Чебышев Н.В. - Биология, 2000 [vk.com-pavlovmed]

-280-

среды. Напротив, чем специфичнее условия среды, и они далеки от благоприятных для большинства видов, тем беднее видовой состав экосистемы; но это может приводить к возрастанию численности тех популяций, которые приспособлены к данным условиям.

Биоценоз характеризуется определенной биомассой. Биомасса образуется в результате связывания солнечной энергии.

6.1.5.ПОНЯТИЕ О БИОМАССЕ, БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРВИЧНОЙ И ВТОРИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ

Биомасса - это общая, или суммарная масса (сырого или сухого вещества) особей одного вида, группы видов, сообщества в целом, приходящаяся на единицу поверхности (г/м2, кг/га) или объема местообитания (г/м3 и т.д.). Биомассу растений называют фитомассой, биомассу животных - зоомассой, бактерий - биомассой бактерий, грибов - биомассой грибов. Органическую массу, созданную растениями и

некоторыми бактериями за единицу времени, называют первичной продукцией экосистемы. Основными создателями первичной продукции на Земле являются зеленые растения. Часть этой продукции (до 40% и даже 70%) идет на поддержание жизнедеятельности самих продуцентов. Оставшуюся часть созданной ими органической массы называют чистой первичной продукцией. Она характеризует

величину прироста фитомассы. Чистая первичная продукция - это резерв пищи (и энергии) для гетеротрофных организмов - консументов и редуцентов. В результате

ее утилизации консументами возрастает их биомасса. Прирост за единицу времени биомассы консументов составляет вторичную продукцию экосистемы.

Максимальные значения фитомассы имеют влажные тропические леса - 6500 ц/га (в бассейне Амазонки более 10000 ц/га).

Максимум зоомассы (зоопланктона) приходится на единицу площади океана в субтропическом и северном умеренном поясах, которые дают 2/3 мирового улова рыбы.

С развитием биоценоза возрастает его биомасса и видовое разнообразие,

усложняется трофическая и пространственная структура. Биоценоз, сложившийся в данной местности при отсутствии вмешательств извне, остающийся неизменным до

тех пор, пока не возникают внешние нарушения, называют климаксом.

Любой биоценоз динамичен. В нем постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности его членов и соотношении популяций.

Последовательную смену во времени одних биоценозов другими на определенном участке земной поверхности называют сукцессией (от лат. successio -

преемственность, наследование). Различают первичные и вторичные сукцессии

(рис. 286, 287).

-282-

Рис. 287. Постепенное превращение озера в низинное болото.

Первичные сукцессии начинаются на местах, лишенных жизни: скалах, обрывах, сыпучих песках и т.д. При заселении таких участков живые организмы

необратимо меняют свое местообитание и сменяют друг друга. Например, на участке суши, обнажившейся после отступления ледника на юге Аляски, вначале

поселяются мхи, затем осоки, сменяющиеся стелющимися кустарниковыми ивами. На смену им приходят заросли ольхи, ели и формируются еловые леса. Данное местообитание через 100 лет покрыто высоким еловым лесом.

Восстановление биоценозов на месте когда - то существовавших после их нарушения (в результате вулканический извержении, пожаров, вырубки леса и т.д.) называют вторичной сукцессией. Вследствие различных воздействий нарушаются установленные взаимосвязи между организмами.

Например, на месте заброшенных сельскохозяйственных угодий, где

произрастала кукуруза, слагается вторичная сукцессия. Сначала появляются сорняки, затем злаки, сменяющиеся соснами с примесью лиственных пород,

существующие долгое время (до 100 лет). В нижнем ярусе развиваются дубы. Молодые сосны не могут расти в тени взрослых деревьев, поэтому они гибнут так же, как и старые больные сосны. Начинают преобладать дубы, и через 100 - 150 лет

здесь сформируется устойчивое сообщество - климаксный лес (рис. 288).

-283-

Рис. 288. Вторичная суксессия. Восстановление леса на заброшенном поле происходит в

несколько стадий.

6.1.6.АГРОБИОЦЕНОЗ

Антропогенный биоценоз (агробиоценоз - от греч. agros - поле) - это

неустойчивая искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и др.).

В агроценозах снижено видовое разнообразие живых организмов. Растительный покров создается человеком и представлен одним видом или сортом культивируемого растения (монокультура, например, поле ржи) и сопутствующими

-285-

детритофаги; 9 - полезная спонтанная фауна; 10 - микроорганизмы - сапротрофы.

Виды культивируемых растений человек выбирает по их способности давать наибольшее количество только полезной биомассы (колосья, клубни), чем снижает возврат в почву элементов питания, образующихся при перегнивании растительных остатков. Это понижает биогеохимическую устойчивость агроценозов.

Степень устойчивости отдельных типов агроценозов зависит от частоты и радикальности изменений, которым подвергается режим земель сельскохозяйственного пользования.

Для сохранения и повышения продуктивности агроценозов вносятся

минеральные и органические удобрения, пестициды, которые приводят не только к положительным, но и к отрицательным последствиям.

Чтобы уменьшить негативные последствия хозяйственной деятельности человека, необходимо применение методов агротехники, приближающих агроценозы к естественным биоценозам: снижение потерь воды при орошении,

значительное уменьшение норм применения ядохимикатов, использование методов

биологической борьбы с вредителями и др.

Изучение биоценозов важно для рационального освоения земель и водных пространств.

6.1.7.ЭКОСИСТЕМА

Биогеоценоз часто используется как синоним термина "экосистема". Эти

понятия не совсем совпадают. "Экосистема" - более общее понятие, чем биогеоценоз.

Биогеоценоз в отличие от экосистемы - понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определенными единицами растительного покрова - фитоценозами. Экосистемы могут иметь произвольные границы, а биогеоценозы занимают определенную территорию.

Экосистемы характеризуются видовым составом, численностью входящих в нее организмов, биомассой, соотношением отдельных трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и разрушения органического вещества. Существование экосистемы возможно лишь при использовании энергии и веществ, поступающих из окружающей среды. Все экосистемы относят к открытым системам.

В каждой экосистеме два основных компонента:

1)совокупность живых организмов;

2)факторы окружающей их неживой среды.

Все факторы действуют на организмы одновременно. Всю совокупность

организмов (растений, животных, микроорганизмов) называют биотой экосистемы (био - жизнь).

Биотические компоненты экосистемы можно подразделить на автотрофные и

гетеротрофные организмы. Автотрофные организмы (растения и некоторые

простейшие, бактерии) способны синтезировать необходимые им органические

-288-

В естественных экосистемах постоянно осуществляется круговорот неорганических биогенов, или биогенных элементов: N, Р, К, Na, С, Са, Fe и др. (рис. 292). Биогенными называют химические элементы, входящие в состав клеток живых организмов и имеющие определенное биологическое значение. Одни из них обязательны для всех, другие свойственны определенным группам живых существ. В наибольшем количестве в живом веществе содержится О, С, Н, N. Они вместе с S,

Р играют важнейшую роль в построении биосистемы, так как входят в состав таких важных соединений, как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. Остальные элементы также важны для нормального функционирования организма. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов. Например, кобальт стимулирует кроветворение, участвует в синтезе белков и в регуляции углеводного обмена.

Содержание некоторых элементов в организме определяется их видовой принадлежностью, условиями обитания, качеством пищи. При недостаточном или избыточном поступлении необходимых элементов в организм могут наблюдаться нарушения функционирования органов и возникать заболевания - биохимические эндемии - у растений, животных и человека. Например, увеличение щитовидной железы (эндемический зоб) у человека и животного может быть вызвано недостаточностью йода в воде, почве, продуктах питания; недостаток фтора понижает устойчивость зубов к кариесу, а его избыток при длительном поступлении в организм способствует развитию хронического заболевания (флюороза), связанного с накоплением элемента в костях с последующей их деформацией, а

также в тканях зубов с образованием пятен на зубной эмали. Марганец (Мn) в малых количествах стимулирует процесс кроветворения, а в больших - угнетает его.

Организмы получают биогенные элементы из внешней среды в усвояемой

форме, включают в состав тела и в последующем возвращают во внешнюю среду. Запасы биогенных элементов в природе небезграничны. Возвращение их во внешнюю среду обязательно. Круговорот веществ в экосистеме обеспечивается наличием функционально различных групп организмов: продуцентов, консументов, редуцентов. Их совокупная деятельность создает на Земле неорганическую среду, необходимую для существования живого. В природе в рамках круговорота биогенных элементов происходит использование естественных ресурсов и

избавление от отходов, превращение их в форму, вновь доступную для автотрофных организмов, что предполагает первый принцип функционирования

экосистем.

Большое значение всех живых организмов определено их, способностью:

•аккумулировать и трансформировать солнечную энергию;

•размножаться и этим обеспечивать непрерывность своей деятельности,

результаты которой накапливаются;

•совершать химические реакции с такой скоростью, которая во много раз превышает скорость реакции в неживой природе.

-289-

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистемах возможен только за счет постоянного притока энергии, что является вторым принципом функционирования экосистемы. Вся жизнь существует за счет энергии солнечного излучения, которое переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений. Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других и

связаны между собой энергетическими отношениями.

Пищевые связи в сообществах - это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в которой возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. В экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в нем участвуют живые и неживые компоненты.

Внутри экосистемы органические вещества, содержащие энергию, создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофных. Например, животные поедают растения. Эти животные могут быть съедены другими животными, и таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов. Такая последовательность называется пищевой цепью, каждое звено - трофическим уровнем (рис. 293).

Рис. 293. Три термина, описывающие перенос питательных веществ и энергии в экосистеме.

Каждый из обозначенных стрелками путей от основания к вершине представляет собой пищевую цепь. Взаимосвязанные пищевые цепи образуют пищевую сеть. Разные этапы переноса - трофические уровни.

6.1.8. ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ

Первый трофический уровень занимают автотрофы - зеленые растения,

способные к фотосинтезу (первичные продуценты). Из неорганических веществ и