Биогеоценоз, как экосистема

Введение

 

Термин экология образован от двух греческих слов (ойкос – дом, жилище, родина, и логос – наука), означающих дословно «наука о местообитании». В более общем смысле экология – это наука, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей их средой обитания (в том числе многообразие взаимосвязей их с другими организмами и сообществами).

В качестве самостоятельной  науки экология оформилась лишь в  ХХ в., хотя факты, составляющие ее содержание, с давних времен привлекали внимание человека. Большое значение экологии как науки по-настоящему стали понимать лишь недавно. Этому есть объяснение, которое связано с тем, что рост численности населения Земли и усиливающееся воздействие человека на природную среду поставили его перед необходимостью решать ряд новых жизненно важных задач. Для удовлетворения своих потребностей в воде, пище, чистом воздухе человеку надо знать, как устроена и как функционирует окружающая его природа. Экология как раз и изучает эти проблемы.

Мир живых организмов заполнил все доступные уголки Земли. Миллиарды особей существуют в пределах тех пространств, которые они смогли отвоевать у неживой природы и друг у друга. Каждая из них проживает свою жизнь, определенную генотипом и условиями среды. Им нет дела до того, как живут другие организмы, особенно в других местообитаниях, если они не связаны борьбой за существование.

Такой взгляд на живую природу  в определенной степени оправдан, но он не позволяет понять законов  жизни, кроме одного - каждый существует сам по себе. Природа при этом выглядит хаотичным набором особей, приспособленных к определенному участку земной поверхности.

Такую природу в любом  месте можно спокойно повредить  или уничтожить и ничего не произойдет – все остальное продолжит  жить, будет обеспечивать наши потребности в кислороде, продуктах питания и т.п. Понадобились многие годы размышлений и исследований, чтобы подойти к осознанию всей сложности существования жизни на Земле.

По современным представлениям природа существует не суммой отдельных  организмов, а особыми образованиями - экологическими системами, состоящими из множества живых существ и условий среды, образующими по особым законам единое целое. Никакая часть природы, ни одна особь самостоятельно существовать не могут, как не могут самостоятельно функционировать части тела какого-либо организма.

Все экосистемы вне зависимости  от иерархического уровня, осуществляют свою биогенную миграцию элементов, участвуя в глобальных процессах  обмена веществ в биосфере. В связи  с этим, повреждение любой, самой  малой экосистемы, может отразиться на всей системе, на всей биосфере. Это представление - фундаментальное при выработке мероприятий по охране окружающей среды.

1. Биогеоценоз,  как экосистема.

Биогеоценоз - система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва).

Близким по значению понятием является экосистема - система, состоящая из взаимосвязанных между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема - более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз (экосистема) - совокупность, взаимосвязанных между собой популяций разных видов, длительно обитающих на определенной территории с относительно одинаковыми условиями. Примеры экосистем - луг, водоем, дубрава.

Биогеоценоз, в  свою очередь - класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды - почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Не являются биогеоценозами водные экосистемы, большинство искусственных экосистем. Таким образом, каждый биогеоценоз - это экосистема, но не каждая экосистема - биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп - это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую занимает биогеоценоз. Экотоп - это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов. Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и с факторами неживой природы. Видовой состав данной местности определяется историческими и климатическими условиями, а взаимоотношения организмов друг с другом и окружающей средой, характером их питания. Основные взаимоотношения между организмами - пищевые.

 По типу питания организмы делятся на две группы:

автотрофные, использующие солнечную энергию и неорганические вещества, для синтеза органических. К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, некоторые бактерии.

гетеротрофные - нуждающиеся в готовой органической пище. Это грибы, животные и многие бактерии.

Биогеоценоз - открытая, динамичная, устойчивая и саморегулирующаяся система. Она включает в себя следующие  обязательные компоненты:

неорганические  и органические вещества;

автотрофные организмы - продуценты органических веществ:

гетеротрофные организмы - консументы являются потребителями  готовых органических веществ. Консументы первого порядка - травоядные - питаются растениями, консументы второго порядка  питаются животными;

редуценты - организмы, разлагающие остатки мертвых организмов, превращая их из органических соединений в простые неорганические вещества.

Продуценты, консументы, редуценты объединены переносом  веществ и энергии и представляют трофические уровни биогеоценоза. Представители  разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы. Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему, носит название цепи питания. Цепи питания состоят из нескольких звеньев, т. к. в них включены растения, травоядные, хищники, паразиты и микроорганизмы. По правилу экологической пирамиды каждое последующее звено теряет около 90% энергии, таким образом, в биогеоценозе численность жертв гораздо больше численности их потребителей.

В биогеоценозе существует замкнутый круговорот веществ. Продуценты (растения) вовлекают неорганические вещества в круговорот, консументы перемещают вещества, а редуценты возвращают вещества в неживую природу.

Источником  энергии этого круговорота служит световая энергия солнца, которая в биогеоценозе преобразуется в химическую, механическую и тепловую энергию.

1.1.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

1.2. Взаимоотношения между видами в экосистеме:

Взаимоотношения «хищник - жертва», когда особи одних видов питаются особями других видов, при этом хищник имеет приспособления к добыче жертвы.

Взаимоотношения «хозяин - паразит», когда особи одних видов (паразиты) существуют за счет других (хозяина), используя их как среду обитания и источник пищи.

Симбиотические отношения - взаимовыгодные отношения между особями разных видов (микориза - симбиоз гриба и растения, лишайник - симбиоз гриба и водоросли).

Межвидовая  конкуренция, т. е. конкуренция между особями различных видов за доступные ресурсы (пищу, пространство, убежище).

Внутривидовая конкуренция, т. е. конкуренция между близкими в своих потребностях особями одного вида.

Все перечисленные  взаимоотношения обеспечивают совместное существование видов биогеоценоза, превращая их в стабильные саморегулирующиеся сообщества. Саморегуляция в экосистеме - это механизм поддерживания на определенном уровне соотношения биомассы продуцентов, консументов и редуцентов. Совместное существование особей ведет не к полному уничтожению их друг другом, а лишь ограничивает численность. Колебание численности особей в популяции около одного уровня является важным условием сохранения экосистемы. Препятствует чрезмерному возрастанию численности популяций уничтожение особей другими членами экосистемы или их гибель от неблагоприятных факторов. Например, резкое возрастание численности насекомых в силу их высокой плодовитости при благоприятных погодных условиях приводит к возрастанию численности организмов, питающихся насекомыми. Так экосистема приходит в равновесие.

1.3. 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.

1.4. 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.

1.5. Формы существующих взаимоотношений между организмами в биогеоценозах

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

• взаимополезные
• симбиоз
• мутуализм
• полезно нейтральные (комменсализм)
• нахлебничество
• квартиранство
• сотрапезничество
• полезно вредные
• хищничество
• паразитизм
• полупаразитизм
• взаимовредные
• антагонизм
• конкуренция
• нейтрально вредные
• аменсализм
• нейтральные (нейтрализм)

 

 

 

 

 

 

2. Взаимосвязи  в биогеоценозе. Типы отношений  между организмами в ценозе

 

2.1. Взаимосвязи в биогеоценозе

 

Биоценотический коннекс - сложный клубок взаимоотношений, «разматывание» которого может быть произведено различными способами. Под путями расшифровки функциональной структуры подразумеваются отдельные подходы.

Биогеоценоз в  целом представляет собой ту лабораторию, в которой совершается процесс  аккумуляции и трансформации энергии. Этот процесс слагается из многих разнообразных физиологических и химических процессов, также взаимодействующих между собой. Взаимодействия между компонентами биогеоценоза выражаются в обмене веществом и энергией между ними.

Взаимоотношения между организмами и средой, которые составляют одну из основ для понимания существа биогеоценоза, относятся к экологическому направлению. Взаимоотношения между особями одного вида относятся обычно к популяционному уровню, а взаимоотношения между разными видами и разными биоморфами составляют основу уже биоценотического подхода.

 

 

 

 

2.1.1. Взаимодействие между почвою и растительностью

 

Взаимодействие  между почвою и растительностью  все время происходит в известном  смысле «круговорот» вещества и перекачивание минеральных веществ из различных горизонтов почвы в надземные части растений, а затем возвращение их в почву в виде растительного опада. Таким образом, осуществляется перераспределение минеральных веществ почвы по ее горизонтам.