3.4 Синэкология (биогеоэкология)

Синэкология– раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем с окружающей средой. В ее задачу входит установление границ экосистемы, анализ существующих в ней пищевых цепей, изучение видового состава, его плотности и т.д.

В природе популяции разных видов объединяются в макросистемы более высокого ранга – сообщества или биоценозы. Термин «биоценоз» был преложен К.Мебиусом в 1877 году.

Биоценоз – совокупность живых организмов, популяций растений, животных, микроорганизмов, заселяющих определенный участок земной поверхности (суши или водоема) и характеризующиеся определенными отношениями между собой и приспособленностью к окружающим условиям.

Биоценоз включает все популяции разных видов, взаимодействующие на определенной территории с более или менее однородными условиями, называемой биотопом.

Биотоп - занятый одним биоценозом однородный в экологическом отношении участок земной поверхности (территории или акватории), в котором связаны минеральные и органические вещества, климатические факторы, свет, давление, движение воздуха, влажность, рН среды, механические и физико-химические свойства субстрата, который может быть жидким, твердым и газообразным.

Биоценоз обладает сложной внутренней структурой. Выделяют видовую, пространственную и временную структуры биоценозов.

Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда факторов. Главными лимитирующими факторами являются температура, влажность и недостаток пищевых ресурсов. Видовое разнообразие – это число видов в данном сообществе или регионе, и является одной из важнейших характеристик устойчивости экосистемы.

Пространственная структура определяется вертикальным ярусным строением (разные формы роста растений и распределение животных в биоценозе на разных уровнях) и горизонтальным изменением растительности и животного мира, проявляющемся в мозаичности и пятнистости (зависит от разнообразия видов, количественного их взаимоотношения, от изменчивости ландшафтных и почвенных условий).

Временная структура, при которой различные виды выполняют сходные функции в разное время в течение сезонных и суточных циклов.

Видовая структура биоценозов, пространственное распределение видов в пределах биотопа, временной ряд во многом определяется взаимоотношениями между видами, между популяциями. Место вида в биоценозе по отношению к другим видам характеризует его экологическую нишу.

Экологическая ниша– это совокупность всех факторов среды (химических, физических, физиологических и биотических), в пределах которых возможно существование организма в природе, т.е. место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности, включая отношения к факторам среды, видам пищи, времени и способам питания, местам размножения, укрытий т. п. Если ниши разные, то организмы вступают в нейтральные отношения, если одинаковые, то возникают конкурентные отношения.Конкуренция– это взаимодействие, при котором один организм потребляет ресурс другого. Если два вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения и т.д.) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу. Эта закономерность сформулирована в виде положения, которое получило название «правило конкурентного исключения». Автор этого правила эколог Г.Ф. Гаузе.

Любой биоценоз образует с биотопом целостность, единство, биологическую систему еще более высокого ранга – биогеоценоз. Термин биогеоценоз во многом тождественен термину экологическая система.

Учение о биогеоценозе разработал выдающийся российский ученый Владимир Николаевич Сукачев на примере лесных сообществ. Однако открытие В.Н.Сукачевым закономерности взаимодействия и взаимозависимости живых организмов с абиотическими условиями в равной мере приемлемы для любых условий земной поверхности и водных условий. Понятие биогеоценоза введено В.Н.Сукачевым в 1940 году. Оно явилось логическим развитием идей русских ученых В.В.Докучаева, Г.Ф.Морозова, Г.Н.Высоцкого, В.И.Вернадского.

Биогеоценоз – совокупность на определенной территории компонентов живой и неживой природы (атмосферы, горной породы, растительности, животных, микроорганизмов, почвы, гидрологических условий), для которых характерны своя специфика взаимодействия слагающих ее компонентов и определенные типы обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы.

Таким образом, любая экосистема или биогеоценоз состоит из двух блоков. Один из них представлен комплексом взаимосвязанных живых организмов – биоценозом, а второй –факторами среды – биотопом, которые функционируют совместно.

Обязательным компонентом биогеоценоза является фитоценоз, или растительное сообщество. Примеры биогеоценозов – однородные участки леса, луга, степи, болота и т.д. В то же время экосистема может быть и без растительного сообщества, а также и без почвы (например, труп животного, ствол дерева в стадии разложения или капля воды с различными организмами). Таким образом, любой биогеоценоз может быть назван экосистемой, в то время как не каждая экосистема может быть названа биогеоценозом.

Все организмы в пределах биогеоценоза находятся в тесной пищевой, пространственной, видовой и размерной взаимозависимости.

Сообщества животных и растений биогеоценоза в зависимости от естественных или антропогенных факторов могут меняться, например, после лесных пожаров, высыхания болота, распашки земли, а также в силу естественных закономерностей в природе (периодическая смена породного состава леса).

Последовательную смену одних сообществ или организмов другими на определенном участке называют сукцессией. В результате сукцессий происходит постепенное превращение одних экосистем в другие. Различают несколько видов сукцессии.

Первичная сукцессия – процесс развития и смены экосистем на незаселенных ранее участках, начинающийся с их колонизации (например, обрастание голой скалы мхом и впоследствии – развитие на ней леса, заселение песчаных дюн, продуктов извержения вулканов).

Вторичная сукцессия – восстановление экосистемы, когда-то уже существовавшей на данной территории (например, восстановление экосистемы после пожара, лесной вырубки, на заброшенных сельскохозяйственных угодьях). Для вторичной сукцессии важно наличие с самого начала плодородного слоя почвы. Если он уничтожен, например, эрозией, сукцессия может пойти по типу первичной.

Вторичная сукцессия заканчивается стабильной стадией сообщества через 150…250 лет, а первичная длится 1000 лет.

Климаксовая система. Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называется климаксом, а экосистема – климаксовой. Основные биомы Земли (группа экосистем со сходным типом растительности, определяемым сходными климатическими условиями - степи, пустыни, тропики и т.д.) – климаксовые экосистемы.

Эволюционная сукцессия – постепенная смена видов, населявших Землю в различные геологические периоды, сочетание процессов образования новых видов и вымирания других.

Основные экологические проблемы в биотических сообществах, выделяемые учеными в настоящее время, следующие:

1. снижение биологического разнообразия планеты;

2. потеря регуляторных функций жи­вой природы на всех уровнях;

3. деградация генофонда био­сферы;

4. сокращение площади лесов, уничтожение влажно-тропических лесов на огромных площадях; лесные пожары и выжигание растительности;

5. изменение альбедо земной поверхности;

6. сокращение и исчезновение многих видов со­судистых растений, сокращение численности и вымирание отдельных видов животных;

Познание внутренней структуры динамики взаимодействия между составными элементами биогеоценоза, ритмов жизни растительно-животных сообществ позволяет разрабатывать меры для максимального их использования с целью получения наибольшего количества необходимой человеку продукции, а также обеспечить долговечность биотических сообществ, уменьшать отрицательные последствия преобразующей деятельности человека, вплотную подойти к управлению биосферой.

Особенно существенное значение биогеоценология имеет для практики лесного и сельского хозяйства, изучения среды жизни человека на Земле, для космонавтики, защиты промышленных изделий, продуктов питания, кормов от повреждения биологическими компонентами биосферы, для реализации эффективных природоохранных мероприятий.