Использование знаний о биогеохимической деятельности микроорганизмов на уроках биологии. Важность роли бактерий и грибов в биоценозах земли

Взаимоотношения между почвенными микроорганизмами, микроорганизмами и высшими растениями

Микроорганизмы почвы находятся в тесной взаимосвязи между собой и другими представителями живого, с самой почвой и почвообразующей породой. Биогеоценозы представляют собой сложные комплексы разных царств природы - растений, животных, грибов, прокариот и абиотической среды:

Биоценоз состоит из популяций, т.е. из особей отдельных видов растений, животных, грибов, бактерий. Основные типы взаимных связей между организмами в биоценозе сводятся к трофическим (пищевым) и метаболическим связям (выделение продуктов обмена, физиологически активных веществ и т.д.). В том и другом случае различают множество разнообразных связей

По способности использовать в качестве пищи различные субстраты почвенные микроорганизмы были разделены С.Н. Виноградским на следующие четыре типа:

· зимогенные, которые способны питаться свежим органическим веществом;

· автохтонные, которые, обладая более мощным ферментативным аппаратом, способны разлагать сложные перегнойные вещества почвы;

· олиготрофные, довольствующиеся бедным субстратом; они способствуют завершению процессов минерализации органических веществ;

· автотрофные, использующие минеральные вещества почвы.

Заселяя один и тот же субстрат, микроорганизмы разных видов вступают между собой в сложные взаимоотношения. Поэтому различают ассоциации микроорганизмов с положительным и отрицательным балансом в борьбе за пищу или метаболиты:

Взаимоотношения с положительным балансом проявляется в виде симбиоза и метабиоза.

Ярким примером симбиотических взаимных отношений являются лишайники: гриб добывает из окружающей среды воду и зольные вещества, а также минеральный азот, а водоросль поставляет грибу продукты фотосинтеза (ассимиляты). В очень тесных симбиотических отношениях находятся дрожжи и молочнокислые бактерии. Молочная кислота, как конечный продукт молочнокислого брожения, служит источником углеродного питания для дрожжей и благоприятной для них кислой среды. Устраняя избыток молочной кислоты и обогащая субстрат витаминами, дрожжи, в свою очередь, благоприятно воздействуют на развитие бактерий. Азотное питание бактерий в дальнейшем оптимизируется за счет использования аминокислот, появляющихся после отмирания грибов.

Метабиоз может выступать в различных формах. Это уже не тесное сожительство двух видов микроорганизмов. В одном случае какой-то из партнеров оказывает положительное влияние на другой. Например, такая форма метаболизма существует между аммонификаторами и двумя группами нитрифицирующих бактерий: аммиак, образующийся в процессе аммонификации, окисляется бактериями из рода Nitrosomona до нитрита, который, в свою очередь, окисляется дальше нитратными бактериями до нитрата. Метабиоз может быть и двусторонне полезным (прокооперация). Такие отношения складываются между азотобактером и целлюлозоразрушающими бактериями: азотобактер непосредственно не может использовать целлюлозу, но хорошо усваивает продукты ее гидролиза целлюлозоразрушающими бактериями - глюкозу и органические кислоты; в свою очередь, азотобактер снабжает эти бактерии азотом. Поэтому и сам процесс разложения целлюлозы идет лучше в комплексе с азотобактером.

При конкуренции за пищу побеждает тот вид микроорганизмов, который быстрее растет. Это часто наблюдается на начальных этапах разложения органического опада, например, в группе сахаролитических грибов.

Ярким примером хищничества является пожирание простейшими животными бактерий, водорослей и дрожжей или «поедание» хитридиевыми грибами почвенных водорослей.

Явление подавления одним видом микроорганизма другого носит название антагонизма. Это подавление может проявляться путем образования токсических веществ неспецифического действия - таких, как сероводород, метан, перекиси, органические кислоты, и специфических антибиотиков. Отличительной особенностью антибиотиков является то, что они действуют на организмы избирательно и в очень низких концентрациях. Так, антибиотик пенициллин, продукт грибов из рода Penicillium, отрицательно действует на грамположительные бактерии и не влияет на грамотрицательные. Действие антибиотиков связано с тем, что одни из них нарушают синтез клеточной стенки (пенициллин), другие - белков (левомицетин), третьи – нуклеиновых кислот (актиномицин) и т.д. Активными продуцентами антибиотиков являются актиномицеты, что, очевидно, способствует их выживанию в жесткой конкуренции за субстрат с быстрорастущими микроорганизмами, ибо они сами растут очень медленно. Особую группу микробов-антагонистов составляют миколитические бактерии, способные за счет своих экзоферментов растворять мицелий микроскопических грибов. Наиболее ярким представителем миколитических бактерий является Pseudomonas fluorescens. Этот микроорганизм защищает растения от заражения патогенными грибами.

Очень важным является установление своеобразных связей микроорганизмов с высшими растениями в биогеоценозах. Взаимное влияние растений и микроорганизмов может наблюдаться при непосредственном поселении последних на корнях растений. К этой группе относятся, в частности, грамотрицательные бактерии, не способные образовывать споры. эти эпифитные микроорганизмы питаются сахарами, аминокислотами и некоторыми другими веществами, в небольших количествах выделяемых растениями. К корням растений эти эпифиты прикрепляются с помощью слизи, которую они вырабатывают.

Количество микроорганизмов в ризосфере не остается постоянным в течение вегетационного периода. К осени, например, здесь резко увеличивается количество целлюлозоразрушающих микробов при снижении большинства других групп. В целом ризосферный эффект, т.е. увеличение количества микроорганизмов в ризосфере по сравнению с почвой без корней наиболее сильно проявляется в условиях бедных песчаных почв. Специфичность же микробиологического состава ризосферы обычно выражена слабее.

Следующим ярким примером взаимных связей микроорганизмов и растений является настоящий симбиоз - мутуализм (клубеньковые бактерии, микориза).

С помощью ряда агротехнических и лесохозяйственных мероприятий можно регулировать численность и качественный состав микроорганизмов почвы, а с ними и взаимоотношения между растениями и микробами. Среди практических мероприятий можно назвать соответствующее чередование культур, агротехнику выращивания их, внесение органических, минеральных и бактериальных удобрений, известкование кислых и гипсование засоленных почв. Мощным средством воздействия на микробный ценоз почвы, а через него и на растения, является гидротехническая мелиорация сельскохозяйственных и лесных земель (ирригация, дренаж).

Вопрос 1. В чем заключается значение и экологическая роль прокариот в биоценозах?

Вопрос 2. Каким образом болезнетворные микроорганизмы влияют на состояние макроорганизма (хозяина)?

Вопрос 3. Опишите строение бактериальной клетки.

Размеры бактериальной клетки обычно составляют от 1 до 15 мкм. Форма клеток очень разнообразна: палочковидные (бациллы), сферические (кокки), спиралевидные (спириллы), в форме запятой (вибрионы). Прокариотическая клетка окружена мембраной обычного строения; кнаружи от мембраны формируется клеточная стенка, в состав которой у большинства бактерий входит особое вещество — муреин. Поверх клеточной стенки многие бактерии выделяют слизистую капсулу, которая служит им для дополнительной защиты клетки. В центральной части клетки расположена одна кольцевая молекула ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Зону клетки, в которой расположен генетический материал, называют нуклеоидом. В клетках прокариотов нет мембранных органоидов. Их функции выполняют впячивания клеточной мембраны. Во всех бактериальных клетках присутствуют рибосомы, которые похожи по строению на рибосомы эукариот, но меньше по размеру. Некоторые бактерии имеют жгутики.

Вопрос 4. Как размножаются бактерии?

Бактерии размножаются простым делением надвое. Перед делением кольцевая ДНК прикрепляется к клеточной мембране. После редупликации клетка начинает расти в длину (за счет, прежде всего, средней части), и две дочерние кольцевые молекулы ДНК, связанные с мембраной, оказываются в разных ее концах. Деление завершается образованием межклеточной перегородки. Дочерние клетки могут разойтись или остаться связанными, образуя колонии.

Вопрос 5. В чем сущность процесса спорообразования у бактерий?

Большинство прокариот способно к образованию спор. Спора — это бактериальная клетка с резко сниженным уровнем обмена веществ, сформировавшая дополнительную внутреннюю защитную оболочку. Спорообразование происходит в неблагоприятных условиях (падение влажности, понижение или повышение температуры, химическое воздействие). При наступлении благоприятных условий споры «прорастают» и дают начало новой бактериальной клетке. Это может произойти даже через сотни и тысячи лет. Споры обладают колоссальной устойчивостью к внешним воздействиям, выдерживают огромные колебания температуры, влажности и давления. В состоянии споры бактерии могут легко распространяться при помощи ветра и другими способами.

Почва, как и любой биоценоз, населена множеством микроорганизмов. Благодаря их деятельности происходят процессы синтеза первичной органики и ее деструкции. Почвенную экосистему составляют микроорганизмы обитающие в почве: бактерии и бактериофаги, грибы, низшие водоросли, различные простейшие. Они осуществляют круговорот веществ, принимают участие в самоочищении почвы, могут быть источниками патогенных инфекций, важными симбионтами растений, переработчиками азота и углерода. Говоря коротко - роль почвенных прокариот важна и огромна. В чайной ложке земли можно насчитать около миллиарда микробов, которые живут в почвенной воде между элементами грунта или ризосферы (корневая зона растения). Их размер сопоставим с мелкодисперсными частицами глины т. е. менее 2 микрон. Благодаря малым размерам и высокой скорости размножения (около 30 минут) микроорганизмы выдерживаю различные изменения и быстро приспосабливаются.

Микроорганизмы, живущие в почве, выделяют в следующие группы:

По форме клеточных стенок. Такая классификация была определена до появления методов исследования генома. Среди всех видов бактерии обособляются в три основные группы:

бациллы - клетка по форме похожа на стержень
кокки - сферические клетки
спириллы - клетка спиралевидной формы

Есть более сложные разновидности, например, разветвленные актиномицеты или другие формы, не попадающие под выше названную классификацию.

По отношению к кислороду:
- аэробные - для жизни необходимо наличие кислорода
- анаэробные - наличие кислорода для них губительно

По способности окрашиваться методом Грама. Суть в наличии внешней защитной липидной оболочки, покрывающей клеточную капсулу не пропускающую краситель и антибиотики:
- грамположительные - большие по размеру, с толстой оболочкой, хорошо выдерживают водный стресс.
- грамотрицательные - более мелкие, не устойчивы к водному стрессу.
По типу питания:

автотрофы - способные самостоятельно получать органику для питания.
Гетеротрофы - использующие готовую органику.

По экологическим предпочтения микроорганизмов (филии). Выделяют 12 таких типов по тем средам и условиям в которых они обитают, например, термофилы - в теплых источниках и т. д.

Функции почвенных бактерий

Почвенные микроорганизмы играю важную роль в деструкции отмершей органики. По функциональным особенностям микроорганизмы можно выделить в следующие группы:

Все 4 группы играют важную роль в переработки почвенной органики, преобразуя ее и делая возможным дальнейшее вовлечение в биологический круговорот. Некоторые способны нейтрализовать пестициды, накапливать азот в почве, противостоять болезням, производить коллоиды и образовывать почвенные микроагрегаты (2-200 микрон) повышающие почвенную влагоемкость.

Грамотрицательные ризобии образуют симбиоз с корнями растений семейства бобовых и образуют специфические видимые специфические клубеньки, в которых бактерии фиксируют азот, используемый растениями получая комплекс растительных углеводов взамен. Поэтому их еще называют клубеньковыми бактериями.

После отмирания растения или его частей в почве количество азота становится больше и при анаэробных условиях в работу включаются нитрифицирующие бакте-рии преобразующие азот в нитраты (форма легко усваивается корнями растений). Если почва плохо аэрируется, то это ведёт к гиперактивности нитрификаторов и как следствие нитраты выщелачиваются. Поэтому в сельском хозяйстве возможно применение бактерий - денитрофикаторов (активны в бескислородных условиях) способных превратить нитраты в атмосферный азот. Процентное соотношение клеток, фиксирующих азот в почве не велико, но они всегда имеется в грунте в зависимости от его типа и увлажнения.

Подобным образом происходит трансформация серы. Бактерии в отсутствии кислорода препятствуют поглощению серы растениями превращая ее в сероводород или в гигрофильных условиях осаждают почвенную серу в виде нерастворимых сульфидов металлов. Если в почве будет достаточно кислорода, то специальные прокариоты после ряда преобразование сделают серу пригодной для растений.

Актиномицеты - обширная группа бактерий которую относят к простейшим грибам. Они гораздо меньше грибных клеток и очень чувствительны к антибиотикам. Этот ряд микроорганизмов важен в превращении трудно разлагаемых и химически устойчивых органических компонентов таких как хитин, целлюлоза, лигнит и т.д. Их деятельность повышает гумификацию почв, плодородие и влагоемкость. Именно они придают характерных запах свежевспаханной почве, а конкретно подвид - стрептомицетов.

Преимущества грунтовых бактерий

Чем больше в почве и особенно в зоне ризосферы будет легкодоступных питательных веществ, особенно углеводов, тем обильнее и устойчивее будет почвенная микрофлора. Концентрация будет повышена в корневой зоне, например, количество актиномицетов может быть в районе 30%. Корневые симбионты и их выделения будут способствовать развитию защитных групп бактерий. Также обильны в таком случае и клубеньковые формы.

Надклеточные защитные выделения слизи и различных химических компонентов бактерий предотвращают потерю клеткой воды. Это склеивает частицы почв в коллоидные мицеллы улучшат почвенную структуру.

Разнородность почв и ее агрегаций способствует обилию популяций микроорганизмов. В плотных средах отмечается нехватка кислорода, а в более рыхлых наоборот. Частые заполнения водой, засухи и другие изменения способствуют большой экологической пластичности микроорганизмов, что привело к такому разнообразию и большой приспособленности.

Фитоценозы, образуемые на первичных почвах способны менять их в следствии естественной эволюции под действием выделяемых веществ. Бактерии также способны менять грунтовые условия обеспечивая определенное видовое соотношение растений. Находясь во взаимной, постоянной организованной среде, бактерии и растения выступают мощным почвообразующим фактором и лежат в основе образования целых экосистем обеспечивая необходимый круговорот био-органики в природе.

Благодаря жизнедеятельности почвенных микробов, большинство которых являются редуцентами, происходит разложение и минерализация животного и растительного опада с образованием гумусовых веществ, процесс самоочищения почвы от ксенобиотиков, попадающих в нее в результате хозяйственной деятельности человека (пестициды, нефтепродукты, нитроароматические вещества, пластмассы, полиэтилен и т.д.). С помощью микроорганизмов почвы осуществляется биологический круговорот многих минеральных элементов (углерод, кислород, сера, азот, фосфор, железо и марганец).

Микробы поддерживают на определенном уровне состав азота в почве. Из-за неравномерных потерь (вымывание водой, улетучивание в атмосферу) содержание азота в почве сильно уменьшилось бы, если бы микробы постоянно не возвращали молекулярный атмосферный азот в почву в результате процесса азотфиксации.

Разложение органических остатков и синтез новых соединений, входящих в состав почвы, протекают при воздействии ферментов, выделяемых разными ассоциациями микроорганизмов. Ни минералы, ни органика сами по себе не переходят в усвояемую форму для растений. Эту функцию выполняют обитатели почв, и в первую очередь - микроорганизмы. Микробные ассоциации не только разлагают органические остатки на более простые органические и минеральные соединения, но и активно участвуют в синтезе высокомолекулярных соединений - перегнойных кислот, которые образуют запас питательных веществ в почве.

Ведущим признаком почвообразовательного процесса считается образование гумуса. Гумус представляет собой группу высокомолекулярных соединений, химическая природа которых ещё точно не установлена. Выделяют четыре группы соединений: гуминовые кислоты, гумины, фульвокислоты и гиматомелановые кислоты. Важную роль в образовании гумуса играют почвенные микроорганизмы. С одной стороны микроорганизмы разлагают различные остатки, в первую очередь растительного происхождения, формируя структурные компоненты гумусовых веществ. Кроме того, они сами в процессе своей жизнедеятельности выделяют вещества, которые являются структурными компонентами гумуса. Отмирая, микроорганизмы поставляют в почву большое количество органики, которая вносит существенный вклад в гумусообразование.

Всех живых обитателей почвы можно отнести к трём надцарствам (безъядерные - Acaryotae; предъядерные - Procaryotae; ядерные - Eucaryotae) и пяти царствам: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные.

Почвенные бактерии образуют три основных класса (А. Н. Красильников): Actinomycetae, Eubacteriae и Myxobacteriae, которые включают в себя различные по форме и функциям микроорганизмы.

Микроскопические организмы почвы выполняют множество различных функций. Например, они в анаеробных условиях активно ферментируют комплексные органические соединения, преобразуя их в простые молекулярные соединения, которые легко усваиваются растениями. Важное значение в повышении урожайности растений и улучшении плодородия почвы имеют микробы-антагонисты. Это особая группа бактерий, грибов, дрожжей и других микроорганизмов, которая вырабатывает различные биологически активные вещества (БАВ), в первую очередь антибиотические вещества, подавляющие рост и развитие патогенной микрофлоры.

Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в котором различные их группы находятся между собой в сложных отношениях. Одни из них успешно сосуществуют, а другие являются антагонистами. Цель ЭМ-технологии заключается в создании оптимальных условий для развития полезной микрофлоры приводящей к оздоровлению почвы, повышению её плодородия и урожайности возделываемых культур.

Микроорганизмы участвуют также в изменениях структуры и химического состава органической фракции почвы. Так, все процессы образования новых веществ и биологической минерализации идут благодаря длинной цепи последовательных и тесно переплетающимися между собой реакций, осуществляемых микроорганизмами. При этом минеральные элементы могут переходить из окисленного состояния в восстановленное, и обратно. Часть веществ вовлекается в состав резервных веществ почвы – гумусовых кислот.

Обычно биологические реакции обратимы. Как правило, они образуют цепи повторяющихся биологических процессов. Соотношения между разными физиологическими группами микроорганизмов в разных типах почв и в зависимости от антропогенной нагрузки неодинаковы и могут быстро изменяться под действием тех или иных факторов, что может служить диагностикой состояния почвы. В результате антропогенной нагрузки на почвы в связи с их хозяйственным использованием меняются условия обитания микроорганизмов, а, следовательно, изменяется соотношение основных физиологических групп микроорганизмов.

Наряду с полезными формами микроорганизмов имеются и вредные, которые уменьшают запасы питательных веществ, разрушают в почве азот или же поражают корневую систему.

Активность развития микроорганизмов зависит прежде всего от наличия в почве органических остатков, температуры и влажности почвы, доступа кислорода воздуха и других факторов.

Не все почвы содержат большие количества микроорганизмов. В некоторых почвах количество микробов так ничтожно, что для повышения урожая приходится прибегать к так называемым бактериальным удобрениям, к которым относятся азотобактерин, фосфоробактерин и силикатный бактерии. Азотобактерин, развиваясь в зоне корневой системы, извлекает из воздуха азот и обогащает им почву. Содержащиеся в фосфоробактерине бактерии способствуют усвоению из почвы фосфора, находящегося в труднорастворимых для питания растений формах. Наконец силикатный бактерии способствует лучшему поглощению из почвы калия.

Учитывая огромную роль микроорганизмов в питании растений, необходимо искусственно создавать в почве такие условия, которые способствуют их размножению, а следовательно, и повышению плодородия почвы.

Описанные выше факторы, обусловливающие климатические и почвенные условия, в которых развивается виноградное растение, действуют не самостоятельно, а в общем комплексе. Исключение из общего комплекса факторов хотя бы одного нарушает условия для нормального роста, развития^-и плодоношения винограда. Поэтому при разработке системы агромероприятий необходимо учитывать всю сумму факторов в их взаимосвязи и взаимозависимости.

Для нормального питания растений необходимы не только вода, минеральные питательные вещества и углекислота воздуха, но и определенные температурные условия, световой и воздушный режим. Процесс минерального питания растений, как известно, неразрывно связан с деятельностью почвенных микроорганизмов. Деятельность почвенных микроорганизмов в свою очередь связана с наличием в почве органических веществ, воздушно-водным и температурным режимом почвы и развитием плодовых растений.

В природе все живые организмы находятся в постоянной взаимосвязи друг с другом. Как же она называется? Биоценоз - это сложившаяся совокупность микроорганизмов, грибов, растений и животных, которая сформировалась исторически на относительно однородном жизненном пространстве. Причем все эти живые организмы связаны не только между собой, но и с окружающей их средой. Биоценоз может существовать как на суше, так и в воде.

Происхождение термина

Впервые понятие было использовано известным немецким ботаником и зоологом Карлом Мебиусом в 1877 г. Он применил его для описания совокупности и взаимоотношений организмов, заселяющих определенную территорию, которую называют биотопом. Биоценоз - это один из главных объектов исследования современной экологии.

Суть взаимосвязей

Биоценоз - это взаимосвязь, возникшая на основе биогенного круговорота. Именно он обеспечивает его в конкретных условиях. Какая структура биоценоза? Данная динамическая и саморегулирующаяся система состоит из следующих взаимосвязанных составляющих:

Продуценты (афтотрофы), являющиеся производителями органических веществ из неорганических. Некоторые бактерии и растения в процессе фотосинтеза преобразуют солнечную энергию и синтезируют органику, которую потребляют живые организмы, называемые гетеротрофами (консументы, редуценты). Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы, который выделяют другие организмы, и вырабатывают кислород.
Консументы, которые являются основными потребителями органических веществ. Травоядные животные поедают растительную пищу, в свою очередь, становясь обедом для плотоядных хищников. Благодаря процессу пищеварения консументы осуществляют первичное измельчение органики. Это начальная ступень ее распада.
Редуценты, окончательно разлагающие органические вещества. Они утилизируют отходы и трупы продуцентов и консументов. Редуценты - это бактерии и грибы. Результатом их жизнедеятельности становятся минеральные вещества, которые снова потребляют продуценты.

Таким образом, можно проследить все связи в биоценозе.

Основные понятия

Всех членов сообщества живых организмов принято называть определенными терминами, происходящими от греческих слов:

совокупность растений на конкретной территории, - фитоценоз;
все виды животных, проживающих в пределах одной площади, - зооценоз;
все микроорганизмы, обитающие в биоценозе, - микробоценоз;
сообщество грибов - микоценоз.

Количественные показатели

Самые важные количественные показатели биоценозов:

биомасса, представляющая собой совокупную массу всех живых организмов в конкретных природных условиях;
биоразнообразие, которое являет собой общее количество видов в биоценозе.

Биотоп и биоценоз

В научной литературе часто используются такие термины, как «биотоп», «биоценоз». Что они означают и чем отличаются друг от друга? На самом деле всю совокупность живых организмов, входящих в конкретную экологическую систему, принято называть биотическим сообществом. Такое же определение имеет и биоценоз. Это совокупность популяций живых организмов, обитающих на определенной географической территории. Она отличается от других по ряду химических (почва, вода) и физических (солнечное облучение, высота над уровнем моря, размер площади) показателей. Участок абиотической среды, занятый биоценозом, называютбиотопом. Так что оба эти понятия применяются для описания сообществ живых организмов. Иными словами, биотоп и биоценоз - это практически одно и то же.

Структура

Существует несколько видов структур биоценоза. Все они характеризуют его по разным критериям. К ним относятся:

Пространственная структура биоценоза, которую подразделяют на 2 типа: горизонтальную (мозаичность) и вертикальную (ярусность). Она характеризует условия обитания живых организмов в конкретных природных условиях.
Видовая структура биоценоза, отвечающая за определенное многообразие биотопа. Она представляет собой совокупность всех популяций, которые входят в его состав.
Трофическая структура биоценоза.

Мозаичность и ярусность

Пространственная структура биоценоза определяется расположением живых организмов разных видов относительно друг друга в горизонтальном и вертикальном направлении. Ярусность обеспечивает наиболее полное использование окружающей среды и равномерное распределение видов по вертикали. Благодаря этому достигается их максимальная продуктивность. Так, в любых лесах выделяют следующие ярусы:

наземный (мхи, лишайники);
травянистый;
кустарниковый;
древесный, включающий деревья первой и второй величины.

На ярусность накладывается соответствующее расположение животных. Благодаря вертикальной структуре биоценоза растения наиболее полно используют световой поток. Так, в верхних ярусах растут светолюбивые деревья, а в нижних - теневыносливые. В почве также выделяют различные горизонты в зависимости от степени насыщенности корнями.

Под действием растительности биоценоз леса создает свою микросреду. В ней наблюдается не только повышение температуры, но и изменение газового состава воздуха. Такие трансформации микросреды благоприятствуют образованию и ярусности фауны, включая насекомых, животных и птиц.

Пространственная структура биоценоза имеет и мозаичность. Под этим термином понимают изменчивость флоры и фауны по горизонтали. Мозаичность по площади зависит от многообразия видов и их количественного соотношения. Также на нее влияют почвенные и ландшафтные условия. Зачастую человек создает искусственную мозаичность, вырубая леса, осушая болота и т. д. Из-за этого на данных территориях образуются новые сообщества.

Мозаичность присуща почти всем фитоценозам. В их пределах выделяют следующие структурные единицы:

Консорции, представляющие собой совокупность видов, объединенных топическими и трофическими связями и зависящих от ядра этой группировки (центрального члена). Чаще всего ее основой выступает растение, а компонентами - микроорганизмы, насекомые, животные.
Синузии, являющие собой группу видов в фитоценозе, принадлежащую близким жизненным формам.
Парцели, представляющие структурную часть горизонтального сечения биоценоза, отличающуюся от других его компонентов своим составом и свойствами.

Пространственная структурированность сообщества

Наглядным примером для понимания вертикальной ярусности у живых существ являются насекомые. Среди них есть такие представители:

обитатели почв - геобии;
жители поверхностного слоя земли - герпетобии;
проживающие во мхах бриобии;
размещающиеся в травостое филлобии;
обитающие на деревьях и кустарниках аэробии.

Горизонтальная структурированность вызывается целым рядом различных причин:

абиогенной мозаичностью, к которой относятся факторы неживой природы, такие как органические и неорганические вещества, климат;
фитогенной, связанной с произрастанием растительных организмов;
эолово-фитогеннаой, представляющей собой мозаичность по абиотическим и фитогенным факторам;
биогенной, связанной в первую очередь с животными, которые способны рыть землю.

Видовая структура биоценоза

Количество видов в биотопе напрямую зависит от стойкости климата, времени существования и производительности биоценоза. Так, например, в тропическом лесу такая структура будет намного шире, чем в пустыне. Все биотопы отличаются друг от друга количеством видов, населяющих их. Самые многочисленные биогеоценозы называют доминантными. В некоторых из них определить точное число живых существ просто невозможно. Как правило, ученные определяют количество разных видов, сосредоточенных на конкретной территории. Этот показатель характеризует видовое богатство биотопа.

Данная структура дает возможность определить качественный состав биоценоза. При сравнении одинаковых по площади территорий определяют видовое богатство биотопа. В науке существует так называемый принцип Гаузе (конкурентного исключения). В соответствии с ним считается, что если в однородной среде существуют 2 вида похожих живых организмов вместе, то при постоянных условиях один из них постепенно вытеснит другой. При этом у них возникают конкурентные взаимоотношения.

Видовая структура биоценоза включает в себя 2 понятия: «богатство» и «разнообразие». Они несколько отличаются между собой. Так, видовое богатство являет общий набор обитающих в сообществе видов. Он выражается перечнем всех представителей разных групп живых организмов. Видовое разнообразие представляет собой показатель, характеризующий не только состав биоценоза, но и количественные взаимоотношения между его представителями.

Ученые различают бедные и богатые биотопы. Эти виды биоценоза отличаются между собой количеством представителей сообществ. В этом немаловажную роль играет возраст биотопа. Так, молодые сообщества, которые начали свое формирование сравнительно недавно, включают небольшой набор видов. С каждым годом число живых существ в нем может увеличиваться. Наиболее бедными являются биотопы, созданные человеком (огороды, сады, поля).

Трофическая структура

Взаимодействие различных организмов, имеющих свое определенное место в круговороте биологических веществ, называюттрофической структурой биоценоза. Она состоит из следующих составляющих:

Особенности биоценозов

Популяции и биоценозы являются предметом тщательного изучения. Так, ученые установили, что большинство водных и практически все наземные биотопы имеют в своем составе микроорганизмов, растений и животных. Они установили такую особенность: чем больше различия в двух соседних биоценозах, тем более разнородные условия на их границах. Также установлено, что численность какой-то группы организмов в биотопе в значительной степени зависит от их размеров. Иными словами, чем мельче особь, тем больше численность этого вида. Установлено и то, что группы разных по размеру живых существ живут в биотопе в различных масштабах времени и пространства. Так, жизненный цикл некоторых одноклеточных протекает в пределах одного часа, а крупного животного - в пределах десятилетий.

Численность видов

В каждом биотопе выделяют группу основных видов, самых многочисленных в каждом размерном классе. Именно связи между ними являются определяющими для нормальной жизнедеятельности биоценоза. Те виды, которые преобладают по численности и продуктивности, считаются доминантами данного сообщества. Они господствуют в нем и являются ядром этого биотопа. Примером может служить трава мятлик, которая занимает максимальную площадь на пастбище. Она является основным продуцентом этого сообщества. В самых богатых биоценозах почти всегда все виды живых организмов малочисленны. Так, даже в тропиках на одной небольшой площади редко встречаются несколько одинаковых деревьев. Поскольку такие биотопы отличаются своей высокой стабильностью, в них редко встречаются вспышки массового размножения некоторых представителей флоры или фауны.

Все виды сообщества составляют егобиоразнообразие. У биотопа есть определенные принципы. Как правило, в его состав входят несколько основных видов, отличающихся высокой численностью, и большое количество редких видов, характеризующихся незначительным количеством его представителей. Это биоразнообразие является основой равновесного состояния конкретной экосистемы и ее устойчивости. Именно благодаря ему в биотопе происходит замкнутый круговорот биогенов (питательных веществ).

Искусственные биоценозы

Биотопы формируются не только естественным путем. В своей жизнедеятельности люди давно научились создавать сообщества с полезными для нас свойствами. Примеры биоценоза, созданного человеком: