планктоном. Их самих затем обычно съедают более крупные особи - рыбы. Интересно, что в глубоком океане планктон не может существовать, потому что фотосинтез там невозможен, поскольку свет не может проникнуть настолько далеко в толщу вод. Именно здесь существа приспособились к условиям вечной темноты весьма интересным образом и относятся к числу самых увлекательных, страшных и интригующих живых существ на Земле.

Наземные экосистемы

Приведем примеры биогеоценозов, встречающихся на земле:

• Тундра - это экосистема, встречающаяся в северных широтах, таких как Северная Канада, Гренландия и Сибирь. Это сообщество знаменует точку, называемую древовидной линией, потому что именно там холод и ограниченный солнечный свет затрудняют полноценный рост деревьев. Тундра обычно имеет относительно простые экосистемы из-за суровых условий жизни.
• Тайга является немного более благоприятной для роста деревьев, потому что она лежит ниже по широте. И все же она все еще довольно холодная. Тайга встречается в северных широтах и ​​является самой большой земной экосистемой на Земле. Типы деревьев, которые прижились здесь - это хвойные (елки, кедры и сосны).
• Умеренный лиственный лес. Его основу составляют деревья, листья которых окрашиваются в красивые цвета - красный, желтый и оранжевый, прежде чем осыпаться. Этот тип экосистемы встречается в широтах ниже тайги, и именно там мы начинаем наблюдать чередующиеся сезонные изменения, такие как теплое лето и холодные зимы. Существует множество различных видов лесов по всему миру, включая лиственные и хвойные. Их населяет множество видов животных и растений, поэтому и экосистема здесь весьма богата. Сложно перечислить все примеры естественных биогеоценозов в рамках такого сообщества.
• Тропические леса - обычно имеют чрезвычайно богатые экосистемы, потому что на довольно маленькой территории существует очень много разных видов животных и растений.
• Пустыни. Это пример биогеоценоза, который является противоположностью тундре во многих отношениях. Хотя это тоже суровая в плане условий экосистема.
• Саванны отличаются от пустынь количеством осадков, которые выпадают там каждый год. Следовательно, биологическое разнообразие здесь шире.
• Луга (пастбища) поддерживают широкий спектр жизни и могут иметь очень сложные и вовлеченные экосистемы.

Поскольку существует так много различных типов наземных экосистем, сложно сделать обобщения, которые охватывают их всех. Примеры биогеоценоза в природе настолько разнообразны, что их сложно обобщить. Тем не менее схожие черты имеются. Например, большинство экосистем содержат травоядных, которые едят растения (а они, в свою очередь, получают питание от солнца и из почвы), и у всех есть плотоядные животные, которые едят травоядных и других плотоядных. Некоторые регионы например, Северный полюс, в основном населяют хищники. Растительность в мире снежного безмолвия отсутствует. Многие животные и растения в наземных экосистемах взаимодействуют также с пресноводными, а иногда и океанскими сообществами.

Сложные системы

Экосистемы обширны и сложны. Они включают цепи животных - от крупнейших млекопитающих до самых маленьких насекомых - наряду с растениями, грибами и различными микроорганизмами. Все эти формы жизни взаимодействуют и влияют друг на друга. Медведи и птицы едят рыбу, землеройки едят насекомых, а гусеницы едят листья. Все в природе пребывает в тонком балансе. Но ученым нравятся технические термины, поэтому этот баланс организмов в экосистеме часто упоминается как гомеостаз (саморегуляция) экосистемы.

В реальном мире сообществ ничто идеально сбалансированным быть не может. Таким образом, когда экосистема находится в равновесии, это значит, что она в относительно стабильном состоянии: популяции различных животных остаются в одинаковом диапазоне, их численность может увеличиваться и уменьшаться на определенном этапе, но нет общей тенденции "вверх" или "вниз".

Условия постепенного изменения

Со временем условия в природе меняются, в том числе численность той или иной популяции. Это происходит постоянно, так как одни виды конкурируют с другими, зачастую подобное происходит из-за изменения климата и ландшафтов. Животные должны адаптироваться к окружающей среде. Важно понимать, что в природе эти процессы протекают медленно. В течение определенного геологического периода изменяются даже скалы и ландшафты, и системы, которые вроде бы находятся в стабильном равновесии, на самом деле таковыми не являются.

Когда мы говорим о гомеостазе экосистемы, то фокусируемся на относительных временных рамках. Приведем сравнительно простой пример биогеоценоза: львы едят газелей, а газели едят дикие травы. Если в один конкретный год популяция львов увеличится, то количество газелей уменьшится. Следовательно, увеличится травяной покров диких растений. В следующем году, возможно, больше не будет достаточно газелей для пропитания львов. Это приведет к тому, что число хищников уменьшится, а с появлением большего количества травы будет расти популяция газелей. Так будет продолжаться в течение нескольких непрерывных циклов, которые заставляют популяции перемещаться вверх и вниз в определенном диапазоне.

Можно привести примеры биогеоценозов, которые будут не таким равновесными. Это происходит из-за воздействия антропогенного фактора - вырубки деревьев, высвобождения парниковых газов, которые согревают планету, охоты на животных и проч. В настоящее время мы можем наблюдать самое быстрое исчезновения определенных форм в истории. Всякий раз, когда какое-либо животное исчезает, или его популяция быстро уменьшается, можно говорить о неравновесности. Например, с начала 2016 года в мире осталось всего 60 амурских леопардов, а также только 60 носорогов Джавана.

Что необходимо для выживания?

Какие важные вещи необходимы для выживания? Есть пять элементов, которые необходимы всем живым существам:

• солнечный свет;
• вода;
• воздух;
• пища;
• среда обитания с правильной температурой.

Что такое экосистема? Это специфическая область либо в воде, либо на суше. Экосистемы могут быть маленькими (место под скалой или внутри ствола дерева, пруд, озеро или лес) или большими, такими как океан или вся наша планета. Живые организмы в экосистеме, растения, животные, деревья и насекомые взаимодействуют с неживыми составляющими, такими как погода, почва, солнце и климат, и зависят друг от друга.

Пищевые цепи

В экосистеме все живые существа нуждаются в пище для получения энергии. Зеленые растения называются производителями в пищевой цепи. С помощью солнца они могут производить собственную еду. Это самый первый уровень пищевой цепи. Первичные потребители, такие как насекомые, гусеницы, коровы и овцы, потребляют (едят) растения. Животные (львы, змеи, дикие кошки) являются вторичными потребителями.

Экосистема - термин, очень часто используемый в биологии. Она, как уже упоминалось, представляет собой сообщество растений и животных, взаимодействующих друг с другом в данной области, а также с неживой средой. Неживые составляющие включают в себя климатические и погодные условия, солнце, почву, атмосферу. И все эти разные организмы живут в непосредственной близости друг от друга и взаимодействуют друг с другом. Пример лесного биогеоценоза, где есть и кролики, и лисы, наглядно показывает, в каких отношениях пребывают эти представители фауны. Лиса съедает кролика, чтобы выжить. Эта связь оказывает влияние на других существ и даже на растения, которые живут в тех же или подобных условиях.

Примеры экосистем и биогеоценозов

Экосистемы могут быть огромными, со многими сотнями разных животных и растений, которые живут в тонком балансе, или они могут быть относительно небольшими. В суровых местах, особенно на полюсах, экосистемы относительно просты, потому что там существуют только несколько видов, способных противостоять сложным условиям жизни. Некоторые существа могут жить в нескольких разных сообществах по всему миру и пребывать в разных отношениях с другими или подобными себе существами.

Земля как экосистема выделяется во всей Вселенной. Существует ли возможность управления экологическими системами? На примере биогеоценозов можно увидеть, как любое вмешательство может спровоцировать массу изменений, как положительных, так и отрицательных.

Целую экосистему можно уничтожить, если повысить температуру или уровень моря, изменить климат. Можно повлиять на естественный баланс и нанести вред живым организмам. Это может произойти из-за антропогенной деятельности, такой как вырубка лесов, урбанизация, а также природных явлений - наводнений, штормов, пожаров или извержений вулканов.

Цепи питания биогеоценоза: примеры

На базовом функциональном уровне биогеоценоз обычно включает первичных производителей (растений), способных собирать энергию от солнца благодаря процессу, называемому фотосинтезом. Эта энергия затем протекает через пищевую цепь. Далее идут потребители: первичные (травоядные) и вторичные (плотоядные). Эти потребители питаются захваченной энергией. Декомпозиторы работают в нижней части пищевой цепи.

Мертвые ткани и отходы жизнедеятельности имеют место на всех уровнях. Мусорщики, детриворы и разлагающие вещества не только потребляют эту энергию, но и разрушают органику, расщепляя ее на составляющие. Именно микробы заканчивают работу по разложению и производят органические компоненты, которые могут снова использоваться производителями.

Биогеоценоз в лесу

Прежде чем привести примеры лесного биогеоценоза, вернемся еще раз к понятию экосистемы. В лесу наблюдается обилие флоры, поэтому его населяет большое количество организмов, существующих в рамках относительно небольшого пространства. Плотность живых организмов здесь довольно высока. Чтобы убедиться в этом, следует рассмотреть хотя бы несколько примеров лесных биогеоценозов:

• Тропический вечнозеленый лес. Получает внушительное количество осадков в год. Основной характеристикой является наличие густой растительности, которая включает высокие деревья на разных уровнях, каждый из которых является убежищем для разных видов животных.
• Тропический лиственный лес составляют кустарники и плотные кусты наряду с широким разнообразием деревьев. Этот тип характеризуется большим разнообразием фауны и флоры.
• Умеренный вечнозеленый лес - здесь довольно много деревьев, а также мхов и папоротников.
• Умеренный лиственный лес расположен во влажных умеренных широтах с достаточным количеством осадков. Лето и зима четко определены, а деревья теряют листья в осенние и зимние месяцы.
• Тайга, расположенная непосредственно перед арктическими регионами, характеризуется вечнозелеными хвойными деревьями. Температура низкая (ниже нуля) в течение полугода, и жизнь в это время здесь будто замирает. В остальные периоды в тайге полно перелетных птиц и насекомых.

Горы

Еще один яркий пример естественного биогеоценоза. Горные экосистемы отличаются большим разнообразием, здесь можно найти большое количество животных и растений. Главная особенность гор — зависимость климата и почв от высоты, то есть высотная поясность. На внушительных высотах обычно преобладают суровые условия окружающей среды и выживает только безлесная альпийская растительность. Животные, которые там встречаются, имеют толстый шерстяной покров. Нижние склоны обычно покрыты хвойными лесами.

Влияние человека

Вместе с термином «экосистема» в экологии применяют сходное понятие - «биогеоценоз». Примеры с описанием впервые были даны в 1944 году советским экологом Сукачевым. Он предложил следующее определение: биогеоценоз - это взаимодействие между совокупностью организмов и территорией обитания. Им были приведены первые примеры биогеоценоза и биоценоза (живой составляющей экологической системы).

Сегодня биогеоценоз рассматривается как относительно однородный участок земли, на котором обитает определенный состав живых существ, пребывающих в тесных взаимоотношениях с элементами неживой природы и связанных с ней обменом веществ и энергией. Примеры биогеоценоза в природе разнообразны, но все эти сообщества взаимодействуют в четких рамках, определяющихся однородным фитоценозом: луг, сосновый лес, пруд и так далее. А можно ли как-то повлиять на ход событий в экосистемах?

Рассмотрим на примере биогеоценозов возможности управления экологическими системами. Человек всегда является главной угрозой для окружающей среды, и несмотря на то, что существует множество природоохранных организаций, защитники природы будут на шаг позади в своих усилиях, когда сталкиваются с крупными корпоративными предприятиями. Развитие городов, возведение плотин, осушение земель - все это способствует постоянно нарастающему разрушению различных природных экосистем. Хотя многие бизнес-корпорации были предупреждены об их разрушительном влиянии, не все воспринимают всерьез эти проблемы.

Любой биогеоценоз - это экосистема, но не каждая экосистема - это биогеоценоз

Ярким примером биогеоценоза является сосновый лес. А вот лужа на его территории - это экосистема. Она не является биогеоценозом. Но весь лес также можно назвать экосистемой. Таким образом, оба эти понятия являются сходными, но не тождественными. Примером биогеоценоза служит любая экосистема, ограниченная определенным фитоценозом - растительным сообществом, включающим в себя совокупность растительного видового разнообразия, обусловленную экологическими условиями окружающей среды. Интересным примером является биосфера, являющаяся огромной экосистемой, но не биогеоценозом, поскольку сама состоит из многочисленных кирпичиков - разнообразных по форме и содержанию биогеоценозов.

Биогеоценоз

Свойства биогеоценоза

• естественная, исторически сложившаяся система
• система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне
• характерен круговорот веществ
• открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой - Солнце

Основные показатели биогеоценоза

• Видовой состав - количество видов, обитающих в биогеоценозе.
• Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

• Биомасса - количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:
  • биомассу продуцентов
  • биомассу консументов
  • биомассу редуцентов
• Продуктивность
• Устойчивость
• Способность к саморегуляции

Пространственные характеристики

Переход одного биогеоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождается сменой состояний и свойств всех его компонентов и, следовательно, сменой характера биогеоценотического метаболизма. Границы биогеоценоза могут быть прослежены на многих из его компонентов, но чаще они совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов). Толща биогеоценоза 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 - био-геогоризонты, очень специфичные по составу, структуре и состоянию живых и косных компонентов. Для обозначения горизонтальной неоднородности, или мозаичности биогеоценоза введено понятие биогеоценотических парцелл. Как и биогеоценоз в целом, это понятие комплексное, так как в состав парцеллы на правах участников обмена веществ и энергии входят растительность, животные, микроорганизмы, почва, атмосфера .

Механизмы устойчивости биогеоценозов

Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

• достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.
• богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.
• многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.
• средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.
• направление антропогенного воздействия.

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые - меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

Формы существующих взаимоотношений между организмами в биогеоценозах

Совместная жизнь организмов в биогеоценозах протекает в виде 6 основных типов взаимоотношений:

Экосистема
Экосистемы	Экосистемы суши · Морские экосистемы · Пресноводные экосистемы · Типы экосистем · Биогеоценоз · Биом · Биосфера · Природный территориальный комплекс · Искусственные экосистемы
Функциональные компоненты	Продуценты (автотрофы) · Консументы · Редуценты
Структурные компоненты	Зооценоз · Фитоценоз · Биоценоз · Синузия · Ценоячейка · Эдификатор · Консорция
Абиотические компоненты	Биогенные элементы · Микроклимат · Физические факторы · Местообитание (Биотоп , Стация) · Экотоп · Климатоп ·
Функционирование	Сукцессия · Сукцессионный ряд · Деградация экосистем · Эволюция экосистем
Загрязнение экосистем	Загрязнение пресных вод · Загрязнение океанов · Загрязнение атмосферы · Загрязнение почв

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Экосистема Словарь русских синонимов. биогеоценоз сущ., кол во синонимов: 1 экосистема (3) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин … Словарь синонимов

Эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся, однородная экологическая система, в которой функционально взаимосвязаны живые организмы и окружающая их абиотическая среда. Биогеоценоз характеризуется… … Словарь бизнес-терминов

- (от био... гео... и греч. koinos общий) однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними… … Большой Энциклопедический словарь

Особый взаимообусловленный комплекс на определенном участке земной поверхности, с присущим этому участку геол. строением, почвенным и водным режимами, микроклиматом, растительным сообществом и населяющим его миром животных и микроорганизмов. Все… … Геологическая энциклопедия

- (от греч. bios жизнь, де земля и fcoinos общий) англ. biogeocenosis; нем. Biogeoconose. Относительно пространственно ограниченная (внутренне однородная природа) система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их абиотической… … Энциклопедия социологии

Совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий… … Словарь черезвычайных ситуаций

биогеоценоз - Совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почв и гидрогеологических условий), слагающих их компонентов и определенный тип обмена… … Справочник технического переводчика

ВВЕДЕНИЕ

Биогеоценозы - элементарные единицы биосферы. Масштабы биогеоценозов в природе чрезвычайно различны. Неодинакова также степень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т.е. многократность вовлечения одних и тех же атомов в циклы.

В соответствии с иерархией сообществ жизнь на Земле проявляется и в иерархичности соответствующих биогеоценозов. Такая организация жизни является одним из необходимых условий ее существования.

Запасы биогенных элементов, из которых строят тела живые организмы, на Земле в целом и на каждом конкретном участке ее поверхности небезграничны. Лишь система круговоротов могла придать этим запасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни. Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие: запаса неорганических молекул в усвояемой форме; трех функционально различных экологических групп организмов - продуцентов, консументов и редуцентов. Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально-различные группы организмов. Таким образом, такие свойства экосистем как функционально-экологическое разнообразие живых существ, организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы, а также способность противостоять внешним воздействиям - древнейшие свойства жизни, обеспечивающие существование биогеоценозов.

ПОНЯТИЕ И СТРУКТУРА БИОГЕОЦЕНОЗА

Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз. Это понятие было введено В.Н. Сукачевым в 1940 г. Он пришел к выводу о том, что в природе существуют системы, объединяющие биотические и абиотические компоненты. Эти системы приурочены к определенной территории, называемой экотопом. Единство биоценоза и экотопа создает природный комплекс, который В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. По его определению, биогеоценоз-это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии.

Биогеоценоз состоит из ряда компонентов, взаимообуславливающих существование друг друга:

1. Сообщества растительных организмов, обеспечивающего органическим веществом и энергией все живущее здесь население - продуцентов, т.е. фитоценоза.

2. Биокомплекса животных организмов (беспозвоночных и позвоночных), обитающих в почве и надпочвенной среде и живущих за счет питательных веществ, созданных продуцентами - консументов, т.е. зооценоза.

3. Микроорганизмов (бактерий, грибов, актиномицетов и т.д.), живущих в почве, в воздушной и водной среде и разлагающих органические соединения до минимального состояния - редуцентов, т.е. микробиоценоза.

Эти три тесносвязанных между собой биологических компонента биогеоценоза образуют единство более высокого ранга - биоценоз. Таким образом, биоценозом называется вся совокупность живых существ, свойственных определенному участку земной поверхности и приспособленных к совместному обитанию на данной территории с однородными условиями существования.

4. Почвенного покрова с подпочвенными слоями материковой породы и почвенно-грунтовыми водами - эдафотопа.

5. Атмосферы, содержащей биогенные газы - кислород и углекислый газ,- атмосферную влагу и такие факторы внешней среды, как освещенность, температура, осадки и т.д. - климатопа.

Последние два компонента биогеоценоза - эдафотоп и климатоп - также взаимодействуют друг с другом и образуют систему, называемую экотоп.

Все перечисленные компоненты любого биогеоценоза тесно связаны между собой единством и однородностью территории, общим потоком энергии, обменом и круговоротом биогенных химических элементов, сезонными изменениями климатических условий, трофическими отношениями, численностью и взаимной приспособленностью многообразных видовых популяций фототрофных и гетеротрофных организмов.

Каждый природный биогеоценоз представляет собой саморегулирующую систему, которая сложилась в результате многих тысяч и миллионов лет и обладает способностью трансформировать вещество и энергию в соответствии со своей структурой и динамикой. Такая система путем саморегулирования способна в значительной степени противостоять как изменениям окружающей среды, так и резким изменениям в численности тех или иных организмов.

Размеры конкретных биогеоценозов варьируют в достаточно широких пределах: в пустынях площадь биогеоценоза составляет сотни тысяч квадратных метров, площадь одного лесного биогеоценоза - обычно от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч квадратных метров, луговые и степные еще меньше - до нескольких десятков, редко - сотен квадратных метров. Как правило, резких границ между биогеоценозами не существует, а один постепенно переходит в другой.

В различной литературе вместо биогеоценоза широко распространен другой термин, близкий к биогеоценозу по своему содержанию,- экосистема (экологическая система), под которой подразумевают функциональную систему, включающую в себя сообщество живых существ и их среду обитания. Термин «экосистема» предложил английский эколог А. Тенсли в 1935 г. Понятие «экосистема», в отличие от «биогеоценоза», более общее и менее определенное. Экосистемой можно считать как пруд, так и океан, как пень дерева с его обитателями, так и всю биосферу земного шара. Некоторые ученые считают, что биогеоценоз - это экосистема, границы которой определены фитоценозом. Иными словами, биогеоценоз - частный случай, определенный ранг экосистемы. Это замкнутая и способная к саморегуляции экосистема.

Замкнутой называют такую экосистему, в которой вещество циркулирует от продуцентов к редуцентам по кругу и именно в пределах данной экосистемы. Например, в озере биогенные элементы многократно проходят по одному и тому же кругу: водоросли - зоопланктон - рыба - бактерии - минеральные биогенные вещества - снова водоросли.

В открытых экосистемах вещество по кругу не обращается. Например, в экосистемах отдельного дерева гусеница съедает листья продуцента; саму же гусеницу ловят птицы и относят в свои гнезда на другие деревья. Таким образом, вещество из данной системы извлекается и переносится в другую систему.

Механизм саморегуляции в экосистемах осуществляется по принципу отрицательной обратной связи. Этот принцип в упрощенном варианте можно представить себе в виде системы «хищник - жертва», которая постоянно поддерживается в равновесном состоянии. Если по каким-то причинам уменьшается численность жертвы, то из-за недостатка пищи со временем уменьшается и численность хищника. Снижение численности хищника соответственно приводит к уменьшению давления на жертву, численность которой увеличивается. Это снова создает условия для увеличения численности хищника. Таким образом, система «хищник - жертва» саморегулируется, т.е. удерживается в равновесном состоянии. При этом численность жертвы и хищника постоянно колеблется около какого-то среднего значения.

Термин «биогеоценоз» часто применяется и в экологии, и в биологии. Это совокупность объектов биологического и небиологического происхождения, ограниченная определенной территорией и характеризующаяся взаимным обменом веществ и энергии.

Быстрая навигация по статье

Определение

Когда вспоминают, какой ученый ввел в науку понятие о биогеоценозах, речь заходит о советском академике В. Н. Сукачеве. Термин биогеоценоз был предложен им в 1940 году. Автор учения о биогеоценозе не только предложил термин, но и создал стройную и развернутую теорию об этих сообществах.

В западной науке определение «биогеоценоз» не слишком распространено. Там популярнее учение об экосистемах. Иногда биоценозом называют экосистемы, но это неправильно.

Между понятиями «биогеоценоз» и «экосистема» есть отличия. Экосистема – это более широкое понятие. Она может быть ограничена каплей воды, а может распространяться на тысячи гектаров. Границы биогеоценоза являются обычно ареалом единого растительного комплекса. Примером биогеоценоза может быть лиственный лес или пруд.

Свойства

Основные компоненты биогеоценоза неорганического происхождения – это воздух, вода, минералы и прочие элементы. Среди живых организмов встречаются растения, животные и микроорганизмы. Некоторые обитают в наземном мире, другие под землей или под водой. Правда, с точки зрения функций, выполняемых ими, характеристика биогеоценоза выглядит иначе. В состав биогеоценоза входят:

• продуценты;
• консументы;
• редуценты.

Эти основные компоненты биогеоценоза участвуют в обменных процессах. Присутствует тесная связь между ними.

Роль производителей органических веществ в биогеоценозах играют продуценты. Они преобразуют солнечную энергию и минералы в органику, которая выполняет функцию строительного материала для них. Основным процессом, организующим биогеоценоз, является фотосинтез. Речь идет о растениях, которые превращают солнечную энергию и питательные вещества почвы в органику.

После смерти даже грозный хищник становится добычей грибков и бактерий, разлагающих тело, превращая органические вещества в неорганику. Этих участников процесса называют редуцентами. Таким образом, замыкается круг, состоящий из взаимосвязанных видов растений и животных.

Кратко схема биогеоценоза выглядит так. Растения потребляют энергию Солнца. Это основные производители глюкозы в биогеоценозе. Животные и другие консументы передают и преобразовывают энергию и органические вещества. В биогеоценоз входят также бактерии, минерализующие органику и помогающие растениям усваивать азот. Каждый химический элемент, присутствующий на планете, вся таблица Менделеева участвует в этом круговороте. Биогеоценоз характеризуется сложной, саморегулирующейся структурой. И каждый, кто участвует в его процессах, важен и необходим.

Механизм саморегуляции, что называют еще динамическим равновесием, объясним на примере. Допустим, благоприятные погодные условия привели к увеличению количества растительной пищи. Это в значительной степени вызвало рост популяции травоядных животных. Хищники начали активно охотиться на них, сокращая количество травоядных, но увеличивая свою популяцию. На всех пищи не хватает, поэтому часть хищников вымерла. В результате система снова вернулась в состояние равновесия.

Вот какие признаки говорят об устойчивости биогеоценозов:

1. большое количество видов живых организмов;
2. участие их в синтезе неорганических веществ;
3. широкое жизненное пространство;
4. отсутствие негативного антропогенного воздействия;
5. большой диапазон типов межвидового взаимодействия.

Виды

Естественный биогеоценоз имеет природное происхождение. Примерами искусственных биогеоценозов являются городские парки или агробиоценозы. Во втором случае основным процессом, организующим биогеоценоз, является сельскохозяйственная деятельность человека. Состояние системы обусловлено рядом антропогенных характеристик.

Основные свойства биогеоценозов, созданных человеком в аграрном секторе, зависят от того, чем засеяно поле, насколько успешна борьба с сорняками и вредителями, какие удобрения и в каком количестве внесены, как часто производится полив.

Если вдруг обработанные посевы будут заброшены, без человеческого участия они погибнут, а сорняки и вредители начнут активно размножаться. Тогда свойства биогеоценоза станут другими.

Искусственный биогеоценоз, созданный человеком, не способен к саморегуляции. Устойчивость биогеоценоза зависит от человека. Его существование возможно только при активном человеческом вмешательстве. Абиотический компонент биогеоценоза нередко тоже входит в его состав. Примером может служить аквариум. В этом небольшом искусственном водоеме живут и развиваются различные организмы, каждый из которых входит в биогеоценоз.

Большинство естественных природных сообществ формируется длительное время, иногда сотни и тысячи лет. Участники долго «притираются» друг к другу. Такие биогеоценозы характеризуются высокой устойчивостью. Равновесие держится на взаимосвязи популяций. Устойчивость биогеоценоза определяется отношениями между участниками процесса и носит стабильный характер. Если не происходит значительных природных и техногенных катастроф, сопряженных с разрушениями, грубого вмешательства человека, биогеоценоз, как правило, постоянно находится в состоянии динамического равновесия.

Каждый вид взаимоотношений – важный лимитирующий фактор в поддержании равновесия в системе.

Примеры

Рассмотрим, что такое биогеоценоз, в качестве примера взяв луг. Так как первичным звеном в пищевых сетях биогеоценозов являются продуценты, эту роль здесь играют луговые травы. Исходным источником энергии в биогеоценозе луга является энергия Солнца. Травы и кустарники, эти основные производители глюкозы в биогеоценозе, растут, служат пищей для зверей, птиц и насекомых, которые, в свою очередь, становятся добычей хищников. Мертвые останки попадают в почву и перерабатываются микроорганизмами.

Особенностью фитоценоза (растительного мира) лиственных лесов, в отличие от луга или степи, является наличие нескольких ярусов. У обитателей верхних ярусов, куда входят более высокие деревья, есть возможность потреблять больше солнечной энергии, чем у нижних, которые способны существовать в тени. Затем идет ярус кустарников, потом – травы, затем, под слоем сухих листьев и у древесных стволов растут грибы.

В биогеоценозе большое разнообразие видов растений и других живых организмов. Зоны обитания животных тоже разделены на несколько ярусов. Одни обитают на верхушках деревьев, а другие находятся под землей.

Такой биогеоценоз как пруд характеризуется тем, что средой обитания является вода, дно водоема и надводная поверхность. Тут растительный мир представлен водорослями. Часть из них плавает на поверхности, а часть постоянно скрыта под водой. Ими питаются рыбы, насекомые, ракообразные. Хищная рыба и насекомые легко находят себе добычу, а бактерии и другие микроорганизмы обитают на дне водоема и в толще воды.

Несмотря на относительную устойчивость естественных биогеоценозов, со временем свойства биогеоценоза меняются, превращаясь из одних в другие. Иногда биологическая система реорганизуется быстро, как в случае зарастания мелких водоемов. Они способны за короткое время превратиться в болота или луга.

Формирование биогеоценоза может длиться столетиями. Например, каменистые, почти голые скалы постепенно покрываются мхами, затем появляется другая растительность, разрушая скальную породу и меняя ландшафт и фауну. Свойства биогеоценоза меняются медленно, но неуклонно. Только люди способны резко ускорить эти изменения и не всегда в лучшую сторону.

Человек должен бережно относиться к природе, сохранять ее богатства, не допускать загрязнения окружающей среды и варварского отношения к ее обитателям. Он не должен забывать, что это его дом, где придется жить потомкам. И только от него зависит, в каком состоянии он им достанется. Поймите это сами и объясните другим.