Экосистема. Биогеоценоз

Экосистемой называют совокупность живых организмов и среды их обитания взаимосвязанных обменом веществ и энергии. Например, все обитатели водоема (животные, растения, бактерии) составляют его биоценоз – совокупность организмов, обитающих на одной территории и тесно связанных друг с другом.

Кроме организмов в водоёме ещё есть вода, которая может быть стоячей или проточной, пресной или соленой и др. У водоема есть дно (песчаное, глинистое или другое), глубина (большая или малая) и т.д. Одним словом есть ещё абиотические компоненты, которые все вместе составляют биотоп.

Биоценоз (биотический компонент) вместе с биотопом (абиотическим компонентом) образуют экосистему. 

Понятие «экосистема» довольно широкое. Экосистемой можно назвать и аквариум, и лес, и всю биосферу. В этом отношении более конкретным является понятие биогеоценоз. Биогеоценозом называют имеющую естественные границы совокупность живых организмов, тесно связанных со средой обитания. В качестве примера биогеоценозов можно назвать луг, лес, болото, пруд. А вот применительно к аквариуму или биосфере понятие биогеоценоз не используется. Таким образом, экосистема и биогеоценоз, в принципе, одно и то же – совокупность организмов взаимосвязанных со средой обитания, но понятие биогеоценоз более конкретное.

Функциональные группы организмов в экосистеме.

В экосистеме постоянно происходит круговорот веществ. Поддержание этого круговорота осуществляется благодаря наличию трёх функциональных групп организмов. Продуценты (обычно зеленые растения) – создают органические вещества из неорганических. Консументы (в основном животные) потребляют эти органические вещества и преобразуют их в другие органические вещества. Редуценты (бактерии, плесневые грибки) разлагают органические вещества до неорганических, т.е. осуществляют минерализацию. Образовавшиеся минеральные вещества вновь потребляются продуцентами. Таким образом, в круговороте веществ продуценты являются производителями, консументы – потребителями, редуценты – разрушителями.

Если деятельность продуцентов уравновешивается работой консументов и редуцентов, то круговорот веществ является стабильным (замкнутым, полным). При таком круговороте и вся экосистема будет стабильна. Таким образом, нормальный круговорот веществ – основа устойчивости экосистем.

Цепи питания (трофические цепи).

Передача вещества и энергии в экосистеме происходит в цепях питания в процессе поедания одних организмов другими. Цепь питания – ряд организмов, в котором каждый предыдущий служит пищей последующему. Отдельное звено пищевой цепи называется трофическим уровнем.

Обычно начальным звеном трофических цепей являются зеленые растения (продуценты) – первый трофический уровень. Второй трофический уровень занимают организмы, питающиеся продуцентами. Это различные растительноядные организмы: копытные, грызуны, насекомые и др. Их называют консументами первого порядка. Следующий трофический уровень – консументы второго порядка. Это те, кто потребляет консументов первого порядка, т.е. различные хищники. Некоторые организмы могут занимать разное положение в цепях питания. Например, человек может потреблять растительную пищу, т.е. занимать место консумента первого порядка, а может использовать в пищу мясо домашних животных, тогда он консумент второго порядка.

Существует два основных типа трофических цепей.

Пастбищные цепи (цепи выедания) начинаются с живых растений. Например, гусеницы едят зеленые листья, короеды грызут кору, мышь собирает семена и т.п. Всё это примеры начала пастбищных цепей.

Детритные цепи (цепи разложения) начинаются с детрита (т.е. с мертвых органических остатков). Личинки мух питаются навозом, жуки-могильщики используют трупы мелких животных, дождевые черви потребляют в пищу растительные остатки. Так начинаются детритные цепи.

Большинство организмов питаются разнообразной пищей, и сами служат кормом для разных видов. Поэтому трофические цепи в экосистеме не изолированы друг от друга, а тесно переплетены, составляя единую трофическую сеть.

Экологическая пирамида.

Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет энергии, накопленной растениями в ходе фотосинтеза. При переходе с одного трофического уровня на другой большая часть энергии теряется. Часть её рассеивается в виде тепла в ходе жизнедеятельности организмов. Другая часть энергии покидает трофическую цепь с непереваренными остатками пищи, которые впоследствии используются редуцентами, и, в конце концов, содержащаяся и в них энергия рассеивается в виде тепла. В связи с этим можно говорить лишь о потоке энергии в экосистеме, но не о круговороте.

Закономерность, отражающая переход энергии в трофических цепях, получила название правила 10% - на каждый следующий трофический уровень передается примерно 10% энергии предыдущего. Если принять за 100% энергию первого уровня, то на второй передастся 10%, на третий – 1%, а на четвертый всего 0,1%. Именно по этой причине количество звеньев в пищевых цепях не бывает большим.

В связи с большими потерями энергии биомасса каждого трофического уровня (суммарная масса организмов) постепенно уменьшается. Данная закономерность получила название экологической пирамиды. В наземных экосистемах биомасса растительноядных животных всегда меньше биомассы растений, а биомасса хищников ещё меньше.

В водных экосистемах ситуация несколько иная. Основную массу продуцентов составляют одноклеточные водоросли (фитопланктон), которые быстро размножаются, но также быстро потребляются консументами. В результате их биомасса всегда остается на низком уровне, даже меньше биомассы консументов. Однако, если учесть количество энергии, вовлекаемой фитопланктоном в пищевую цепь, то никакого противоречия с правилом 10% нет.

Структура экосистемы.

Виды, входящие в состав экосистемы, распределены в пространстве неоднородно. Ярким примером такой неоднородности является ярусное расположение (ярусность) растений в экосистеме леса (рис. 25.4).

Наиболее светолюбивые растения (высокие деревья) занимают первый ярус. Следующий ярус представлен невысокими деревьями, а ниже расположены кустарники, образующие третий ярус. Нижний ярус образуют теневыносливые и тенелюбивые травы. Такое расположение надземных частей растений обеспечивает наиболее полное использование солнечного света.

Ярусность наблюдается и в расположение корней. Глубже других уходят корни деревьев, а корни травянистых растений, расположены в поверхностном слое почвы. Это обеспечивает наиболее полное использование таких ресурсов, как вода и минеральные вещества.

Ярусное расположение характерно также и для животных. Одни из них предпочитают держаться в кронах деревьев, другие предпочитают нижние ярусы.

Биоценоз любой экосистемы характеризуется видовой структурой. Как правило, в любом биоценозе есть численно преобладающий вид - доминант. Кроме него имеется большое число видов, численность которых невелика или даже мала. Чем больше видов в экосистеме, тем она устойчивее.

Виды представлены отдельными популяциями, для которых характерно наличие определенной половой (соотношение особей разного пола) или возрастной (соотношение особей разного возраста) структуры. Чем сложнее возрастная структура, т.е. чем больше особей разного возраста имеется в популяции, тем она устойчивее (т.е. тем стабильнее ее численность).

Численность популяций может изменяться. Процесс изменения численности популяций называется динамикой численности популяции. Основными показателями, от которых она зависит, являются рождаемость, смертность и миграции.