В начало

Экология сообществ и экосистем (Лекция)

 

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Биоценозы и биотические взаимоотношения организмов в них

2. Экологическая ниша

3. Структура биоценозов

4. Динамика и стабильность экосистем

 

1. Биоценозы и биотические взаимоотношения организмов в них

В природе популяции разных видов организмов интегрируются в макросистемы более высокого ранга - в так называемые сообщества, или биоценозы.

Биоценоз (от греч. bios – жизнь и coinos – общий) – организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов живущих совместно в одних и тех же условиях среды.

Биоценоз является продуктом естественного отбора, выживание и устойчивое  существование его во времени и пространстве зависят от характера взаимоотношений входящих в него популяций и возможно благодаря солнечной энергии. В природе биоценоз образует определенные комплексы со средой, включающей неживые компоненты. При этом пространство (среда) с относительно однородными условиями, заселённое сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом.

Т.о. биотоп это место обитания биоценоза. Биоценоз и биотоп составляют диалектическое единство, биологическую макросистему ещё более высокого ранга – биогеоценоз. 

По В.Н. Сукачёву, предложившему этот термин, биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы; горной породы; гидрогеологических условий; растительности; животного мира; мира микроорганизмов; почвы. Эта совокупность отличается спецификой взаимодействия слагающих её компонентов, их особой структурой и определённым типом обмена веществ и энергии между собой и с другими явлениями природы.

Любой биогеоценоз, независимо от его размеров и сложности, состоит из следующих основных звеньев: производители; потребители; разрушители; компоненты неживой природы и множества других звеньев. 

Устойчивость биогеоценоза поддерживается процессами саморегуляции, обеспечивающими такое совместное существование  всех элементов системы, что они никогда полностью не уничтожают друг друга, а лишь ограничивают численность каждого до определённого предела.

В условиях научно-технического прогресса деятельность человека преобразует природные биогеоценозы в так называемые агробиогеоценозы (агроценоз), количество которых на земле быстро растёт. В агроценозах механизмы саморегулирования отсутствуют, численность видов в этих системах регулируется человеком.

В биоценозах между различными видами организмов возникают определённые связи, основной формой которых служат пищевые взаимоотношения, которые формируют сложные цепи и циклы питания. Кроме пищевых взаимоотношений в биоценозах возникают пространственные связи. Эти взаимоотношения и связи объединяют организмы в единое целое, в биологическую макросистему и называются биотическими.

В Природе существуют следующие основные формы биотических взаимоотношений:

      конкуренция (от лат. сoncurio – стучаться, сталкиваться) – взаимоотношения организмов одного или разных видов, при которых они используют одни и те же ресурсы среды при недостатке последних. В биоценозах конкуренция незначительна из-за неодинакового восприятия различными видами одних и тех же факторов среды, причём, чем разнообразнее возможности организмов, тем менее напряженной будет конкуренция;

      хищничество – способ добывания пищи и питания животных, при котором они ловят, убивают и съедают других животных. Хищник – важный фактор естественного отбора. Под его прессом постоянно улучшается состав популяций тех или иных организмов, он определённым образом стимулирует их прогрессивное развитие. Жертвы также влияют на хищников, содействуя их совершенствованию и прогрессу. Таким образом, эта борьба взаимно противоположных начал является движущей силой эволюции как хищников так и их жертв;

      паразитизм  (от греч. parasitos – нахлебник, дармоед) – межвидовые взаимоотношения, при которых один вид (паразит) использует другой (хозяин) как среду обитания и источник пищи. Паразитизм в основном носит антагонистический характер;

      комменсализм (от лат. com – совместно, сообща и mensa – стол) – форма симбиоза, при которой один из партнёров системы (комменсал) питается остатками пищи или выделениями другого (хозяина), не причиняя последнему вреда;  

      синойкия или квартирантство (от греч. synoikia – совместное жилище) – разновидность комменсализма, совместное проживание двух организмов разных видов, полезное для одного и безразличное для другого;

      мутуализм (от лат. mutuus – взаимный) – взаимовыгодное сожительство организмов разных видов;

      зоохория  (от греч. zoon – животное и choreo – двигаться, распространяться) – форма отношений, при которых животные содействуют растениям в распространении семян и плодов;   

      аллелопатия  (от греч. allelon – взаимно и pathoscтрадание) – взаимодействие организмов посредством специфически действующих химических продуктов обмена веществ, которые выделяются во внешнюю среду.

Наиболее сложные биотические связи возникают у млекопитающих, птиц и особенно у насекомых. Так, например, некоторые виды муравьёв совершают набеги на другие муравейники, захватывают там личинок и куколок, выращивают их в своём муравейнике и используют для постройки жилья, уборки его и т. п. Эта форма биотических связей называется рабовладельчеством.

В природе существуют контактные и косвенные взаимодействия между растениями, которые могут быть механическими, например, лианы на деревьях, физиологическими, например, лишайники (симбиоз грибов и водорослей) и опосредованными (за счёт изменения абиотической среды обитания других организмов), например, изменение состава почвы. Особенно сильно указанные взаимодействия прослеживаются в агроценозах.

В биоценозах всегда тесно взаимосвязаны растения и животные. Большинство животных употребляют растения в качестве пищи, помогая при этом расселению последних за счёт опыления цветков и распространения зрелых семян на больших территориях. Важную роль в круговороте веществ в биоценозе играют микроорганизмы, перерабатывающие химические вещества отмерших растений и животных во вновь усвояемую форму, например, в гумус.

В результате взаимодействия организмов и условий их существования возникает сложная цепь взаимосвязанных явлений и процессов, изменение одного из звеньев которой влечёт за собой перестройку биоценоза, как в эволюционном, так и в катастрофическом аспектах.

Таким образом, биотические связи организмов в биоценозе позволяют ему функционировать и развиваться необозримо длительное время или резко изменять структуру и свойства.

 

2. Экологическая ниша

Образ жизни вида и его способ питания в экологии принято называть  экологической нишей.

Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которой возможно существование вида в природе. Она включает химические, физические, физиологические и биотические факторы, необходимые организму для жизни, и определяется его приспособленностью, физиологическими реакциями и поведением. Иначе говоря, этот термин характеризует роль вида в функционировании экосистемы.

Для характеристики экологической ниши вида необходимо знать, чем он питается и кто его поедает, способен ли он к передвижению и как воздействует на другие элементы биоценоза.

Экологические ниши могут изменяться и перестраиваться в зависимости от периодов развития вида, сезона года и др. факторов.

С понятием экологической ниши тесно связано представление о насыщенных и ненасыщенных биоценозах. Первые являют собой экосистемы, в которых жизненные ресурсы на каждом этапе преобразования биомассы и энергии используются наиболее полно. Если же эти ресурсы утилизируются частично, биоценозы ненасыщенны. Ненасыщенные биоценозы обладают потенциальной способностью принять в свой состав новые виды, которые, заняв определённые экологические ниши, будут содействовать более полной утилизации жизненных ресурсов сообщества.

В Природе все биоценозы являются ненасыщенными, что ведёт к их постоянному развитию во времени и пространстве. Агроценозы могут стать насыщенными, что отрицательно скажется на их продуктивности.

 

3. Структура биоценозов

Видовая структура:

Каждый биоценоз имеет строго определённый видовый состав в конкретный период развития. В любом биоценозе есть много видов с небольшим числом особей и мало видов с большим количеством организмов. При этом один или два вида дают до 90% биомассы биоценоза. Эти виды называются доминантными. Виды, живущие за счёт последних называются предоминантными. Например, в дубовом лесу дуб – доминант, а мышь – предоминант.

Виды, создающие условия для жизни других организмов, называются эдификаторами. Например, ель, создавая затенение и сохраняя при этом влагу, является эдификатором для тенелюбивых трав и насекомых. Все  виды, слагающие биоценоз, связаны с доминантами и эдификаторами. Группы популяций, зависящие от доминантов и эдификаторов, называются консорциями.     

Таким образом, можно сделать вывод: чем разнообразнее видовая структура биоценоза тем, гармоничнее он развивается.

Пространственная структура:

В ходе эволюции организмы биоценозов, приспосабливаясь к условиям среды, разместились ярусно, не мешая друг другу.

Ярусность – вертикальное расслоение биоценоза на разновысокие структурные части. Наиболее чётко ярусность выражена в растительных сообществах (фитоценозах), способствует увеличению числа организмов на единицу площади территории земли.

Растения неравномерно распределяются в горизонтальной плоскости, создавая так называемые синузии (сгущения) и определяя мозаичный характер ландшафтов.

Как ярусы, так и синузии характеризуются определённым видовым составом и в совокупности влияют на развитие биоценоза.

Экологическая структура:

Экологическая структура биоценоза определяется совокупностью биологических групп организмов, выполняющих в сообществе в каждой экологической нише определённые функции. Эта характеристика биоценоза даёт возможность определить его свойства, выяснить устойчивость во времени и пространстве, а также предвидеть последствия изменений, вызванных влиянием антропических факторов.

Пограничный эффект:

На границе соседствующих биоценозов проявляется так называемый пограничный эффект, суть которого заключается в увеличении плотности животного населения  в приграничной зоне. Причиной этого явления служат миграционные процессы, в результате которых животные, сталкиваясь с неспецифичными для них факторами среды, накапливаются в узкой приграничной полосе. Так, например, в агроценозах многие вредители сельскохозяйственных культур концентрируются преимущественно в краевой полосе, что необходимо учитывать при обработке растений пестицидами.

2.6.4.Энергетика экосистем.

Пищевые взаимоотношения организмов в биоценозе объединяют их в единый комплекс и создают прочные цепи питания, состоящие из трёх основных звеньев.

Первое звено образуют продуценты (производители) – зелёные растения, создающие первичную биологическую продукцию, в которой аккумулируется солнечная энергия.

Второе звено представлено консументами (потребители) – организмы, питающиеся растениями и животными.

Третье звено – редуценты (деструкторы) – организмы, разрушающие органические вещества останков растений и животных до простых неорганических соединений (грибы, микроорганизмы).

Все звенья цепи питания взаимосвязаны и взаимозависимы. Между ними от первого и до последнего происходит передача вещества и энергии, причём от звена к звену происходит потеря последней. В природе пищевые цепи биоценозов значительно сложнее рассмотренной выше схемы, т. к. многие организмы являются одновременно и продуцентами и консументами по отношению к другим.

Экологическая пирамида:

В любой цепи питания не вся пища используется для роста организма, т. е. для накопления биомассы. Часть пищи расходуется на удовлетворение энергетических затрат организма (дыхание, размножение, движение, поддержание определённой температуры тела). В результате осуществления вышеуказанных процессов биомасса одного звена не может быть передана последующему полностью. В каждом последующем звене происходит уменьшение биомассы. Это явление было изучено Элтоном и было названо пирамидой чисел или пирамидой Элтона. В современной экологии выделяют пирамиды: численности (особей); биомассы; энергии.

Основание любой из вышеуказанных пирамид образуют растения-продуценты, над ними возвышаются консументы различных порядков, а вершину пирамиды занимают наиболее крупные хищники.

Результаты приближённых расчётов по указанным выше пирамидам свидетельствуют о следующем: растения используют ~ 0,24 % всей падающей на территорию, где они произрастают, энергии солнца, из которой ~ 8 % тратится на биомассу животных, употребляющих эти растения в пищу.

Правило пирамид универсально и объективно отражает круговорот веществ и поток энергии в биоценозе.

Не ограниченное временем, и постоянное развитие и совершенствование жизни на Земле обусловлено круговоротом веществ – важнейшей функцией любого биоценоза. Биогенный круговорот веществ установился благодаря появлению зелёных растений, осуществляющих фотосинтез. Так, например, кислород атмосферы оборачивается через живые организмы за 2000 лет, диоксид углерода за 300 лет, вода всей Земли – за 2·106 лет. Осуществляется этот круговорот за счёт энергии Солнца. Как было отмечено выше, из всего потока падающей на землю энергии Солнца лишь ~ 0,24 % её улавливается зелёными растениями, обеспечивая весь биологический круговорот веществ в биосфере. Более половины этой энергии тут же расходуется на дыхание растений, а оставшаяся часть поступает в пищевые цепи. Энергия Солнца, утилизированная растениями, а через них животными, лишь частично используется для жизни последних, а остальная её часть, согласно второму закону термодинамики, превращается в теплоту и рассеивается в пространстве. Таким образом, часть утилизированной энергии уходит из биоценоза. Вещество растений, используемое консументами лишь на 1,5…2 % превращается во вторичную продукцию. Например, для получения одного килограмма говядины требуется примерно 70…90 кг свежей травы.   

Биологическая продуктивность – воспроизведение биомассы растениями, животными и микроорганизмами, входящими в состав биогеоценоза. Биологическая продуктивность представляет собой количество воспроизводимой биомассы на 1 м2 площади (1 м3 объёма) в единицу времени и чаще всего выражается в граммах углерода или сухого органического вещества.

 

4. Динамика и стабильность экосистем

Суточная и годовая динамика экосистем обусловлена биоритмами организмов их составляющих. В каждом естественном биоценозе имеются группы организмов, активность жизни которых проявляется в разное время суток. Суточная динамика биоценоза наиболее устойчива, однако при нерегулярных природных явлениях может изменяться. Сезонная динамика изменяется в большей степени и зависит от широты местности и связанными с ней климатическими особенностями.

В связи с тем, что суточная и сезонная ритмика в биоценозах практически постоянна в течение длительного времени (100 летия, 1000 летия), в них исторически сформировались соответствующие биологические механизмы функционирования всего сообщества.

Если же появляются силы, приводящие к резкому изменению или разрушению сообщества, то может возникнуть другой, более приспособленный к новым условиям биоценоз. Такая смена биоценозов называется сукцессией. Сукцессии тесно связаны с геологическими и климатическими изменениями, а также с эволюцией видов. В целом сукцессии приводят к прогрессу биоценозов и сопровождаются ростом видового разнообразия, биопродуктивности и биомассы. Последовательные сукцессии приводят биоценозы во всё более стабильное состояние. Сукцессии агроценозов такой стабильности не обеспечивают, т. к. видовое разнообразие их при этом не изменяется.

 


PlayStation Network (PSN) - 365 ДНЕЙ
PlayStation Network (PSN) - 365 ДНЕЙ


iTunes Gift Card (Russia) 500 рублей
iTunes Gift Card (Russia) 500 рублей


iTunes Gift Card (Russia) 2000 руб
iTunes Gift Card (Russia) 2000 руб