Законы организации экосистем. Учение о биогеоценозах

Понятие "экосистема" ввел в 1935 году А. Тенсли, английский ботаник. Этим термином он обозначил любую совокупность организмов, обитающих совместно, а также окружающую их среду. В его определении подчеркивается наличие взаимозависимости, взаимоотношений, причинно-следственных связей, существующих между абиотической средой и биологическим сообществом, объединение их в некое функциональное целое. Экосистема, как считают биологи - это совокупность всевозможных популяций различных видов, которые обитают на общей территории, а также окружающая их неживая среда.

Биогеоценоз - это природное образование, имеющее четкие границы. Оно состоит из совокупности биоценозов (живых существ), которые занимают определенное место. Например, для водных организмов это место - вода, для тех, кто обитает на суше, - атмосфера и почва. Ниже мы рассмотрим которые помогут вам понять, что это такое. Эти системы мы подробно опишем. Вы узнаете о том, какова их структура, какие существуют их виды и как происходит их смена.

Биогеоценоз и экосистема: различия

До некоторой степени понятия "экосистема" и "биогеоценоз" являются однозначными. Тем не менее по объему они совпадают не всегда. Биогеоценоз и экосистема соотносятся как менее широкое и более широкое понятие. Экосистема не связана с неким ограниченным участком поверхности земли. Понятие это можно применять по отношению ко всем стабильным системам неживых и живых компонентов, в которых происходит внутренний и внешний круговорот энергии и веществ. К экосистемам, например, можно отнести каплю воды с находящимися в ней микроорганизмами, горшок с цветами, аквариум, биофильтр, аэротенк, космический корабль. А вот биогеоценозами их назвать нельзя. Экосистема может иметь в своем составе и несколько биогеоценозов. Обратимся к примерам. Можно выделить биогеоценозы океана и биосферы в целом, материка, пояса, почвенно-климатической области, зоны, провинции, округа. Таким образом, биогеоценозом можно считать не каждую экосистему. Мы выяснили это, обратившись к примерам. А вот любой биогеоценоз можно назвать экологической системой. Надеемся, теперь вы уяснили специфику этих понятий. "Биогеоценоз" и "экосистема" нередко употребляются как синонимы, однако разница между ними все-таки есть.

Особенности биогеоценоза

Множество видов обычно обитает в любом из ограниченных пространств. Между ними устанавливаются сложные и постоянные взаимоотношения. Другими словами, разные виды организмов, которые существуют в некотором пространстве, характеризующимся комплексом особых физико-химических условий, представляют собой сложную систему, которая сохраняется более или менее длительное время в природе. Уточняя определение, отметим, что биогеоценоз - это сообщество организмов различных видов (исторически сложившееся), которые тесно связаны между собой и с окружающей их, обменом энергии и веществ. Специфическая характеристика биогеоценоза заключается в том, что он пространственно ограничен и довольно однороден по видовому составу включенных в него живых существ, а также по комплексу различных Существование как целостной системы обеспечивает постоянное поступление в этот комплекс солнечной энергии. Как правило, граница биогеоценоза устанавливается по границе фитоценоза (растительного сообщества), который является его важнейшим компонентом. Таковы основные его особенности. Роль биогеоценоза велика. На его уровне происходят все процессы потока энергии и круговорота веществ в биосфере.

Три группы биоценоза

Главная роль в осуществлении взаимодействия между различными его компонентами принадлежит биоценозу, то есть живым существам. Они подразделяются по своим функциям на 3 группы - редуцентов, консументов и продуцентов - и тесно взаимодействуют с биотопом (неживой природой) и друг с другом. Эти живые существа объединены существующими между ними пищевыми связями.

Продуценты - это группа автотрофных живых организмов. Потребляя энергию солнечного света и минеральные вещества из биотопа, они создают тем самым первичные органические вещества. К данной группе относятся некоторые бактерии, а также растения.

Редуценты разлагают остатки умерших организмов, а также расщепляют до неорганических органические вещества, тем самым возвращая в биотоп "изъятые" продуцентами минеральные вещества. Это, например, некоторые виды одноклеточных грибов и бактерий.

Динамическое равновесие системы

Виды биогеоценоза

Биогеоценоз может быть естественным и искусственным. К видам последнего относятся агробиоценозы и городские биогеоценозы. Остановимся подробнее на каждом из них.

Биогеоценоз естественный

Отметим, что каждый природный естественный биогеоценоз - это система, сложившаяся в течение длительного времени - тысяч и миллионов лет. Поэтому все ее элементы являются "притертыми" друг к другу. Это приводит к тому, что устойчивость биогеоценоза к различным изменениям, происходящим в окружающей среде, очень высока. "Прочность" экосистем не беспредельна. Глубокие и резкие изменения условий существования, сокращение числа видов организмов (например, в результате масштабного вылова промысловых видов) приводят к тому, что равновесие может быть нарушено и он может быть разрушен. В этом случае происходит смена биогеоценозов.

Агробиоценозы

Агробиоценозы - это особые сообщества организмов, которые складываются на территориях, используемых людьми в сельскохозяйственных целях (посадки, посевы культурных растений). Продуценты (растения), в отличие от биогеоценозов естественного вида, представлены здесь одним видом культуры, выращиваемой человеком, а также определенным числом видов сорных растений. Разнообразие (грызунов, птиц, насекомых и т. п.) определяет растительный покров. Это виды, которые могут питаться произрастающими на территории агробиоценозов растениями, а также находиться в условиях их культивирования. Данные условия определяют наличие и других видов животных, растений, микроорганизмов и грибов.

Агробиоценоз зависит, прежде всего, от деятельности человека (внесение удобрений, механическая обработка почвы, орошение, обработка ядохимикатами и др.). Устойчивость биогеоценоза этого вида слабая - он очень быстро разрушится без вмешательства людей. Это вызвано отчасти тем, что растения культурные намного более прихотливы, нежели дикорастущие. Поэтому они не могут выдерживать конкуренции с ними.

Городские биогеоценозы

Городские биогеоценозы представляют особый интерес. Это еще одна разновидность антропогенных экосистем. В качестве примера можно привести парки. Основные как и в случае с агробиоценозами, являются в них антропогенными. Видовой состав растений определяет человек. Он сажает их, а также осуществляет уход за ними и их обработку. Наиболее сильно изменения внешней среды выражены именно в городах - повышение температуры (от 2 до 7 °С), специфические особенности почвенного и атмосферного состава, особый режим влажности, освещенности, действия ветров. Все эти факторы формируют городские биогеоценозы. Это очень интересные и специфические системы.

Примеры биогеоценоза многочисленны. Различные системы отличаются друг от друга по видовому составу организмов, а также по свойствам среды, в которой они обитают. Примеры биогеоценоза, на которых мы подробно остановимся, - это листопадный лес и пруд.

Листопадный лес как пример биогеоценоза

Листопадный лес является сложной экологической системой. В состав биогеоценоза в нашем примере входят такие виды растений, как дубы, буки, липы, грабы, березы, клены, рябины, осины и другие деревья, листва которых осенью опадает. Несколько их ярусов выделяется в лесу: низкий и высокий древесный, мохового напочвенного покрова, трав, кустарников. Растения, населяющие верхние ярусы, являются более светолюбивыми. Они лучше выдерживают колебания влажности и температуры, нежели представители нижних ярусов. Мхи, травы и кустарники теневыносливы. Они существуют летом в полумраке, образующимся после развертывания листвы деревьев. Подстилка лежит на поверхности почвы. Она образуется из полуразложившихся остатков, веточек кустарников и деревьев, опавшей листвы, мертвых трав.

Лесные биогеоценозы, в том числе листопадные леса, характеризуются богатой фауной. Их населяет множество норных грызунов, хищников (медведь, барсук, лисица), землероющих насекомоядных. Встречаются и живущие на деревьях млекопитающие (бурундук, белка, рысь). Косули, лоси, олени входят в состав группы крупных травоядных. Кабаны широко распространены. В разных ярусах леса гнездятся птицы: на стволах, в кустарниках, на земле или на вершинах деревьев и в дуплах. Имеется множество насекомых, питающихся листьями (к примеру, гусеницы), а также древесиной (короеды). В верхних слоях почвы, а также в подстилке обитает, кроме насекомых, огромное число и других позвоночных (клещи, дождевые черви, личинки насекомых), множество бактерий и грибов.

Пруд как биогеоценоз

Рассмотрим теперь пруд. Это пример биогеоценоза, средой жизни организмов в котором является вода. Крупные плавающие или укореняющиеся растения (рдесты, кувшинки, камыш) поселяются на мелководье прудов. Мелкие плавающие растения распространены по всей толще воды, до той глубины, куда проникает свет. В основном это водоросли, которые называются фитопланктоном. Их иногда много, в результате чего вода делается зеленой, "цветет". Множество сине-зеленых, зеленых и диатомовых водорослей содержится в фитопланктоне. Головастики, личинки насекомых, ракообразные питаются растительными остатками или живыми растениями. Рыбы и хищные насекомые поедают мелких животных. А за растительноядными и более мелкими хищными рыбами охотятся крупные хищные. Разлагающие органические вещества организмы (грибы, жгутиковые, бактерии) широко распространены по всей территории пруда. В особенности много их на дне, поскольку здесь скапливаются остатки мертвых животных и растений.

Сравнение двух примеров

Сравнив примеры биогеоценоза, мы видим, насколько непохожи и по видовому составу, и по внешнему виду экосистемы пруда и леса. Это обусловлено тем, что у организмов, населяющих их, разная среда обитания. В пруду это вода и воздух, в лесу - почва и воздух. Тем не менее функциональные группы организмов являются однотипными. В лесу продуценты - это мхи, травы, кустарники, деревья; в пруду - водоросли и плавающие растения. В лесу в состав консументов входят насекомые, птицы, звери и другие беспозвоночные, населяющие подстилку и почву. К консументам в пруду относятся различные земноводные, насекомые, ракообразные, хищные и растительноядные рыбы. В лесу редуценты (бактерии и грибы) представлены наземными формами, а в пруду - водными. Отметим также, что и пруд, и лиственный лес, - это естественный биогеоценоз. Примеры искусственных мы приводили выше.

Почему биогеоценозы сменяют друг друга?

Биогеоценоз не может существовать вечно. Он неизбежно рано или поздно сменяется другим. Это происходит в результате изменения среды живыми организмами, под влиянием человека, в процессе эволюции, при изменении климатических условий.

Пример смены биогеоценоза

Рассмотрим в качестве примера случай, когда сами живые организмы являются причиной смены экосистем. Это заселение скальных пород растительностью. Большое значение на первых стадиях этого процесса имеет выветривание пород: частичное растворение минералов и изменение их химических свойств, разрушение. На начальных этапах очень большую роль играют первые поселенцы: водоросли, бактерии, сине-зеленые. Продуцентами являются в составе лишайников и водоросли свободноживущие. Они создают органическое вещество. Сине-зеленые из воздуха берут азот и обогащают им еще малопригодную для обитания среду. Лишайники растворяют выделениями органических кислот скальную породу. Они способствуют тому, что элементы минерального питания постепенно накапливаются. Грибы и бактерии разрушают созданные продуцентами органические вещества. Последние не полностью минерализуются. Постепенно накапливается смесь, состоящая из минеральных и органических соединений и обогащенных азотом растительных остатков. Создаются условия для существования кустистых лишайников и мхов. Ускоряется процесс накопления азота и органического вещества, образуется тонкая прослойка почвы.

Формируется примитивное сообщество, которое может существовать в данной неблагоприятной обстановке. К суровым условиям скал хорошо приспособлены первые поселенцы - они выдерживают и мороз, и жару, и сушь. Постепенно они изменяют среду обитания, создавая условия для образования новых популяций. После того как появляются травянистые растения (клевер, злаки, осоки, колокольчик и др.), ужесточается конкуренция за питательные элементы, свет, воду. В этой борьбе пионеры-поселенцы вытесняются новыми видами. Кустарники поселяются за травами. Они скрепляют своими корнями формирующуюся почву. Лесными сообществами сменяются травяно-кустарниковые.

В ходе длительного процесса развития и смены биогеоценоза количество входящих в него видов живых организмов постепенно растет. Более сложным становится сообщество, все более разветвленной делается его Увеличивается разнообразие связей, существующих между организмами. Все полнее сообщество использует ресурсы среды. Так оно превращается в зрелое, которое хорошо приспособлено к условиям среды и обладает саморегуляцией. В нем популяции видов хорошо воспроизводятся и другими видами не замещаются. Тысячи лет длится описанная смена биогеоценозов. Однако существуют смены, которые происходят на глазах всего лишь одного поколения людей. К примеру, это зарастание мелких водоемов.

Итак, мы рассказали о том, что такое биогеоценоз. Примеры с описанием, представленные выше, дают наглядное представление о нем. Все, о чем мы рассказали, важно для понимания этой темы. Типы биогеоценозов, их структура, особенности, примеры - все это следует изучить для того, чтобы иметь полное представление о них.

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.

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:

Пресноводные.
Морские.
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.