Законы организации экосистем. Понятие и структура биогеоценоза

Что такое экосистема? Какой учёный ввел понятие «экосистема»? Перечислите компоненты экосистемы. В чём заключается биологическая продуктивность экосистемы? Какова структура экосистемы. Дайте определение биоценоза, биогеоценоза, биотопа. Какова трофическая и видовая структуры экосистем.

Экосистема (1935г) (от греч. oikos - жилище, местопребывание и systema - сочетание, объединение) - совокупность всех популяций разных биологических видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

Биогеоценоз (1942г) - участок территории однородный по экологическим условиям и занятый одним биоценозом

Особенности экосистем

Открытая (есть входящий и исходящий потоки энергии)

Автономная . Если ее изолировать и обеспечить приток энергии, то она сможет существовать практически неограниченное время.

Проявляет способность к саморегуляции и самоподдержанию , т. е. у нее есть буфферность.

Обладает гомеостазом – относительной устойчивостью во времени и пространстве.

Размытость границ, как по вертикали, так и по горизонтали .

Может существовать без какого-либо компонента . Например, в болотных экосистемах нет почвы, в подземных (пещеры) нет притока световой энергии.

Экотон – граница между экосистемами (биогеоценозами). Экотон всегда отличается более высоким видовым разнообразием и плотностью популяций по отношению к центральной части биогеоценоза. Например, опушка леса всегда более насыщена видами древесной, травянистой и кустарниковой растительности, по отношению к участкам, расположенным в глубине лесного массива

Классификация экосистем

По размерам

Макро экосистемы. Например, море, океан, континент…

Мезо экосистемы. Например, участок леса, поле, луг, река, озеро.… Такие экосистемы обычно называют биогеоценозами.

Микро экосистемы (опушка, поляна, лужа…).

По происхождению:

Естественные – образованные спонтанно (тундра, степь, лес…).

Искусственные – образованы в результате человеческой деятельности

Компоненты экосистемы

Биоценоз – биотичекая составляющая

Биотоп – абиотическая составляющая

Иерархия экосистем

Водоросль" href="/text/category/vodoroslmz/" rel="bookmark">водоросли и некоторые виды бактерий) используют солнечную энергию для получения органических веществ из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза. Хемоавтотрофы (хемосинтезирующие бактерии) используют химическую энергию неорганических веществ, образуя органические вещества в процессах хемосинтеза.

Гетеротрофные организмы используют для построения своих тел и в качестве источника энергии готовое органическое вещество, созданное автотрофами. Гетеротрофы в основном представлены животными, которые получают органическое вещество с пищей, а также бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения веществ в процессе разложения мертвого органического вещества. Образующиеся в процессе жизнедеятельности гетеротрофов неорганические соединения усваиваются автотрофами.

Согласно роли в переносе энергии через экосистему и в круговороте веществ, выделяют три эколого-функциональные группы организмов.

Продуценты – это автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Таким образом, продуценты являются производителями органического вещества в природных сообществах, при этом они превращают энергию солнечного излучения в «запасенную» энергию химических связей органических веществ и вовлекают в круговорот элементы неживой природы, включая их в состав тканей организмов.

Редуценты – гетеротрофные организмы, которые используют в качестве пищи мертвое органическое вещество и в процессе метаболизма (совокупности биохимических реакций, обеспечивающих жизнедеятельность организма) разлагают его до неорганических составляющих. Редуцентами в экосистемах являются грибы и бактерии.

Процесс разложения мертвого органического вещества начинается с разрушения его особой группой консументов – сапрофагами . Крупные сапрофаги (например, членистоногие) механически разрушают мертвые ткани, подготавливая вещество к воздействию редуцентов – бактерий и грибов, осуществляющих процесс минерализации.

В результате взаимодействия продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме осуществляется перенос энергии и круговорот вещества (рис.3).

Органические вещества, синтезированные автотрофными организмами, претерпевают многочисленные химические превращения и в конечном итоге возвращаются в среду в виде неорганических продуктов жизнедеятельности, вновь вовлекаемых в круговорот.

Функционально все виды, составляющие экосистему, распределяются на несколько групп в зависимости от их места в общей системе круговорота веществ и потока энергии. Равнозначные в этом смысле виды образуют отдельные трофические (пищевые) уровни , связанные системой пищевых (трофических) цепей по принципу пища – потребитель.

Трофические цепи, представленные продуцентами и консументами, определяют как пастбищные пищевые цепи (цепи выедания) . Пищевые цепи, в которых осуществляются процессы деструкции и минерализации органических веществ определяются как детритные пищевые цепи .

Поток органического вещества в экосистеме на уровне консументов разделяется: живое вещество следует по цепям выедания, мертвое – по цепям разложения.

https://pandia.ru/text/78/410/images/image003_20.gif" width="576" height="371 src=">

Что такое гомеостаз экосистемы. Функционирование и динамика экосистемы. Энергия и продуктивность экосистемы. Сукцессия

Экологические сукцессии

Экологической сукцессией называется последовательная смена биоценозов в рамках одного биотопа.

Закон сукцессионого замещения: природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию (климаксу)

Климакс (климаксное сообщество) - завершающая стабильная стадия развития экосистемы

Основные стадии сукцессий

Первопоселенцы (пионерные виды) →серии сукцессий → климаксовое сообщество

Виды экологических сукцессий

1. По характеру биотопа

Первичные сукцессии. Сукцессии на территориях, впервые осваиваемых организмами.

Вторичные сукцессии. Сообщество развивается на месте, где ранее существовала хорошо развитая экосистема

2. По заключительной стадии

Прогрессивные - существовавшее на данном месте коренное биотическое сообщество, которое по каким либо причинам было удалено (вырубка) полностью восстанавливается

Регрессивные – не завершаются конечным климаксом, коренная экосистема полностью исчезает (напр. опустынивание)

3. По причинам, вызывающим сукцессию

Экзогенные сукцессии – связаны с действием внешних факторов

Климатические

Почвенные.

Геологические

Антропогенные

Эндогенные сукцессии – связаны с внутренними процессами экосистемы

Примеры экологических сукцессий

https://pandia.ru/text/78/410/images/image005_12.gif" width="624" height="164">

Пример сукцессии в водной экосистеме

https://pandia.ru/text/78/410/images/image007_7.gif" width="624" height="225">

Гомеостаз экосистем

Гомеостаз – способность экосистемы сохранять состояние подвижного равновесия, не смотря на внешнее воздействие.

Гомеостаз – способность биологических систем – организма, популяции и экосистем – противостоять изменениям и сохранять равновесие.

Функционирование и динамика экосистемы:

Цикличность – суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних условий и проявление внутренних (эндогенных) ритмов организмов.

Суточные циклы наиболее резко выражены в условиях климата высокой континентальности, где значительная разница между дневными и ночными температурами.

Сезонная цикличность – на определенный период из биоценоза «выпадают» группы животных и даже целые популяции, впадающие в спячку, в период диапауз или оцепенений, при исчезновении однолетних трав, опаде листвы и так далее.

Многолетняя цикличность – благодаря флуктуациям климата. Многолетняя периодичность в изменении численности биоценоза, вызванная резко неравномерным выпадением осадков по годам, с периодическим повторением засух и так далее.

Энергия экосистемы

Энергия может переходить из одной формы (энергии света) в другую (потенциальную энергию пищи), но она никогда не создается вновь и не исчезает бесследно.

Закон максимизации энергии:

в соперничестве с другими экосистемами сохраняется та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное ее количество наиболее эффективным способом.

Продуктивность экосистемы

Биологическая продуктивность – скорость создания органического вещества в экосистемах.

Биомасса – масса тела живых организмов.

Первичная продукция сообщества – органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени. А продукция животных или других консументов – вторичная.

Правило пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы , создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.

Если связь «хищник-жертва», то правило пирамиды чисел: общее число особей, которые участвуют в цепях питания, с каждым последующим звеном уменьшается.

Сукцессия – последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия человека.

Первоисточником энергии для экосистем является Солнце. Земля получает ~ 1,КДж/м2 . год солнечной энергии. Около 40% ее отражается от облаков, атмосферной пыли и от поверхности Земли,~ 15% поглощается атмосферой (в частности, озоновым слоем) и превращается в тепло, либо расходуется на испарение воды. Остальная энергия поглощается земной поверхностью и растениями, при этом большая часть поглощенной энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу, и лишь небольшая часть (~ КДж/м2 . год) поступает в биотический компонент экосистем через продуцентов. Биомасса органического вещества, синтезированного в экосистеме продуцентами- автотрофами, определяется как первичная продукция . Общая сумма биомассы рассматривается как валовая первичная продукция (ВПП). Значительная часть энергии, аккумулированной в виде валовой первичной продукции экосистемы, расходуется на дыхание и фотодыхание растений. Та часть биомассы, которая определяет прирост в экосистеме, рассматривается как чистая первичная продукция (ЧПП). Разница между валовой и чистой первичной продукцией определяется затратами энергии на жизнедеятельность организмов. Накопленная в виде биомассы организмов-автотрофов чистая первичная продукция служит источником питания (вещества и энергии) для следующих трофических уровней. Обычно чистая первичная продукция составляет не более 20% от валовой первичной продукции. Вещество и энергия, содержащиеся в пище, при поедании одних организмов другими переходят с одного трофического уровня на следующий. Непереваренная часть пищи, содержащая некоторое количество энергии, выделяется с экскрементами. Некоторое количество энергии содержат также органические отходы метаболизма (экскреты). Наконец, часть энергии теряется животными на дыхание. Энергия, оставшаяся после указанных потерь, идет на рост, поддержание жизнедеятельности и размножение организмов. Количество энергии, накопленное организмами-гетеротрофами на каждом трофическом уровне, составляет вторичную продукцию (ВП) данного уровня.

Средняя эффективность переноса энергии к продуцентам составляет ~ 1%; переноса энергии от растений к фитофагам - ~ 10%, а переноса энергии от животного к животному – 10 – 20 %. Энергия, теряющаяся при дыхании, не передается другим организмам. Энергия, заключенная в экскрементах и экскретах, наоборот, не теряется для экосистем, т. к. передается детритофагам (организмам, питающимся детритом) и редуцентам. Если экосистема стабильна, в ней не происходит увеличения биомассы (продуктивность – скорость накопления биомассы - равна нулю).

Главной особенностью экологического равновесия экосистемы является его подвижность. Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Различают динамику циклическую и направленную. Примером циклической динамики является сезонное изменение активности жизнедеятельности организмов, или периодическое изменение численности отдельных видов в многолетнем ряду. Направленная динамика представляет собой поступательное развитие экосистем. Для такого вида динамики характерно либо внедрение в экосистемы новых видов, либо смена одних видов другими, что в конечном итоге приводит к смене биоценозов и экосистем в целом. Изменение видовой структуры и биоценотических процессов в экосистеме называют сукцессией. экосистемы. Таким образом, сукцессия представляет собой протекающий во времени процесс последовательной смены экосистем при постепенном направленном изменении условий среды.

Сукцессии, обусловленные действием внешних факторов, называют экзогенетическими, Такие сукцессии могут быть вызваны, например, изменением климата в одном направлении (похолодание или потепление) и другими изменениями абиотических условий. Такие смены могут происходить в течение столетий и тысячелетий и их называют вековыми сукцессиями . Если в результате изменения условий среды одни виды вымирают, а другие изменяются под действием естественного отбора, данный процесс рассматривается как эволюционная сукцессия .

Если сукцессия происходит вследствие внутренних взаимодействий, она называется эндогенетической. . Эндогенетические сукцессии наблюдаются в природе, когда в процессе своего развития сообщество изменяет среду так, что она становится более благоприятной для другого сообщества. Формирующееся новое сообщество в свою очередь делает среду еще более неблагоприятной для прежнего сообщества. Происходит процесс смены экосистем, проходящий несколько стадий, до тех пор, пока не будет достигнуто окончательное популяционное равновесие. Сукцессия заканчивается формированием сообщества, адаптированного к климатическим условиям, способного поддерживать себя неограниченно долго, внутренние компоненты которого уравновешены друг с другом и с окружающей средой. Завершающее сукцессию сообщество - устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой – называется климаксным сообществом.

Процесс развития и смены экосистем, который начинается на новом, незаселенном ранее участке, определяется как первичная сукцессия . Типичным примером является заселение обнажений горных пород. Вначале на скалах появляются лишайники и водоросли формируется комплекс видов микроскопических водорослей, простейших, .нематод, некоторых насекомых и клещей, который способствует образованию первичной почвы. Позже возникают другие формы лишайников, специализированные виды мхов, затем поселяются сосудистые растения и обогащается фауна.

Восстановление нарушенной экосистемы, ранее существовавшей на данной территории, называется вторичной сукцессией. Такие сукцессии возникают, например, после вырубок леса или лесных пожаров, при зарастании площадей, находившихся ранее под сельскохозяственными угодьями. Вторичные сукцессии развиваются на субстрате, уже обогащенном органическим веществом, они. начинаются с промежуточных стадий и происходят значительно быстрее, чем первичные сукцессии.

Общими закономерностями эндогенетических сукцессий являются увеличение видового разнообразия, усиление связей между популяциями различных видов организмов, уменьшение числа свободных экологических ниш, повышение продуктивности экосистем и в конечном итоге, формирование климаксного биоценоза. При этом каждой сукцессии и на каждой стадии присущ набор видов, которые характерны для данного региона и наиболее приспособлены к той или иной ее стадии.

Насколько бысто меняются экосистемы зависит от степени сдвига их равновесия. Сукцессии представляют собой естественный пароцесс развития экосистемы. При сукцессиях изменения происходят медленно и постепенно. На всех стадиях процесса замещения одних видов другими система является достаточно сбалансированной. В процессе сукцессии происходит формирование все более сложных биоценозов и экосистем, повышение их продуктивности.

В случае внезапных резких изменений, вызывающих «популяционный взрыв» некоторых видов за счет гибели большинства других видов, говорят об экологическом нарушении .

Нарушения могут возникать при вторжении интродуцированных видов или при необдуманном воздействии человека на природу. В современных условиях постоянный рост антропогенной нагрузки на природные экосистемы (осушение болот, чрезмерные нагрузки на леса, например, в результате отдыха населения, пожары, усиленный выпас скота, химическое загрязнение среды) часто приводит к относительно быстрому изменению их структуры. Антропогенные воздействия часто ведут к упрощению экосистем. Такие явления обычно называют дигрессиями (например, пастбищные, рекреационные и другие дигрессии). Когда нарушения столь велики, что не сохраняется практически ни один компонент экосистемы, говорят о ее гибели . После гибели экосистемы на освободившемся участке может начаться новая сукцессия.

Что такое экологическая ниша? Дайте определение закона конкурентного исключения (правило Гаузе)

Экологическая ниша – место вида в природе, преимущественно в биоценозе, включающее как положение его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение к абиотическим условиям существования.

Не существует двух различных видов, занимающих одинаковые экологические ниши, но есть близкородственные виды, часто настолько сходные, что им требуется, по существу, одна и та же ниша. В этом случае, когда ниши частично перекрываются, возникает особо жесткая конкуренция, но в конечном итоге нишу занимает один вид. Явление экологического разобщения близкородственных (или сходных по иным признакам) видов получило название принципа конкурентного исключения, или принципа Гаузе, в честь ученого, доказавшего его существование экспериментально.

Что такое популяция? Показатели популяции

Популяция – элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Статические показатели:

Численность – общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме;

Плотность – среднее число особей (или биомассы) на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства.

Динамические показатели:

Рождаемость (плодовитость) – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения;

Смертность – число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени;

Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью;

Темп роста популяции – средний прирост за единицу времени.

Популяции в природе не существуют изолированно. Популяции разных видов, входящие в состав сообществ, взаимосвязаны между собой и находятся в тесном единстве с окружающей средой.

К числу важнейших свойств популяций относится динамика численности особей и механизмы ее регулирования.

В каждой экосистеме существует сумма внешних и внутренних факторов, под влиянием которых численность каждого вида устанавливается на каком-то среднем уровне, соответствующем пригодности и возможностям среды. Всякое отклонение численности популяции от оптимальной связано с отрицательными последствиями для ее существования. В связи с этим, популяции обычно имеют адаптационные механизмы, способствующие снижению численности, если она значительно превышает оптимальную, и ее восстановлению, если она уменьшается ниже оптимальных значений.

Каждой популяции свойственен так называемый биотический потенциал , под которым понимается теоретически возможное потомство от одной пары особей при отсутствии факторов, ограничивающих рост численности. Биотический потенциал обычно тем выше, чем ниже уровень организации живых существ.

К факторам, определяющим рост популяции относятся: рождаемость, способность к расселению и захвату новых местообитаний, защитные механизмы, способность выдерживать неблагоприятные условия среды.

Скорость увеличения численности при отсутствии ограничивающих факторов, характеризуется графически экспоненциальной кривой (1) в координатах « численность – время» (рис.2). Это так называемая «кривая биотического потенциала». Такое изменение численности в значительной степени реализуется лишь в отдельных случаях и в течение коротких промежутков времени (например, при освоении быстроразмножающимися организмами богатой питательными веществами среды, где отсутствует конкуренция).

Для большинства популяций и видов выживаемость характеризуется кривой (2) другого типа (S - образной или логистической ), которая отражает высокую смертность молодых особей или зачатков (рис.2). Численность популяции в этом случае ассимптотически стремится к пределу, представляющему максимальную численность популяции, которую может поддерживать окружающая среда.

Сопротивление среды росту популяции возрастает при возрастании численности, и для каждой популяции характеризуется площадью между кривыми (1) и (2) на графике (рис.2).

Для популяции человека в настоящее время характерен тип роста численности, близкий к экспоненциальному, что обусловлено преодолением действия многих факторов сопротивления среды, прежде всего недостатка пищи и болезней, и резким снижением смертности в детском возрасте.

в) В. Докучаев;

г) К. Тимирязев;

д) К. Мебиус.

(Ответ: б.)

2. Ученый, который ввел в науку понятие «экосистема » :

а) А. Тенсли;

б) В. Докучаев;

в) К. Мебиус;

г) В. Иогансен.

(Ответ: а. )

3.Заполните пропуски названиями функциональных групп экосистемы и царств живых существ.

Организмы, потребляющие органическое вещество и перерабатывающие его в новые формы, называют. Они представлены в основном видами, относящимися кмиру. Организмы, потребляющие органическое вещество и полностью разлагающие его до минеральных соединений, называют. Они представлены видами, относящимися ки. Организмы, которые потребляют минеральные соединения и, используя внешнюю энергию, синтезируют органические вещества, называют. Они представлены в основном видами, относящимися кмиру.

(Ответы (последовательно ): консументами, животному, редуцентами , грибам и бактериям, продуцентами, растительному.)

4. Все живые существа на Земле существуют благодаря органическому веществу, в основном вырабатываемому:

а) грибами;

б) бактериями;

в) животными;

г) растениями.

(Ответ: г.)

5. Вставьте пропущенные слова.

Сообщество организмов разных видов, тесно взаимосвязанных между собой и населяющих более или менее однородный участок, называют. В его состав входят: растения, животныеи. Совокупность организмов и компонентов неживой природы, объединенных круговоротом веществ и потоком энергии в единый природный комплекс, называют, или.

(Ответы (последовательно ): биоценозом, грибы и бактерии, экосистемой, или биогеоценозом .)

6. Из перечисленных организмов к продуцентам относится :

а) корова;

б) белый гриб;

в) клевер луговой;

г) человек.

(Ответ: в. )

7. Выберите из списка названия животных, которых можно отнести к консументам второго порядка: серая крыса, слон, тигр, дизентерийная амеба, скорпион, паук, волк, кролик, мышь, саранча, ястреб, морская свинка, крокодил, гусь, лисица, окунь, антилопа, кобра, степная черепаха, виноградная улитка, дельфин, колорадский жук, бычий цепень, кенгуру, божья коровка, белый медведь, медоносная пчела, кровососущий комар, стрекоза, яблоневая плодожорка, тля, серая акула.

(Ответ: серая крыса, тигр, дизентерийная амеба, скорпион, паук, волк, ястреб, крокодил, лисица, окунь, кобра, дельфин, бычий цепень, божья коровка, белый медведь, кровососущий комар, стрекоза, серая акула.)

8. Из перечисленных названий организмов выберите продуцентов, консументов и редуцентов: медведь, бык, дуб, белка, подосиновик, шиповник, скумбрия, жаба, ленточный червь, гнилостные бактерии, баобаб, капуста, кактус, пеницилл, дрожжи.

(Ответ: продуценты - дуб, шиповник, баобаб, капуста, кактус; консументы - медведь, бык, белка, скумбрия, жаба, ленточный червь; редуценты - подосиновик, гнилостные бактерии, пеницилл, дрожжи.)

9. В экосистеме основной поток вещества и энергии передается :

(Ответ: в. )

10. Объясните, почему существование жизни на Земле было бы невозможно без бактерий и грибов.

(Ответ: грибы и бактерии являются основными редуцентами в экосистемах Земли. Они разлагают мертвые органические вещества до неорганических, которые затем потребляют зеленые растения. Тем самым грибы и бактерии поддерживают круговорот элементов в природе, а следовательно, и саму жизнь.)

11. Объясните, почему в прудах-охладителях при тепловых электростанциях экономически выгодно содержать растительноядных рыб.

(Ответ: эти пруды сильно зарастают водной растительностью, в результате вода в них застаивается, что нарушает охлаждение отработанных вод. Рыбы съедают всю растительность и хорошо растут.)

12. Назовите организмы, которые являются продуцентами, но не принадлежат к Царству растений.

(Ответ: фотосинтезирующие простейшие-жгутиконосцы (например, эвглена зеленая), хемосинтезирующие бактерии, цианобактерии .

13. Организмы, не являющиеся абсолютно необходимыми в поддержании замкнутого круговорота биогенных элементов (азота , углерода , кислорода и др.):

а) продуценты;

б) консументы;

в) редуценты.

1. Понятие о биогеоценозе и биогеоценологии

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.).

Природные комплексы, в которых полностью сформировалась растительность, и которые могут существовать сами по себе, без вмешательства человека, а если человек или что-то другое, нарушит их, то они будут восстанавливаться, причем по определенным законам. Такие природные комплексы и есть биогеоценозы.

Самые сложные и важные природные биогеоценозы – лесные. Ни в одном природном комплексе, ни в одном типе растительности эти взаимосвязи не выражены так резко и так многогранно, как в лесу.

Лес представляет собой наиболее мощную «пленку жизни». Лесам принадлежит доминирующая роль в сложении растительного покрова Земли. Они покрывают почти третью часть суши планеты – 3,9 млрд. га. Если учесть, что пустыни, полупустыни и тундры занимают около 3,8 млрд. га, а более 1 млрд. га приходится на бросовые, застроенные и другие непродуктивные земли, то становится очевидным, насколько велико значение лесов в формировании природных комплексов и выполняемой им функции живого вещества на Земле. Масса органического вещества, сосредоточенного в лесах, составляет 1017–1018 т, что в 5–10 раз превышает массу всей травянистой растительности.

Именно поэтому особое значение придавалось и придается биогеоценологическим исследованиям лесных систем и термин «биогеоценоз» был предложен академиком В.Н. Сукачевым в конце 30-х гг. 20 в. применительно к лесным экосистемам. Но оно правомерно по отношению к любой природной экосистеме в любом географическом районе Земли.

Определение биогеоценоза по В.Н.Сукачеву (1964: 23) считается классическим – «... это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов 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 …".

В этом определении отражаются все сути биогеоценоза, черты и особенности, присущие только ему:

биогеоценоз должен быть однородным по всем параметрам: живого и неживого вещества: растительности, животному миру, почвенному населению, рельефу, почвообразующей породе, свойствам почвы, глубине и режимам грунтовых вод;

каждому биогеоценозу присуще наличие особого, только ему присущего типа обмена веществ и энергии,

всем компонентам биогеоценоза свойственно единство жизни и ее среды, т.е. особенности и закономерности жизнедеятельности биогеоценоза определяются средой его обитания, таким образом, биогеоценоз представляет собой географическое понятие.

Кроме того, каждый конкретный биогеоценоз должен:

Быть однородным по своей истории;

Быть достаточно долговременным сложившимся образованием;

Ясно отличаться по растительности от соседних биогеоценозов и эти отличия должны быть закономерными и экологически объяснимыми.

Примеры биогеоценозов:

Дубняк разнотравный на подножье делювиального склона южной экспозиции на горной буро-лесной среднесуглинистой почве;

Луг злаковый в лощине на суглинистых оторфованных почвах,

Луг разнотравный на высокой пойме реки на пойменной дерново-глееватой среднесуглинистой почве,

Лиственничник лишайниковый на Al-Fe-гумусово-подзолистых почвах,

Лес смешанный широколиственный с лиановой растительностью на северном склоне на бурых лесных почвах и др.

Более простое определение: "Биогеоценоз – это вся совокупность видов и вся совокупность компонентов неживой природы, определяющих существование данной экосистемы с учетом неизбежного антропогенного воздействия". Последнее добавление с учетом неизбежного антропогенного воздействия – дань современности. Во времена В.Н. Сукачева не было необходимости относить антропогенный фактор к основным средообразующим, каковым он является сейчас.

Область знаний о биогеоценозах называется биогеоценологией. Чтобы управлять природными процессами, надо знать закономерности, которым они подчинены. Эти закономерности изучает ряд наук: метеорология, климатология, геология, почвоведение, гидрология, различные отделы ботаники и зоологии, микробиология и др. Биогеоценология же обобщает, синтезирует результаты перечисленных наук под определенным углом зрения, обращая основное внимание на взаимодействия компонентов биогеоценозов между собой и вскрывая общие закономерности, управляющие этими взаимодействиями.

Объектом изучения биогеоценологии является биогеоценоз.

Предмет изучения биогеоценологии – взаимодействия компонентов биогеоценозов между собой и общие законы, управляющие этими взаимодействиями.

2. Компонентный состав биогеоценозов

Компоненты биогеоценоза не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой. Главными и обязательными компонентами являются биоценоз и экотоп.

Биоценоз, или биологическое сообщество – совокупность совместно обитающих трех компонентов: растительности (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробоценоз).

Каждый из компонентов представлен множеством особей разных видов. Роль всех компонентов: растений, животных и микроорганизмов, в биоценозе различна.

Так, растения образуют относительно постоянную структуру биоценоза благодаря своей неподвижности, в то время как животные не могут служить структурной основой сообщества. Микроорганизмы, хотя в большинстве и не прикреплены к субстрату, передвигаются с небольшой скоростью; вода и воздух переносят их пассивно на значительные расстояния.

Животные зависят от растений, поскольку не могут строить органическое вещество из неорганического. Некоторые микроорганизмы (как все зеленые, так и ряд не зеленых) в этом отношении автономны, так как способны к построению органического вещества из неорганического за счет энергии солнечных лучей или энергии, выделяемой при химических реакциях окисления.

Микроорганизмы (микробы, бактерии, простейшие) играют большую роль в разложении мертвых органических веществ до минеральных, т. е. в процессе, без которого нормальное существование биоценозов было бы невозможным. В структуре наземных биоценозов значительную роль могут играть почвенные микроорганизмы.

Различия (биоморофологические, экологические, функциональные и др.) в особенностях организмов, составляющих эти три группы, настолько велики, что и методы их исследования заметно различаются. Поэтому существование трех отраслей знания – фитоценологии, зооценологии и микробоценологии, изучающих соответственно фитоценозы, зооценозы и микробоценозы, вполне правомерно.

Экотоп – место жизни или среда обитания биоценоза, некое "географическое" пространство. Его образуют с одной стороны почва с характерной подпочвой, с лесной подстилкой, а также с тем или иным количеством перегноя (гумуса); с другой – атмосфера с определенной величиной солнечной радиации, с тем или иным количеством свободной влаги, с характерным содержанием в воздухе углекислоты, различных примесей, аэрозолей и т.п., в водных биогеоценозах вместо атмосферы – вода. Роль среды в эволюции и существовании организмов не вызывают сомнений. Составляющие ее отдельные части (воздух, вода и др.) и факторы (температура, солнечное излучение, высотные градиенты, и др.) называют абиотическими, или неживыми, компонентами, в отличие от биотических компонентов, представленных живым веществом. В.Н. Сукачев физические факторы не относил к компонентам, а другие авторы относят (рис. 5).

Биотоп - это экотоп, преобразованный биоценозом для «себя». Биоценоз и биотоп функционируют в непрерывном единстве. Размеры биоценоза всегда совпадают с границами биотопа, следовательно, с границами биогеоценоза в целом.

Из всех компонентов биотопа ближе всего к биогенной составляющей части биогеоценоза стоит почва, поскольку ее происхождение напрямую связано с живым веществом. Органическое вещество в почве является продуктом жизнедеятельности биоценоза на разных стадиях трансформации.

Сообщество организмов ограничено биотопом (в случае с устрицами – границами отмели) с самого начала существования.

Биогеоценоз

Свойства биогеоценоза

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

Основные показатели биогеоценоза

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

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

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

Пространственные характеристики

Переход одного биогеоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождается сменой состояний и свойств всех его компонентов и, следовательно, сменой характера биогеоценотического метаболизма. Границы биогеоценоза могут быть прослежены на многих из его компонентов, но чаще они совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов). Толща биогеоценоза не бывает однородной ни по составу и состоянию его компонентов, ни по условиям и результатам их биогеоценотической деятельности. Она дифференцируется на надземную, подземную, подводную части, которые в свою очередь делятся на элементарные вертикальные структуры - био-геогоризонты, очень специфичные по составу, структуре и состоянию живых и косных компонентов. Для обозначения горизонтальной неоднородности, или мозаичности биогеоценоза введено понятие биогеоценотических парцелл. Как и биогеоценоз в целом, это понятие комплексное, так как в состав парцеллы на правах участников обмена веществ и энергии входят растительность, животные, микроорганизмы, почва, атмосфера .

Механизмы устойчивости биогеоценозов

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

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

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

Формы существующих взаимоотношений между организмами в биогеоценозах

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

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

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

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

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

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

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

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

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

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

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

ПОНЯТИЕ И СТРУКТУРА БИОГЕОЦЕНОЗА

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

Биогеоценоз состоит из ряда компонентов, взаимообуславливающих существование друг друга:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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