Структура и иерархия экосистем

Только совместная жизнедеятельность  продуцентов, консументов и редуцентов обеспечивает существование экосистемы. Без растений не могут обойтись животные, отсутствие растительноядных делает невозможным существование хищников. Без редуцентов экосистемы заполнились бы мертвой органической массой, а запасы минеральных веществ быстро бы иссякли. В тропических лесах все доступные минеральные вещества потребляются растениями, но их недостатка не ощущается: редуценты быстро разлагают опад на минеральные компоненты. В почвах степей минерализация также происходит достаточно интенсивно, и остатки не накапливаются. В болотных биоценозах вследствие затрудненной деятельности редуцентов преобладает накопление органической массы.  Простейший пример экосистемы – лишайник. Роль продуцентов выполняют водоросли, осуществляющие фотосинтез. Грибница выступает консументом, питающимся продуктами фотосинтеза, а бактерии и простейшие – редуцентами, перерабатывающими отмирающее вещество. Заметим, что экосистему лишайника или аквариума нельзя назвать биогеоценозом. Экосистема – понятие более многозначное, чем биогеоценоз.

Продуценты, консументы и редуценты являются биотическими компонентами экосистем и составляют биомассу экосистемы [17].

К абиотическим компонентам  экосистем относятся неорганические вещества – углерод, кислород, азот, вода, атмосферная углекислота, минеральные  вещества. Все они являются источником питательных элементов для растений и благодаря им включаются в круговорот. К этой группе также относятся органические вещества, находящиеся в организмах (белки, жиры, углеводы), и в почве (гуминовые соединения). Эти органические соединения являются связующими между живыми и неживыми частями экосистемы.

Итак, устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема – биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Несмотря на все многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения – продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Таким образом, экосистема является важнейшей структурной единицей устройства окружающего мира.

1.2. Биогеоценоз. Учение о биогеоценозах

Человеку в своей  повседневности постоянно приходится иметь дело с конкретными участками  окружающих его природных комплексов: участками поля, луга, болота, водоема. Любой участок земной поверхности, или природный комплекс, должен рассматриваться как определенное природное единство, где вся растительность, фауна и микроорганизмы, почва и атмосфера тесно взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом. С этим взаимосвязями необходимо считаться при всяком хозяйственном использовании природных ресурсов (растительных, животных, почвенных и др.). Все сообщества растений, животных, микроорганизмов, грибов, которые находятся в теснейшей связи друг с другом, создавая неразрывную систему взаимодействующих организмов и их популяций, - биоценоз, который также называют сообществом[20].

Продуценты в лесу – деревья, кустарники, травы, мхи.

Консументы – звери, птицы, насекомые.

Редуценты – наземные.

Продуценты в пруду – плавающие растения, водоросли, сине-зеленые.

Консументы – насекомые, земноводные, ракообразные, растительноядные и хищные рыбы.

Редуценты – водные формы грибов и растений[27].

Примером экосистемы является листопадный лес. В состав листопадных лесов входят буки, дубы, грабы, липы, клены, осины и другие деревья, чья листва осенью опадает. В лесу выделяется несколько ярусов растений: высокий и низкий древесный, кустарников, трав и мохового напочвенного покрова. Растения верхних ярусов более светолюбивые и лучше приспособлены к колебаниям температуры и влажности, чем растения нижних ярусов. Кустарники, травы и мхи в лесу теневыносливы, летом они существуют в полумраке, который образуется после полного развертывания листвы деревьев. На поверхности почвы лежит подстилка, состоящая из полуразложившихся остатков, опавшей листвы, веточек деревьев и кустарников, мертвых трав.

Фауна листопадных лесов  богата. Много норных грызунов, землероющих  насекомоядных, хищников. Встречаются млекопитающие, живущие на деревьях. Птицы гнездятся в различных ярусах леса: на земле, в кустарниках, на стволах или в дуплах и на вершинах деревьев. Много насекомых, которые питаются листьями и древесиной. В подстилке и верхних горизонтах почвы обитает громадное количество беспозвоночных животных, грибов и бактерий[26]. Рассмотрим свойства биогеоценозов:

Устойчивость – это свойство сообщества и экосистемы выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями. Способность организмов переносить неблагоприятные условия и высокий потенциал размножения обеспечивают сохранение популяций в экосистеме, что гарантирует ее устойчивость.

Саморегуляция.

Поддержание определенной численности популяций основано на взаимодействии организмов в звеньях  хищников - жертва, паразит - хозяин на всех уровнях пищевых цепей. Массовое размножение вида в биогеоценозе регулируется прямыми и обратными связями, существующими в пищевых цепях. Нарушение естественных цепей питания под воздействием антропогенного фактора может привести к неконтролируемому росту численности особей отдельных популяций и к нарушению природных экологических сообществ.

 Биогеоценоз (на  примере дубравы)

1. Дубрава, как природное  сообщество (биогеоценоз), характеризующееся  целостностью и устойчивостью.

 Дубрава является одним из наиболее сложных среди наземных биогеоценозов. Ну, во-первых, что такое биогеоценоз? Биогеоценоз - это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов), обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Это определение понадобится для пользования в дальнейшем. Дубрава – это совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Понятно, что при таком разнообразии видов, населяющих дубраву, поколебать устойчивость данного биогеоценоза, истребив один или несколько видов растений или животных будет сложно. Сложно, потому что в результате длительного сосуществования видов растений и животных из разрозненных видов они стали единым и совершенным биогеоценозом – дубравой, которая, как уже было сказано выше способна при неизменных внешних условиях существовать веками.

2. Основные компоненты  биогеоценоза и связи между ними; растения – главное звено в экосистеме.

 Основу подавляющего  большинства биогеоценоза составляют  зеленые растения, которые, как  известно, являются производителем  органического вещества (продуцентами). А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные – потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков – преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты), то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения образующиеся после распада органических веществ и ясно, что если растения - главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически исчезнет.

3. Круговорот веществ  в биогеоценозе. Значение в круговороте  растений, использующих солнечную энергию

 Круговорот веществ  в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ, необходимо наличие в экосистеме организмов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и снова превращают их в неорганические соединения[20].

Все организмы по способу  питания разделяются на две группы – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (преимущественно растения) для синтеза органических веществ используют неорганические соединения окружающей среды. Гетеротрофы (животные, человек, грибы, бактерии) питаются готовыми органическими веществами, которые синтезировали автотрофы. Следовательно, гетеротрофы зависят от автотрофов. В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами[25].

Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии является Солнце. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, оно может быть использовано многократно, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Энергия излучения Солнца в биогеоценозе преобразуется в различные формы: В энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни и растения (автотрофы) в нем самое главное звено.

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих. Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: волк, лисица, горностай, ласка, куница. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных внутренних паразитов, преимущественно насекомых и клещей, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий. Пищевые цепи в дубраве переплетены в очень сложную пищевую цепь, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему.

Значение разных групп  животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве  наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: оленей, косуль, лосей - слабо  отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а, следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей. Правилом экологической пирамиды называется следующая закономерность: всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается.

Популяции растений и  животных; факторы, вызывающие изменения  в численности; саморегуляция в  биогеоценозе.

 Популяцией в биологии называют совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которые длительно существуют в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. К факторам, вызывающим изменения в численности популяций относятся следующие: охота (то есть деятельность человек, направленная на убийство одной или нескольких особей с целью получения шкуры, мяса или чисто спортивного интереса), рыбалка (то же самое, только на водном пространстве)[23].

Но самый важный фактор - это баланс рождаемости и гибели. В результате взаимных приспособлений разных видов в биогеоценозе устанавливается определенный для каждого вида уровень колебаний. Для одних видов колебания не велики, для других могут быть значительными, и вид редкий в данном году, в следующем году может стать обычным, или наоборот. К примеру, уменьшение пищи ведет к уменьшению популяции. В следующем году пищи много - популяция увеличивается. А увеличение популяции быстрыми темпами очень скоро тормозится, так как резко увеличивается число паразитов. Очень часто на численность влияет погода. Процесс саморегуляции в дубраве проявляется в том, что все разнообразное население существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем. К примеру, при отсутствии ограничивающих факторов численность любого вида вредных насекомых возросла бы очень быстро и привела ба к разрушению экологической системы. Наблюдения показывают, что некоторая часть потомства погибает под воздействием различных неблагоприятных условий погоды. Но основную массу уничтожают другие члены биогеоценоза: хищные и паразитические насекомые, птицы, болезнетворные микроорганизмы. Таким образом жить остается столько особей, сколько необходимо для регуляции в биогеоценозе. Ограничивающее действие экологической системы все же не исключает полностью случаев массового размножения отдельных видов, которое бывает связано с сочетанием благоприятных факторов среды. Однако после массовой вспышки особенно интенсивно проявляются регулирующие факторы (паразиты, болезнетворные бактерии и др.), которые снижают численность вредителей до средней нормы.

Человек с недавних пор  стал очень активно влиять на жизнь  биогеоценоза. Хозяйственная деятельность людей – мощный фактор преобразования природы. В результате этой деятельности формируются своеобразные биогеоценозы. К числу их можно отнести, например, агроценозы, представляющие собой искусственные биогеоценозы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека[24].

Примерами могут служить  искусственно создаваемые луга, поля, пастбища. Создаваемые человеком  искусственные биогеоценозы требуют  неустанного внимания и активного  вмешательства в их жизнь. Конечно, в искусственных и естественных биогеоценозах много сходного и различного, но на этом мы останавливаться не будем. Влияет человек и на жизнь естественных биогеоценозов, но, конечно, не настолько сильно, как на агроценозы. Примером могут служить лесничества, создаваемые для высадки молодых деревьев, а также для ограничения охотничьего промысла. Примером могут также служить заповедники и национальные парки, создаваемые для охраны каких-то определенных видов растений и животных. Создаются также массовые общества, пропагандирующие сохранение и охрану окружающей среды, такие как общество «зеленых» и т.п.[16].

Таким образом, элементарной системой в иерархии экосистем является биогеоценоз – устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. В данном параграфе мы рассмотрели понятие «биогеоценоз». Выяснили, что главным составляющим любого биогеоценоза выступает «фитоценоз» - растительные сообщества, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами).

1.3. Биоценоз как биологическая система. Понятие и структура биоценозов

Биоценоз представляет собой совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, совместно  населяющих участок земной поверхности  и характеризующихся определенными отношениями как друг с другом, так и с совокупностью абиотических факторов. Составными частями биоценоза являются фитоценоз (совокупность растений), зооценоз (совокупность животных), микоценоз (совокупность грибов) и микробоценоз (совокупность микpoopганизмов). Синоним биоценоза – сообщество [17].

 Участок земной  поверхности (суши или водоема)  с однотипными абиотическими  условиями (рельефом, климатом, почвами,  характером увлажнения и др.), занимаемый тем или иным биоценозом, называется биотопом (от греч. topos – место). В пространственном отношении биотоп соответствует биоценозу. Биотоп, с которым связаны обитающие здесь организмы и условия их существования, подвергается изменениям со стороны биоценоза. Однородность климатических условий биоценоза определяет климатоп, почвенно – грунтовых - эдафотоп, увлажнения - гидротоп.