Урок №58 Структура экосистем.

Популяции в природе не живут изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с ними целостные системы ещё более высокого надвидового уровня организации — биотические сообщества, экосистемы.

Сообществом (биоценозом) называется совокупность видов растений и животных, длительное время сосуществующих в определённом пространстве и представляющих собой определённое экологическое единство.

Эти образования развиваются по своим законам. Одна из главных задач экологии — выявить эти законы; выяснить, как поддерживается устойчивое существование и развитие сообществ, какое влияние оказывают на них изменения различных факторов среды.

О том, что сообщества — не случайные образования — свидетельствует то, что в сходных по географическому положению и природным условиям районах возникают похожие сообщества.

Пример:

озёра средней полосы характеризуются большим сходством фауны и флоры. В составе рыбного населения можно легко обнаружить такие хорошо всем знакомые виды, как плотва, окунь, щука, ёрш и др.

При внимательном изучении обнаруживается не только сходство видов в биоценозах, но и сходство связей между ними. Эти связи чрезвычайно разнообразны. Входящие в сообщество виды снабжают друг друга всем необходимым для жизни — пищей, укрытиями, условиями для размножения. Взаимодействие видов обеспечивает эффективное использование ресурсов сообщества, препятствует бесконтрольному росту численности тех или иных организмов, т. е. выполняет роль регуляторов, поддерживающих устойчивое функционирование сложных природных систем.

Природное жизненное пространство, занимаемое сообществом, называется биотопом (или экотопом).

Биотоп вместе с сообществом (биоценозом) образуют биогеоценоз, в котором длительное время поддерживаются устойчивые взаимодействия между элементами живой и неживой природы.

Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (биотопом).

Граница биогеоценоза устанавливается, как правило, по границе растительного сообщества (фитоценоза) — важнейшего компонента биогеоценоза.

Растительные сообщества обычно не имеют резких границ и переходят друг в друга постепенно при изменении природных условий.

Переходные зоны между сообществами называют экотоны.

Пример:

на границе лесов и тундры на севере нашей страны имеется переходная зона — лесотундра. Здесь чередуются редколесья, кустарники, сфагновые болота, луга. На границе леса и степи простирается зона лесостепи. Более увлажнённые участки этой зоны заняты лесом, сухие — степью.

От участка к участку меняется не только состав растительности, но и животный мир, особенности вещественно-энергетического обмена между организмами и физической средой их обитания.

Экосистема (от греч. oikos — «жилище» и systema — «объединение») — это любое сообщество живых организмов вместе с физической средой их обитания, объединённые обменом веществ и энергии в единый комплекс.

Рассмотрение экосистемы важно в тех случаях, когда речь идёт о потоках вещества и энергии, циркулирующих между живыми и неживыми компонентами природы, о динамике элементов, поддерживающих существование жизни, об эволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество в целом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, по сути, это то, что мы называем природой.

Пример:

примером экосистемы может служить пруд, включающий сообщество его обитателей, физические свойства и химический состав воды, особенности рельефа дна, состав и структуру грунта, взаимодействующий с поверхностью воды атмосферный воздух, солнечную радиацию.

Экосистема и биогеоценоз — близкие понятия, но если термин «экосистема» подходит для обозначения систем любого ранга, то  «биогеоценоз» — понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определёнными единицами растительного покрова — фитоценозами.

Обрати внимание!

Не любая экосистема является биогеоценозом, но любой биогеоценоз — экосистема.

Экосистема — понятие очень широкое и применимое как к естественным (например, тундра, океан), так и к искусственным комплексам (например, аквариум).

Масштабы экосистем могут быть различны.

• Микроэкосистема.

Пример:

почка дерева, лужа, разрушающийся пень с его обитателями.

• • Мезоэкосистема = биогеоценоз.

Пример:

ельник, дубрава, березняк, ивняк, болото.

• • Мегаэкосистема — биом, или природная зона.

Пример:    пустыня, тундра, океан.

Все природные экосистемы связаны между собой и вместе образуют живую оболочку Земли, которую можно рассматривать как самую большую экосистему — биосферу. Она охватывает часть атмосферы, часть литосферы и всю гидросферу. Целостное учение о биосфере создал выдающийся отечественный ученый В. И. Вернадский (1863–1945).

Структурой сообщества обычно называют соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве в пищевой или трофической сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.

Одним из важнейших показателей сообщества является видовая структура.

Видовая структура сообщества включает видовой состав входящих в него организмов и количественное соотношение видовых популяций.

О сообществе судят прежде всего по его видовому разнообразию и видовому богатству.

Видовое богатство — это общий набор видов сообщества, который выражается списками представителей разных групп организмов.

Видовое разнообразие — это показатель, отражающий не только качественный состав биоценоза, но и количественные взаимоотношения видов.

Видовое разнообразие — признак экологического разнообразия: чем больше видов, тем больше экологических ниш, то есть выше богатство среды.

Видовое разнообразие связано также с устойчивостью сообщества: чем больше разнообразие, тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям, будь это изменения климата или других факторов.

Число видов в сообществе зависит от многих факторов, например от его географического положения. Оно заметно возрастает при продвижении с севера на юг.

Пример:

в тропическом лесу на одном гектаре можно встретить сотню видов птиц, тогда как в лесу умеренного пояса на той же площади число их не превышает десятка. Но в обоих случаях численность особей примерно одинакова. На островах фауна обычно беднее, чем на материках, причём она тем беднее, чем меньше остров, и чем более он удалён от материка.

Разнообразие живых организмов определяется как климатическими, так и историческими факторами.

Пример:

в районах с мягким устойчивым климатом, с обильными и регулярными осадками, без сильных заморозков и сезонных колебаний температур видовое богатство выше, чем в районах, находящихся в зонах сурового климата, — таких, например, как тундры или высокогорья.

Видовое богатство растёт по мере эволюционного развития сообщества. Чем больше времени прошло с момента образования сообщества, тем выше его видовое богатство.

Пример:

в таком древнем озере, как Байкал, например, только лишь рачков-бокоплавов обитает 300 видов.

Самую короткую историю имеют сельскохозяйственные сообщества, они создаются искусственно, время их существования измеряется несколькими месяцами. Но если крестьянское поле остаётся незасеянным и необработанным в течение двух-трёх лет, оно приобретает совсем иной облик: повышается разнотравье, появляются новые виды насекомых, птиц, грызунов.

В любом сообществе, как правило, сравнительно мало видов, представленных большим числом особей или большой биомассой, и сравнительно много видов, встречающихся редко. Виды с высокой численностью играют огромную роль в жизни сообщества, особенно так называемые виды-средообразователи.

Пример:

в лесных экосистемах к видам-средообразователям относятся преобладающие виды древесных растений; от них зависят условия, необходимые для выживания других видов растений и животных — трав, насекомых, птиц, зверей, мелких беспозвоночных, лесной подстилки и др.

В то же время редкие виды часто оказываются лучшими показателями состояния сообщества. Это связано с тем, что для поддержания жизни редких видов требуются строго определённые сочетания различных факторов (например, температуры, влажности, состава почв, определённых видов пищевых ресурсов и др.). Поддержание необходимых условий во многом зависит от нормального функционирования экосистем, поэтому исчезновение редких видов позволяет сделать вывод о том, что функционирование экосистем нарушилось.

Обрати внимание!

Видовое разнообразие — признак устойчивости сообществ.

Видовое разнообразие может рассматриваться как показатель благополучия сообщества или экосистемы в целом. Его уменьшение часто указывает на неблагополучие гораздо раньше, чем изменение общего числа живых организмов. В сообществах с высоким разнообразием многие виды занимают сходное положение, населяя один и тот же участок пространства, выполняя сходные функции в системе вещественно-энергетического обмена. В таком сообществе изменение условий жизни под действием, например, изменений климата или иных факторов может привести к исчезновению одного вида, однако эта потеря будет компенсироваться за счёт других видов, близких к выбывшему по своей специализации. Таким образом, чем больше видовое разнообразие, тем более устойчивым является сообщество к внезапным изменениям физических факторов или климата.

Важным экологическим свойством и признаком сообщества является его пространственное сложение — морфологическая структура. Это относится в первую очередь к растительным сообществам (фитоценозам), но также опосредованно — и к населяющим их животным (зооценозам).

О характерных чертах растительного сообщества, например, можно судить по соотношению присутствующих здесь жизненных форм.

Определённые типы внешнего строения организмов, возникшие как приспособления к условиям местообитания, называются жизненными формами.

Число жизненных форм, как правило, существенно меньше числа образующих сообщество видов, а преобладание тех или иных форм характеризует общие условия жизни организмов.

Жизненные формы растений

Жизненные формы у растений и животных очень разнообразны. Они выделяются по совокупности признаков строения и образа жизни.

Пример:

наиболее распространённые жизненные формы растений — деревья, кустарники, кустарнички и травы (травянистые растения).

Пример:

в засушливом климате преобладают суккуленты с мясистыми листьями или стеблями, 

Видовой состав лиственного и хвойного лесов различен, а по соотношению жизненных форм эти сообщества близки.

Набор жизненных форм растений, их соотношение определяют морфологическую структуру сообщества, по которой судят о его принадлежности к тому или иному типу (лес, луг, кустарник).

Жизненные формы животных

Жизненные формы животных для разных систематических групп выделяют по разным признакам.

У зверей одним из основных признаков для выделения жизненных форм считаются способы передвижения (ходьба, бег, прыжки, плавание, ползание, полёт).

Пример:

характерными чертами внешнего строения наземных прыгунов, например, являются длинные задние конечности с сильно развитой мускулатурой бёдер, длинный хвост, короткая шея. К ним относятся обычно обитатели открытых пространств: азиатские тушканчики, австралийские кенгуру, африканские прыгунчики и другие прыгающие млекопитающие, живущие на разных континентах.

Совместное существование разных видов и жизненных форм в сообществе приводит к их пространственному обособлению. Это выражается в горизонтальном и вертикальном расчленении фитоценоза на отдельные элементы, каждый из которых играет свою роль в накоплении и преобразовании вещества и энергии. Это обособление характеризует пространственную структуру сообщества.

Вертикальное расслоение сообщества — ярусность

По вертикали растительное сообщество разделяется на ярусы, в которых располагаются надземные или подземные части растений определённых жизненных форм.

Особенно чётко ярусность выражена в лесных фитоценозах, где насчитывается обычно 5–6 ярусов: древесные ярусы (высоких и низких деревьев), кустарниковый (подлесок), травяно-кустарничковый, моховой (или лишайниковый), подстилка (опад листвы).

Ярусное строение фитоценоза даёт растениям возможность более полно использовать ресурсы среды, прежде всего свет, тепло и влагу. Растения разных ярусов живут в разных условиях, что уменьшает конкуренцию и способствует увеличению видового разнообразия. Чем благоприятнее условия местообитания, тем сложнее ярусность.

Животное население сообщества, «привязанное» к растениям, также распределено по ярусам.

Пример:

микрофауна почвенных животных наиболее богата в подстилке. Разные виды птиц строят гнёзда и кормятся в разных ярусах — на земле (трясогузка), в кустарниках (малиновка, соловей), в кронах деревьев (грачи, сороки).

Горизонтальное расслоение сообщества — мозаичность

По горизонтали сообщество также расчленяется на отдельные элементы — микрогруппировки, расположение которых отражает неоднородность условий жизни. Особенно хорошо это видно в структуре наземного (напочвенного) покрова — в наличии «мозаики» из различных микрогруппировок.

Пример:

кочки или куртинки трав, теневыносливые травы под деревьями, пятна мхов или голого грунта, светолюбивые травы в «окнах» лесных полян.

Пространственная структура сообщества является показателем разнообразия условий жизни организмов, богатства и полноты использования ими ресурсов среды. В определённой мере они характеризуют также устойчивость сообществ, т. е. их способность противостоять внешним воздействиям.

предыдущая следующая