Виды и примеры биогеоценоза. Биогеоценоз и экосистема. Понятие биогеоценоза

1. Определение экологии.Предмет, задачи и объекты изучения экологии. Экология (от греческого «ойкос»- дом, жилище и «логос» - учение) – наука изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и соредой, в которой они обитают. Предметом экологии является совокупность или структура, связей между организмами и средой. Задачи экологии : изучение взаимоотношений организмов и их популяций с окружающей средой, исследование действия среды на строение, жизнедеятельность и поведение организма, установление зависимости между средой и численностью популяций. Объекты изучения - экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живими организмами и средой обитания; отдельные виды организмов (организменный уровень) и их популяции т.е. совокупность особей одного вида (популяционно-видовой) и биосфера в целом (биосферный уровень)

2. Краткая история развития. Роль А.Гумбольда, Ж.Ламарка, К.Линнея, К.Ф.Рулье, Ч.Дарвина, Э.Геккеля, А.Тенсли, В.В.Докучаева, В.И.Вернадского в становлении экологии. Краткая история развития: 1) (до 60-х гг.XIXв.) зарождение и становление экологии как науки; 2) (после 60-х гг.XIXв.) оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний; 3) (50-е гг.XXв. – по наст.) превращение экологии в комплексную науку, включ. В себя науки об охр. природн. и окруж. среды. А.Гумбольдт (1769-1859) – заложил основы биогеографии. Ж.Ламарк – «Философия зоологии» - теория эволюции живого мира К.Линней – создал таксономическую систему животных и растений. К.Ф.Рулье – заложил основы экологии животных.

Ч.Дарвин - книга о происхождении видов, путем естественного отбора.

Э.Геккель – предложил термин «экология».

А.Тенсли – ввел понятие экосистема.

В.В.Докучаев – термин «биоценоз».

В.И.Вернадский – создал учение о биосфере.

3. Видные ученые-экологи XX столетия: В.Н.Сукачев, Г.Одум, Ю.Одум, Н.Ф.Реймерс, Б.Небел, Б.Коммонер и др. Развитие экологии в Казахстане. В.Н.Сукачев - ввёл в науку понятие «биогеоценоз». Ю.Одум - автор классического труда «Экология» , Н.Ф.Реймерс - словарь-справочник «Природопользование», «Популярный биологический словарь», монография «Надежды на выживание человечества. Концептуальная экология». Б.Небел - Наука об окружающей среде. Как устроен мир. Б.Коммонер - автор Законов экологии. Развитие экологии в Казахстане. Концепция устойчивого развития экологии в Кз принято 14 мая 2007г. Включ. в себя: развитие экологической среды; достижение устойчивого экономического роста; рациональное использование энергитических ресурсов (нефть, газ, уголь) для роста экологии республики.

4.Основные понятия (термины) экологии: биосфера, экосистемы, биогеоценозы, популяции, сообщества, экологические факторы

Биосфера (греч «bios» - жизнь «sphaira» - шар, сфера) – сложн. наружн. оболочка Земли, населенная организмами, состовляющими в совокупности живое вещество планеты.

Экосистема (от греч. oikos - жилище, местопребывание и система) - природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, связанными между собой обменом веществ и энергии. Биогеоценозы - (греч. «био», «ge»-земля, «koinos»-общий) территориально (или акваториально) единая система живых (животные, растения, микроорганизмы) и неживых компонентов, которые связаны между собой обменом веществ и энергии. Популяции – совокупность особей одного вида, насел. опред. территор. Сообщества – совокупность совмесно обитающих организмов различн. видов. Экологические факторы – определен. условия и элементы среды, кот. оказ. спецефическое воздействие воздействие на организм. Абиотические, биотические, антропогенные.

5.Методы экологии. 1)Экосистемный - ценром внимашя явл. поток энергии и круговорот веществ между биотич. иабиотич. компонентпами. 2)Метод изучения сообществ – определение и описание видов, изучение факторов ограничивающих распростронение. 3)Популяционный – испоьзует математические модели роста, самоподдержания и уменьшения численности популяции тех или иных видов. 4)Эволюционный, исторический – изучение изменений связанных с развитием жизни на земле.

6.Предмет, задачи и структура общей экологии. Предмет эко: – изучение взаимоотношений между человеком и природой. Задачи: ·Изучение антропогенных изменений в среде обитания. ·Разработка методов сохранения и улучшения этой среды в интересах человечества. ·Прогнозирование изменений эко. ситуации в будущем и на этой основе, разработка мероприятий направл. на сохранение и улудшение среды обитаня людей на предотвращение нежелат. изменений биосферы. Аутоэкология – иссл. индивидуальные связи отдельного организма (виды,особи) с окружающей средой. Популяционная э.(демоэкология) – изучает струкуры и динамики популяций отдельно.Рассмат.как спец. раздел аутэкологии. Синэкология (биоценология) – изучает взаимоотношение популяций, сообществ и экосистемФсо средой.

7. Уровни биологичекой организации живого вещества. Молекулярный - наэтом уровне происходят процессы жизнедеятельности (обмен веществ, питание, дыхание, раздражимость и т. д.). Субклеточный. Клеточный - Молекулы объединяются в клетки, и только тогда в них формируются вещества, необходимые для жизнедеятельности органов и организмов. Тканевый совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Органный - на этом уровне изучаются системы разных органов: побеговые и генеративные – у растений, системы органов дыхания, пищеварения, размножения – у животных. Организменный первый, самый низший уровень из изучаемых общей экологией. В организме взаимодействие систем органов сводится в единую систему индивидуального организма. Он может существовать самостоятельно! Вне организмов жизнь не проявляется. На этом уровне изучаются жизненные циклы отдельных особей, законы образования фенотипов и генотипов. Популяционно-видовой - совокупность особей одного вида. Биоценотический - Совокупность особей разных видов, занимающая определённую территорию. Биосферный самый высокий, рассматривается взаимоотношения между собой макроэкосистем, биогеоценозов (лес-степь, лес-болото, лес-тундра и др.), изучаются закон круговорота веществ, энергии в глобальном аспекте.

8. Системы организменного и надорганизменного уровней – организмы, популяции, экосистемы, биосфера – как объекты изучения экологии. Организм рассматривается как целостная система, взаимодействуюющая с внешней средой как биотич, так и абиотич. Популяция . Ее определяют как группу организмов одного вида (внутри которой особи могут обмениваться генетической информацией), занимающую конкретное пространство и функционирующую как часть биотического сообщества. Популяция это совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций. Экосистемы - единые природные комплексы, образованные живими организмами и средой обитания, связанными между собой обменом веществ и энергии.Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотой и физической средой т.е. возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом.

9.Вопросы и проблемы, рассматриваемые общей экологией. Разделы общей экологии. Общая экология(4 основн. раздел.): 1)Биоэкология состоит из экологий естественных биологических систем: особей, видов (аутоэкология), популяций и сообществ (синэкология) и экологии биоценозов. 2)Геоэкология изуч. биосферные оболочки Земли, в том числе подземную гидросферу, как компоненты окружающей среды, минеральную основу биосферы и происходящие в них изменения под влиянием природных и техногенных процессов. Включ. в себя изучение ландшафтов, почв, поверхностных и подземных вод, горных пород, воздуха, растительного покрова. 3)Экология человека - комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как биологической особи (биоэкология человека) и личности с окружающей его природной, социальной и культурной средами. Здоровье людей связано с экологической обстановкой и образом жизни (медицинская экология), на человека оказывает влияние среда морали, воззрений, традиций и трудно уловимой духовности (экология духа). 4)Прикладная экология представлена комплексом дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеком и природой. Она исследует механизмы техногенных и антропогенных воздействий на экосистемы, формирует экологические критерии и нормативы в промышленности, транспорте и сельском хозяйстве (экология природно-технических геосистем (ПТГС) и селскохозяйственная экология). Для всех направлений главн. явл. изучение – выживания живых существ в окпужающей среде. Изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включ. чел-а как биологич. сущ-во).

10. Значение универсального свойства систем живой природы - эмержентности. Эмержентность – наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а так же сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями.

11.Учение о биосфере - Биосфера, согласно учению академика В.И. Вернадского, представляет собой наружную оболочку Земли, включающую все живое вещество и область его распространения (среду обитания). Верхняя граница биосферы - защитный озоновый слой в атмосфере на высоте 20-25 км, выше которого жизнь невозможна ввиду воздействия ультрафиолетового излучения. Нижней границей биосферы являются: литосфера до глубины 3-5 км и гидросфера до глубины 11-12 км

Важнейшими компонентами биосферы являются:

Живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

Биогенное вещество органического происхождения (уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.); косное вещество (горные породы неорганического происхождения);

Биокосное вещество (продукты распада и переработки горных пород живыми организмами).

Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воз-душная, почвенная, организменная);

12.Живое вещество - вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности..Термин введён В. И. Вернадским.В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества. Вернадский писал: Идея о том, что явления жизни можно объяснить существованием сложных углеродистых соединений – живых белков, бесповоротно опровергнута совокупностью эмпирических фактов геохимии... Живое вещество – это совокупность всех организмов.

Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6×1012 т (в сухом весе) и составляет менее 10−6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты».

Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.

Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете лучистой энергией Солнца.

Выделяют пять основных функций живого вещества:

Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.

Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом: а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этими элементами, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма; б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды.

Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот.

Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества).

Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение А. И. Перельман предложил назвать «законом Вернадского»

13.Закон биогенной миграции атомов В.И.Вернадского - Закон биогенной миграции атомов В.И.Вернадского - в экологии - закон, согласно которому миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется

Или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция);

Или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом.

Понятие о биогеоценозе ввел в научный обиход в 1942 году академик Владимир Николаевич Сукачёв (1880-1967). Согласно его представлениям, биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений ( , горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы.

Биогеоценоз - открытая биокосная (т. е. состоящая из живого и неживого вещества) система, основным источником внешней для которой является энергия солнечного излучения. Эта система состоит из двух основных блоков. Первый блок, экотоп, объединяет все факторы неживой природы (абиотической среды). Эту косную часть системы образуют аэротоп - совокупность факторов надземной среды (тепло, свет, влажность и т. д.) и эдафотоп - совокупность физических и химических свойств почвенно-грунтовой среды. Второй блок, биоценоз, представляет собой совокупность всех видов организмов. В функциональном отношении биоценоз состоит из автотрофов - организмов, способных на основе использования энергии солнечных лучей создавать органическое вещество из неорганического, и гетеротрофов - организмов, использующих в качестве источника вещества и энергии созданное автотрофами органическое вещество.

Очень важную функциональную группу составляют диазотрофы - прокариотические организмы-азотфиксаторы. Они определяют достаточную автономность большинства природных биогеоценозов в обеспечении растений доступными соединениями азота. Сюда относятся как автотрофные, так и гетеротрофные бактерии, цианобактерии и актиномицеты.

В литературе, особенно зарубежной, вместо термина биогеоценоз или наряду с ним, используют понятие , предложенное английским геоботаником Артуром Тэнсли и немецким гидробиологом Вольтереком. Экосистема и биогеоценоз по существу представления идентичные. Однако экосистема понимается как безразмерное образование. Как экосистему, например, рассматривают гниющий пень в лесу, отдельные деревья, лесной фитоценоз, в котором эти деревья и пень расположены; лесной массив, в который входит ряд фитоценозов; лесную зону и т. д. Биогеоценоз же всегда понимают как хорологическую (топографическую) единицу, имеющую определенные границы, очерченные границами входящего в его состав фитоценоза. «Биогеоценоз - это экосистема в границах фитоценоза» - афоризм одного из единомышленников В. Н. Сукачёва. Экосистема - более широкое понятие, чем биогеоценоз. Экосистемой может быть не только биогеоценоз, но и зависимые от биогеоценозов биокосные системы, в которых организмы представлены лишь гетеротрофами, а также такие созданные человеком биокосные системы, как зернохранилище, аквариум, корабль с населяющими его организмами и др.

Консорции как структурно-функциональные единицы биоценозов

Представление о консорциях в современном понимании их как структурно-функциональных биоценозов было сформировано в начале 50-х годов XX в. отечественными учеными - зоологом Владимиром Николаевичем Беклемишевым и геоботаником Леонтием Григорьевичем Раменским.

Консорции популяций некоторых видов растений могут состоять из многих десятков или даже сотен видов растений, животных, грибов и прокариот. В составе только первых трех концентров в консорции березы бородавчатой (Betula verrucosa) известно более 900 видов организмов.

Общая характеристика природных сообществ и их структуры

Основной единицей природных сообществ является биоценоз. Биоценоз - сообщество растений, животных, грибов и других организмов, населяющих одну и ту же территорию, взаимно связанных в цепи питания и оказывающих друг на друга определенное влияние.

Биоценоз состоит из растительного сообщества и организмов, сопутствующих этому сообществу.

Растительное сообщество - совокупность растений, произрастающих на данной территории, составляющих основу конкретного биоценоза.

Растительное сообщество образовано автотрофными фотосинтезирующими организмами, которые являются источником питания для гетеротрофных организмов (фитофагов и детритофагов).

Исходя из экологической роли, организмы, образующие биоценоз, разделяют на продуценты, консументы, редуценты и детритофаги различных порядков.

С понятием «биоценоз» тесно связано понятие «биогеоценоз». Существование организма невозможно без среды его обитания, поэтому на состав флоры и фауны данного сообщества организмов большое влияние оказывает субстрат (его состав), климат, особенности рельефа данной конкретной местности и т. д. Все это делает необходимым введение понятия «биогеоценоз».

Биогеоценоз - устойчивая саморегулирующаяся экологическая система, находящаяся на данной конкретной территории , в которой органические компоненты тесно и неразрывно связаны с неорганическими.

Биогеоценозы многообразны, они определенным образом взаимосвязаны друг с другом, могут быть устойчивыми длительное время, однако под влиянием изменяющихся внешних условий или в результате деятельности человека могут изменяться, погибать, заменяться на другие сообщества организмов.

Биогеоценоз состоит из двух составных частей: биоты и биотопа.

Биотоп - относительно однородное по абиотическим факторам пространство, занятое биогеоценозом (биотой) (иногда под биотопом понимают местообитание вида или отдельной его популяции).

Биота - совокупность различных организмов, населяющих данную территорию и входящую в состав данного биогеоценоза. Она образована двумя группами организмов, отличающихся по способу питания - автотрофами и гетеротрофами.

Автотрофными организмами (автотрофами) называют такие организмы, которые способны усваивать энергию, поступающую извне в виде отдельных порций (квантов) с помощью хлорофилла или других веществ, при этом данные организмы синтезируют органические вещества из неорганических соединений.

Среди автотрофов различают фототрофы и хемотрофы: к первым относят растения, ко вторым - хемосинтезирующие бактерии, например серобактера.

Гетеротрофными организмами (гетеротрофами) называют организмы, которые питаются готовыми органическими веществами, при этом последние являются и источником энергии (она выделяется при их окислении), и источником химических соединений для синтеза собственных органических веществ.

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.

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.

Любой биоценоз взаимодействует со своей средой обитания – биотопом, в результате чего образуется более сложная биологическая система – биогеоценоз.

Термин биогеоценоз был введён в 1942 году советским учёным Владимиром Николаевичем Сукачёвым. Термин происходит от греческих слов bios – жизнь,ge – Земля,койнос (ценоз ) – сообщество.

Биогеоценоз – это эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся однородная природная система, взаимосвязанных живых организмов и косных компонентов, характеризующаяся определённым типом обмена веществом и энергией между элементами системы и внешними по отношению к сообществу факторами.

Экологическая система (экосистема ) – совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределённо долгое время.

Термин «экологическая система (экосистема)» был предложен английским учёным А. Тенсли в 1935 году.

Биогеоценоз и экосистема - понятия сходные, но не тождественные. Понятие "экосистема" не имеет ранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым природным (муравейник, гниющий пень) и искусственным (аквариум, водохранилище, парк), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания.

Биогеоценозы – это только природные образования. Биогеоценоз отличается от экосистемы определенностью объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности - от капли прудовой воды с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз - это экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова, т. е. определенным фитоценозом.

Следовательно, любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз. Таким образом, понятие «экосистема» шире. «Биогеоценоз » - частный случай «экосистемы».

Состав экосистемы представлен двумя группами компонентов:

 абиотическими – компонентами неживой природы (биотоп );

 биотическими – компонентами живой природы (биоценоз ).

Состав биогеоценоза в виде схемы представлен на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема состава биогеоценоза

Биотоп включает:

 гидротоп – совокупность гидрологических факторов;

 климатоп – совокупность климатических факторов;

 эдафотоп – совокупность почвенных факторов (почво - грунты) – геологическую среду.

Абиотические компоненты – это следующие основные элементы неживой природы, отличающиеся по своему функциональному назначению:

1) неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене веществ между живой и мёртвой материей (вода, оксид углерода (IV) кислород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, натрий, железо, хлор и др.);

2) органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки);

3) наземно-воздушная или водная среда обитания;

4) климатический режим (температура, продолжительность светового дня и др.).

Биоценоз – взаимосвязанная совокупность микроорганизмов, растений грибов и животных, населяющих достаточно однородный участок суши или водоёма. В живой части биогеоценоза выделяют три главных функциональных компонента:

 комплекс автотрофных организмов – продуцентов, обеспечивающих органическим веществом и, следовательно, энергией остальные организмы (фитоценоз (зелёные растения), а также фото- и хемосинтезирующие бактерии);

 комплекс гетеротрофных организмов – консументов, живущих за счёт питательных веществ, созданных продуцентами и консументами низшего порядка (зооценоз(животные), а также бесхлорофилльные растения);

 комплекс организмов редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мёртвым органическим веществом).

Все компоненты экотопа и биоценоза тесно связаны между собой. На уровне биогеоценоза происходят все процессы трансформации вещества и энергии в биосфере. Преобразующая деятельность человека направлена прежде всего именно на природные экологические системы.

Все экосистемы, существующие на планете Земля, подразделяются на три типа:

1) наземные;

2) пресноводные;

3) морские.

Энергетика и продуктивность экосистем

В процессе жизнедеятельности биоценоза создаётся и расходуется органическое вещество, т.е. экосистема обладает определённой продуктивностью биомассы. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают количеством энергии, заключённой в тканях.

Продуктивность – это скорость производства биомассы в единицу времени.

Продуктивность экосистемы – это скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелёными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза хемопродуцентами. Эта энергия материализуется (связывается) в виде органических веществ тканей продуцентов.

Различают разные уровни продуцирования органического вещества: первичная продукция, создаваемая продуцентами в единицу времени, и вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов. Первичная продукция подразделяется на валовую и чистую.

 валовая первичная продукция – общая скорость накопления органических веществ продуцентами (скорость фотосинтеза), включая те органические вещества, что были израсходованы на дыхание и секреторные функции.

 чистая первичная продукция – скорость накопления органических веществ за вычетом тех, что были израсходованы при дыхании и секреции за изучаемый период.

Эта продукция, которая может быть использована следующим трофическим уровнем.

 вторичная продуктивность – скорость накопления энергии консументами.

Чистая продуктивность сообщества – скорость общего накопления органических веществ, оставшихся после потребления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами).

Первичная продукция, доступная гетеротрофам, в том числе человеку, составляет максимум 4 % от общей энергии Солнца, поступающей к поверхности Земли.

Продуктивность важнейшее свойство биосферы. Воздействие человека на экологические системы, связанное с их разрушением или загрязнением, ведёт к прерыванию потока энергии и вещества, а значит, к снижению продуктивности.