Биогеоценозы, их структура и характеристика

Для живых существ характерно неравномерное расселение по Земному шару. Участок водоема или суши с однотипными усло­виями рельефа, климата и других абиотических факторов, заня­тый определенными живыми существами, называют биотопом, или местом жизни (от био... и греч. topos — место). Исторически сложившаяся совокупность популяций разных видов, населяю­щих биотоп, называется биоценозом (от био... и греч. kotnos— общий). Всю полноту взаимодействий и взаимозависимости жи­вых существ и элементов неживой природы в области распростра­нения жизни отражает концепция биогеоценоза. Биогеоценоз (от био..., греч. ge — Земля и ценоз) — динамическое и устойчивое сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа. Таким образом, биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абиотической (экотоп) части, которые связаны не­прерывным обменом вещества и предтавляет собой энергетически и вещественно открытую систему. Термин «биогеоценоз» был предложен академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г. В англоязыч­ных странах в аналогичном значении чаще используют термин «экосистема» (введен в науку английским ботаником А. Тенсли в 1935 г.), хотя он более многозначен и употребляется также по от­ношению к искусственным комплексам организмов и абиотиче­ских компонентов (аквариум, космический корабль) и к отдель­ным частям биогеоценоза (например, гниющий пень в лесу со все­ми населяющими его организмами). В отличие от биогеоценозов, границы которых задаются рамками растительных сообществ (фитоценозов), экосистемы не имеют определенного объема и мо­гут охватывать пространства разной протяженностц — от капли воды или аквариума до океана или всей поверхности планеты. В состав биогеоценоза входят следующие компоненты:

· неорганические вещества, включающиеся в круговорот (со­единения углерода и азота, кислород, вода, минеральные соли и др.);

· климатические факторы (температура, освещенность и др.);

· органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, уг­леводы, липиды и др.);

· продуценты (от лат. producentis — производящий, соз­дающий) — автотрофные организмы, синтезирующие органиче­ские вещества из неорганических (в основном растения);

· консументы (от лат. сопsито — потребляю) — гетеротроф­ные организмы, растительноядные и плотоядные потребители гото­вого органического вещества (преимущественно животные);

· редуценты (от лат. reducentis — возвращающий, восста­навливающий) — гетеротрофные организмы, разрушающие остатки мертвых растений и животных и превращающие их в минеральные соединения (бактерии, грибы и др.).

Каждый биогеоценоз характеризуется видовым разнообра­зием, плотностью популяций каждого вида и биомассой — общим количеством живого органического вещества. Первичной продук­тивностью биогеоценоза называется биомасса, синтезируемая растениями в единицу времени, а вторичной — биомасса, обра­зуемая гетеротрофными организмами (консументами) в единицу времени.

Взаимоотношения между организмами биогеоценозов в про­цессе питания строятся на основе цепей питания — рядов взаи­мосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему (рис. 7).

Рис. 7. Схема простей шей пищевой цепи. Стрелки направлены

к источнику пищи.

Цепи питания составляют тро­фическую структуру, по которой происходит перенос энергии и круговороты веществ. Источником энергии, за счет которой су­ществуют все организмы, является Солнце.

Пищевая цепь состоит из ряда трофиче­ских уровней, последовательность которых соответствует направ­лению потока энергии.

Первое звено (первый трофический уровень) всякой цепи питания — зеленые растения, преобразующие в процессе фотосинтеза световую энергию в энер­гию химических связей органических соединений (продуценты). Такому превращению подвергается лишь 0,1 % солнечной энер­гии, поступающей на Землю.

Второе звено (второй трофический уровень) составляют травоядные животные (первичные по­требители, консументы), поедающие растения. Большое количе­ство потребляемой энергии они расходуют на процессы жизнедея­тельности и только около 10 % — на построение тела. Хищники (вторичные потребители, консументы), поедающие травоядных, также используют на построение своего тела до 10 % энергии.

Так как на каждой ступени питания теряется около 90 % энергии, то цепи питания не могут быть длинными, чаще всего они состоят из 3—5 звеньев. В среднем из одной тонны растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники могут построить из это­го количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники — только 1 кг. Следовательно, масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность называется правилом экологической пирамиды. В каждом после­дующем звене уменьшается и количество особей; в противном случае хищники, уничтожив свои жертвы, сами были бы обрече­ны на гибель.

Особи каждого вида используют лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, доводя его распад до определен­ной стадии. Трупами и экскрементами консументов питаются сапрофиты — различные навозные и трупоядные насекомые, грибы и гнилостные бактерии, доводя их разложение до минеральных веществ, необходимых для питания растений. Они являются раз­рушителями (редуцентами, деструкторами) и составляют третье звено (третий трофический уровень) цепей питания.

Отдельные звенья пищевой цепи схематически изображают в виде прямоугольников, площадь которых соответствует числовым значениям звеньев. Располагая их в определенной последователь­ности, получают экологическую пирамиду. Различают три типа экологических пирамид: 1) пирамиды чисел (на каждом уровне отмечают численность организмов); 2) пирамида биомасс (откла­дывают значения общей сухой или сырой массы организмов раз­ных уровней); 3) пирамида энергии (показывает величину потока энергии на последовательных уровнях) (рис. 8).

Рис. 8. Экологические пирамиды:а — числа; б — биомасса; в — энергия.

Расчеты выполнены, исходя из допущения, что маль­чик потребляет в пищу только телятину, а телята — люцерну.

Экологическая пирамида обычно имеет вид треугольника с широким основанием, суживающимся кверху. Пирамиды биомасс более наглядны, так как более точно показывают количественные соотношения от­дельных уровней.

Особи вида, занимающего положение высшего звена пирами­ды питания, конкурируют друг с другом, но во взрослом состоя­нии, как правило, непосредственно не уничтожаются. Ограничи­вающим фактором здесь является только количество корма. Ви­ды, занимающие низшие звенья пирамиды, чаще всего обеспече­ны питанием, но интенсивно истребляются высшими звеньями. Такие организмы становятся кормовой базой для высших животных.

Почти все виды животных используют несколько источников пищи, поэтому, если один член биогеоценоза выпадает из сообще­ства, вся система не нарушается. Чем больше видовое разнообра­зие в биогеоценозе, тем он устойчивее. Между всеми компонента­ми биогеоценоза устанавливается определенное динамическое равновесие, поддерживаемое саморегуляцией — способностью биогеоценозов восстанавливать свой состав после какого-либо от­клонения. Например, массовое размножение грызунов вызывает значительное увеличение численности хищников и паразитов, которые сокращают величину популяции грызунов. Вслед за этим сокращается численность хищников, так как они начинают поги­бать от недостатка пищи (волны жизни). Таким образом динами­ческое равновесие восстанавливается. Структура биогеоценоза складывается в процессе эволюции, причем каждый вид эволюционирует таким образом, чтобы за­нять в биоценозе определенное место (нишу). Совместное истори­ческое развитие многих видов на одной территории способствует водстве широко используются теплицы, парники и выращивание овощей без грунта — гидропоника (в качестве субстрата использу­ется гравий, орошаемый растворами солей) и аэропоника (суб­страт отсутствует, а корни периодически опрыскиваются раство­рами минеральных солей).