Основные понятия: биогеоценоз, биоценоз, фитоценоз, зооценоз, микробоценоз, биом. Компоненты биогеоценоза. Биоценоз и его структурная организация. Понятие об экотопе и биотопе.
Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии» (Сукачев). Включает в себя биоценоз (живое вещество) и биотоп (косное вещество). В биогеоценозе связующими факторами являются : природа субстрата, тип рельефа и почвы. Если экосистема применима к любой системе, обеспечивающей круговорот, то биогеоценоз – это территориальное понятие (территория суши, связанная с определенным фитоценозом).
Биоценоз – это совокупность взаимосвязанных живых организмов на каком-либо участке суши или водоема (сообщество из продуцентов, консументов и редуцентов, живущих совместно в одних и тех же условиях). Состоит из фитоценоза, зооценоза, микробиоценоза.
Фитоценоз – растительное сообщество – устойчивая совокупность существующих на относительно однородном участке земной поверхности автотрофных организмов, со свойственными им взаимоотношениями как между собой , так и условиями обитания.
Зооценоз – животное сообщество – совокупность животных в биоценозе, связанных прежде всего пищевыми цепями и общим источником энергии.
Микробоценоз – микробное сообщество, ассоциация - совокупность популяций разных видов микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе.
Биом – это высшая единица классификации экосистем. По Ю. Одуму (1986), это крупная региональная или субконтинентальная биосистема, характеризующаяся каким‑либо основным типом растительности или другой особенностью ландшафта. Биомы наземных экосистем формируются под воздействием комплекса условий среды, в первую очередь – климата. По объему «биом» совпадает с географическим понятием «природная зона».
Наиболее важные биомы суши:
– тундры (арктические и альпийские) – безлесные территории, расположенные севернее (или выше) лесного пояса;
– тайга – хвойные леса умеренной зоны;
– листопадные (широколиственные) леса умеренной зоны;
– степи умеренной зоны (имеют две паузы в вегетации – зимой и во второй половине лета во время засухи);
– тропические степи и саванны (вегетируют круглый год, но в период засухи их биологическая продукция резко снижается);
– пустыни – экосистемы в условиях сильного стресса засухи при годовом количестве осадков менее 200 мм;
– полувечнозеленые сезонные тропические леса («зимне‑зеленые» леса, сбрасывающие листья летом);
– тропические дождевые леса (вегетируют круглый год и являются самыми продуктивными экосистемами Земли).
Биомы водных экосистем определяются в первую очередь соленостью воды, содержанием в ней элементов питания, кислорода и температурой, скоростью течения.
Так экосистемы пресных вод разделяются на биомы стоячих и проточных вод. Экосистемы стоячих вод более разнообразны, так как в этом случае шире пределы изменения условий, определяющих состав биоты и ее продукцию, – глубины водоема, химического состава воды, степени зарастания водоема. В биомах проточных вод большую роль играет скорость течения и различен состав биоты на перекатах и плесах.
Среди экосистем морских побережий различают биомы приморских скалистых побережий, достаточно бедных элементами питания, и эстуариев (лиманов) – богатых элементами питания илистых отмелей у впадения рек.
Среди пелагических экосистем океана различают биомы фотических (автотрофных) сообществ верхнего слоя вод (поверхностные пелагические сообщества) и морских глубоководных пелагических гетеротрофных сообществ.
Как биомы рассматриваются бентосные сообщества континентального шельфа, коралловые рифы (высокопродуктивные сообщества тропических морей) и хемоавтотрофные сообщества гидротермальных оазисов.
Природные популяции не существуют обособленно. Во время взаимодействия с другими видами они образуют высокоорганизованные системы.
Биогеоценоз — система организмов и факторов неживой природы, которые сосуществуют на одной местности.
Учение о биогеоценозе было разработано в 1940-х годах российским ученым В.Н. Сукачёвым.
Отличие от экосистемы
В 1935 году английский эколог А. Тенсли ввел понятие «экосистема». Ученый предположил, что биотические (органические) и абиотические (неорганические) факторы взаимодействуют друг с другом на равноправных условиях.
Экосистема (от гр. oikos — «жилище» и systema — «объединение») — любая совокупность живых организмов и среды их обитания, которые объединены общим обменом веществ и энергии.
Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» схожи, но не тождественны. Экосистема — более широкое определение. Биогеоценоз имеет территориальные рамки, ограничивающиеся определенным типом растительного мира (фитоценозом). Экосистема представлена как естественными, так и искусственными комплексами.
Любой биогеоценоз является экосистемой. Но не каждая экосистема — это биогеоценоз.
Биогеоценозы не существуют вечно. Они сменяют друг друга из-за изменений климатических условий, под влиянием человека, в процессе эволюции.
Виды биогеоценоза
Биогеоценоз разделяется на 2 вида:
- естественный;
- искусственный.
Естественный:
Характеризуется отсутствием влияния деятельности человека. В нем действуют саморегуляционные механизмы, обусловленные структурой сообщества и окружающей его средой. Вмешательство человека нарушает эти механизмы и становится причиной вымирания некоторых видов животных и растений.
Естественная экосистема бывает: речной, лесной, горной, степной, луговой.
Искусственный:
Образуется в местах, созданных руками человека для восполнения личных или общественных потребностей. Условия в таких комплексах устанавливаются человеком. Искусственный вид делится на:
Агробиоценозы — совокупности организмов, которые формируются на земельных участках, используемых людьми для сельскохозяйственных нужд (посадки, посевы культурных растений). Растительный мир такого биогеоценоза ограничен одним видом, выращиваемым человеком, и несколькими сорными. Среди животного мира наблюдаются лишь те виды, которые могут питаться этими растениями и существовать в условиях агробиоценоза. Система напрямую зависит от человеческой деятельности (применение удобрений, обработка почвы, полив). Биогеоценоз без влияния человека саморазрушается. Культурные растения более капризны, чем дикие.
Городской — разновидность антропогенных экосистем. Видовой состав растительного мира определяется человеком. Особенности городского биогеоценоза обусловлены условиями среды, которые присущи городам. Это изменения влажности воздуха, почвенного состава, освещенности, направления ветров.
Компоненты
Биогеоценоз состоит из двух компонентов: биоценоз и биотоп.
Находясь в равновесии, они обеспечивают устойчивое существование биогеоценоза. Живые, растительные организмы и окружающая их среда плотно взаимодействуют и зависят друг от друга.
Биоценоз — совокупность растительных и животных организмов и микроорганизмов, обитающих на общем участке.
Термин ввел немецкий биолог К. Мёбиус в 1877 году. Комплекс организмов биоценоза формируется путем борьбы за выживание. Выделяют 3 группы организмов:
1. Продуценты — организмы, способные самостоятельно питаться, воспроизводя из простых неорганических сложные органические вещества. Данный вид делится на 2 группы:
- фотосинтезирующие вырабатывают органические соединения из углекислого газа, воды, минералов с помощью солнечной энергии (водоросли, зеленые растения, определенные бактерии);
- хемосинтезирующие синтезируют органические вещества с помощью энергии, которая выделяется при окислении аммиака, железа или сероводорода (глубоководные недра Мирового океана).
Часть произведенных соединений употребляется продуцентами, другая часть используется как источник питания консументами.
2. Консументами называются организмы, питающиеся соединениями, которые производят другие виды организмов (животные, микроорганизмы, насекомоядные растения). Они подразделяются на:
консументы 1 порядка — организмы, потребляющие произведенную продуцентами первичную продукцию (фитофаги — травоядные животные);
консументы 2 порядка — животные-хищники (зоофаги);
консументы 3 порядка — животные, питающиеся за счет других организмов (паразиты, сверхпаразиты).
3. Редуценты (деструкторы) — организмы, превращающие мертвые органические соединения в неорганические. К таким организмам относятся бактерии, грибы.
Биоценоз состоит из:
фитоценоз — совокупность растений;
зооценоз — животный мир;
микоценоз — сообщество грибов;
микробоценоз — совокупность микроорганизмов.
Главным звеном в экосистеме являются растения, так как все остальные организмы экологической цепочки потребляют органические вещества, производимые растениями. Исчезнет растительный мир — прекратит свое существование и биогеоценоз.
Биотоп — зона земной поверхности, занимаемая определенным биоценозом, имеющая однородные условия для существования.
Биотоп является жизненным пространством для развития биоценоза. Компонентами, составляющими биотоп, считаются:
Климатоп — воздушная часть среды, характеризующаяся атмосферным составом, уровнем освещенности, влажности и тепловым режимом.
Эдафотоп — почвенная составляющая.
Гидротоп — часть биотопа, определяющая влажность.
Структура
На состав экосистем влияют различные факторы. Исследователи разработали несколько структур:
- Видовая.
- Пространственная.
- Экологическая
- Трофическая.
Видовая
Отражает многообразие входящих в биогеоценоз видов и соотношение внутри него численности популяций. Внутри биогеоценоза происходит естественный отбор, остаются те виды, которые наиболее приспособлены к экологическим или климатическим условиям среды.
Выделяют бедные и богатые экосистемы. В условиях ледников, тундры или пустыни организмам сложно приспосабливаться к суровым условиям, поэтому видовой состав таких зон беден. В тропических лесах, наоборот, есть все условия для обилия видового разнообразия.
Виды, преобладающие по численности на определенной территории, называются доминантами. Среди них есть виды, которые играют особую роль благодаря способности образовывать среду для сообщества. Их называют эдификаторами. В наземных биогеоценозах к ним относятся растения. В лесах — дуб и ель, в болотной местности — осока и сфагновый мох.
Пространственная
Ориентируется на фитоценоз, который в пространстве разделяется по вертикали и горизонтали на структурные элементы (ценоэлементы). К таким элементам относятся:
- ярусы (вертикальное разделение фитоценоза);
- микрогруппировки (горизонтальное разделение фитоценоза).
На распределение растений вертикально влияет количество света и различный режим влажности на разных от земной поверхности уровнях. Нижние уровни сформированы растениями, менее требовательными к световым условиям.
Животные тоже ориентируются на растительные ярусы. Некоторые птицы строят гнезда на земле — фазаны, тетерева; некоторые — в кустарниках (дрозды, снегири).
Экологическая
Среди растений проявляется в соотношении групп:
- гигрофитов (растения, предпочитающие влажную почву);
- мезофитов (растения, не любящие переизбыток влаги);
- ксерофитов (растения, предпочитающие обитать в сухих местах).
В животном мире это: гигрофилы, мезофилы, ксерофилы.
Многообразие какой-либо из сообщностей создает высокую плотность, повышает продуктивность и дает четкие понятия об особенностях конкретного вида биотопа.
Трофическая
Трофическая (пищевая) структура формирует цепи питания.
Цепью питания называют перенос энергии от источника через несколько организмов.
Суть термина состоит в том, что все живые организмы служат источниками питания для других. В каждой такой цепи обычно 5-6 звеньев.
Характерные свойства
К свойствам биогеоценоза относятся:
Целостность. Излишки или неусвоенные питательные вещества остаются в окружающей среде и попадают в круговорот веществ, который имеет цикличный характер.
Устойчивость. Устоявшийся, сформированный биогеоценоз готов к катаклизмам внешней среды.
Саморегуляция. Биогеоценоз регулирует видовую численность, необходимую для поддержания пищевых целей.
Самовоспроизводство. Данное свойство состоит в способности к размножению и воспроизведению видовой популяции.
Изменение. Явления, обусловленные сменой поры года, оказывают влияние на численность организмов.
Примеры в природе
В природе существует очень много видов биогеоценоза. Рассмотрим некоторые из них.
Лиственный лес — это сложная экосистема. Лес состоит из таких основных видов растений, как дубы, липы, буки, осины, березы, рябины, клены (видовая структура). Можно выделить несколько ярусов: древесный (низкий, высокий), ярус мха, кустарниковый и травяной (пространственная структура). Растения верхних ярусов — светолюбивы, они более терпимы к изменениям влажности или температуры, чем нижние. Мхи, кустарники и травянистые растения приспособлены к существованию в тени листвы деревьев. Почва устелена подстилкой, которая формируется из опавших листьев, прелой травы, веточек.
Фауна лесных биогеоценозов характеризуется богатым видовым составом. Здесь присутствуют грызуны, хищники (лисы, барсуки, медведи, волки), насекомоядные. Травоядные представлены оленями, лосями и косулями. На деревьях обитают белки, бурундуки. Птицы распределяются по ярусам. Птичьи гнезда можно встретить не только в кроне деревьев, но и в дуплах, кустарниках, на стволах, на земле. В лесном биогеоценозе велика численность насекомых, чьей пищей являются листья (гусеницы) или кора деревьев (короеды). Верхние почвенные слои и подстилку населяют позвоночные (черви, клещи, личинки), бактерии и грибы.
Пруд выступает как биогеоценоз, в котором среда обитания организмов — вода. На небольшой глубине растительный мир представлен плавающими, крупного размера, или укореняющимися организмами (кувшинки и камыш). Плавающие мелкие растения располагаются по всей поверхности пруда. Когда численность такого фитопланктона растет, вода окрашивается в зеленый цвет («цветет»). Растения водоема — пища для головастиков, ракообразных, личинок и рыб. Хищные рыбы и насекомые питаются более мелкими организмами. Грибы, жгутиковые и бактерии относятся к организмам, которые разлагают органические соединения. Наибольшее их скопление наблюдается на дне пруда, так как там большая концентрация останков рыб и растений.
Приведенные примеры биогеоценоза отличаются друг от друга видовым составом. Это обусловлено кардинально различной средой обитания. Однако населяющие группы растений — одного типа.
Продуценты: мхи, травы, деревья, кустарники; водоросли, плавающие растения.
Консументы: насекомые, птицы, звери; земноводные, ракообразные, насекомые, хищные рыбы.
Редуценты: водные и наземные виды бактерий и грибов.
Лиственный лес и пруд являются естественными биогеоценозами.
Понятия «экотоп» и «биотоп». Участок земной поверхности (суши или водоема) с однородными условиями обитания, занимаемый тем или иным биоценозом, называется биотопом (греч. bios — жизнь, topos — место).
Климатоп (комплекс климатических факторов) и эдафотоп (почвенно-грунтовые условия) в совокупности составляют экотоп. Различия между этими понятиями в том, что биотоп — это условия среды, видоизмененные живыми организмами, а экотоп — первичный комплекс факторов физико-геогафической среды без участия живых существ.
В пространственном отношении биотоп соответствует биоценозу. Границы биоценоза устанавливают по фитоценозу, имеющему легко распознаваемые черты. Например, сосновые леса легко отличимы от еловых, верховое болото — от низинного и т. д. Кроме того, фитоценоз является главным структурным компонентом любого биоценоза, поскольку определяет видовой состав зоо-, мико- и микробоценозов.