Под экосистемой понимают совокупность биологических и небиологических факторов, взаимодействующих более или менее длительное время, как в природных, так и в искусственных условиях.
Биогеоценоз – это исторически сложившаяся природная система биотических и абиотических факторов среды.
Таким образом, луг, лес, болото, пруд мы можем назвать биогеоценозами. А вот аквариум, каплю воды, пробирку с растущими в ней микробами биогеоценозами называть нельзя – это экосистемы.
Экосистема – это понятие более широкое, чем понятие биогеоценоз.
В экологической литературе часто пользуются понятием ландшафт. Ландшафт – это достаточно обширный участок земной поверхности, в пределах которого различные компоненты природы, такие как горные породы, рельеф, климат, воды почвы, растительный и животный мир составляют единое целое. Ландшафт включает в себя определенный набор биогеоценозов. Ландшафты объединяются в ландшафтные зоны.
В экологии существует такое понятие как антропогенные типы ландшафтов, связанные с деятельностью человека.
В основе классификации наземных экосистем лежат признаки растительных сообществ, составляющих основу экосистем, а также климатические признаки. Выделяют ряд типов экосистем, таких как лес хвойный, лес смешанный, лес дождевой или тропический, степь, саванна, прерия, тундра лишайниковая и другие.
Между растительными сообществами обычно нет четких границ. И все же в большинстве случаев экологи эти границы определяют с достаточной точностью.
Все экосистемы составляют единую экосистему Земли, называемую биосферой.
2.Структура сообщества. Цепи питания.
Любое сообщество организмов имеет определенную структуру. Под структурой сообщества обычно понимают соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах обмена и круговорота веществ, по месту в пищевой цепи и так далее.
Таким образом, структура сообщества включает в себя ряд компонентов, таких как видовая, морфологическая и трофическая структура.
Видовая структура сообщества включает два понятия видовой состав и видовое разнообразие. Обычно в составе сообщества имеется мало видов, представленных большим числом особей и сравнительно много особей встречающихся редко.
Чем многочисленнее вид, тем в большей степени он определяет процессы, идущие в сообществе. Некоторые виды, называемые индикаторными, указывают на состояние среды обитания. Во многих пресноводных водоемах, например, индикаторами являются ракообразные.
Второй признак, указывающий на благополучие и устойчивость сообщества – это видовое разнообразие. Чем выше видовое разнообразие, тем больше экологических ниш и тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям среды.
Еще одним важным экологическим свойством сообщества является его морфологическая структура. Морфологическая структура – это его пространственная организация.
Понятие морфологическая структура в большей степени относится к фитоценозам, то есть растительным сообществам. Главные или доминирующие формы в растительных сообществах определяют его принадлежность к тому или иному типу растительности.
Поскольку виды и жизненные формы существуют совместно, они должны быть все же обособлены. Это выражается в вертикальном и горизонтальном разделении растительной части сообщества на отдельные элементы. Вертикальное разделение фитоценозов выражается в ярусности. Обычно лес в средней полосе насчитывает 4 – 5 ярусов: древесный, кустарниковый, травянистый, лишайниковый или моховой, при этом древесный ярус могут делить на два – высоких и низких деревьев. Малоярусные сообщества луг, степь, болото имеют два – три яруса.
Животные, как и растения, также более или менее привязаны к ярусам. Например, разные виды птиц строят гнезда и кормятся в разных ярусах – на земле, в кустарниках, в кронах деревьев.
Горизонтальное деление сообщества также отражает неоднородность условий жизни. Особенно это отражается в структуре наземного покрова. Это явление носит название мозаичности.
Трофическая структура сообщества может быть выражена фразой «кто кого ест». В основе любого биоценоза лежат автотрофные организмы. Они способны из неорганических веществ сделать органические. Прежде всего, это растения.
Автотрофов в экологии обычно называют первичными продуцентами, что значит производители.
Гетеротрофные организмы, которые используют уже готовые вещества, могут быть консументами, то есть потребителями и редуцентами, то есть разрушителями.
Консументы могут питаться непосредственно продуцентами, и тогда их называют консументами первого порядка. Если же травоядных животных едят хищники, то эти последние являются консументами второго порядка.
Цепь превращений не была бы замкнутой, если бы не существовали живые существа, которые превращают органические вещества в неорганические. Эти организмы называются редуцентами или разрушителями. Иногда в экологической литературе используют другой термин деструкторы. К группе редуцентов относятся бактерии и грибы. Они так сказать возвращают «кесарю кесарево». Круговорот веществ замыкается.
3. Продуктивность сообщества. Пирамиды численности и биомассы.
Продуктивность и круговорот веществ во многом определяют будущее сообщества.
Продуктивность зависит от двух показателей – воспроизводства и скорости продуцирования биомассы.
Воспроизводство – это способность системы к самообновлению. Если воспроизводство низкое, сообщество довольно быстро гибнет. Воспроизводство, однако, не всегда можно оценить количественно.
Другое дело скорость продуцирования биомассы. Здесь количественные стороны определяются легче. Скорость продуцирования сообщества определяется специальным показателем – продукцией.
Под продукцией в экологии понимают суммарную величину приращения биомассы за единицу времени.
При определении продуктивности сообщества следует учитывать несколько моментов.
Во-первых, в основе продуцирования сообщества лежит продуктивность автотрофных организмов, продуцентов. Именно их биомасса является ограничивающим фактором, определяющим рост биомассы всего сообщества.
Во-вторых, продуцирование происходит непрерывно, поэтому в наших расчетах, мы должны учитывать число как выживших, так и погибших в течение определенного времени особей.
В-третьих, только в том случае, когда продукция данного трофического уровня покрывает пищевые потребности следующего уровня, экосистема сохраняет устойчивость. Если этого не наблюдается, то сообщество идет по пути выедания ресурсов.
В-четвертых, продукция каждого последующего уровня продуктивности должен быть ниже предыдущего.
Продукция также разделяется на первичную и вторичную.
Первичной продукцией называется биомасса образованная первичными продуцентами. Вторичной продукцией называют биомасса, образованная консументами и редуцентами. В значительной мере, о состоянии сообществ можно судить, проследив за потоками энергии и вещества в сообществах.
Поток вещества и поток энергии в сообществах понятия несколько разные, хотя и параллельные.
Для изучения потока вещества в экосистемах изучают перемещение отдельных химических элементов. Элементы могут циркулировать по экосистеме практически непрерывно. Иное дело энергия. Она согласно второму закону термодинамики может быть использована только один раз. Потери энергии на разных ступенях экосистемы неизбежны. Таким образом, существование живых систем невозможно без постоянного притока энергии. Фактически, единственным источником энергии для всего живого на Земле является энергия Солнца.
Анализ показывает, что в лучшем случае лишь одна двадцатая часть энергии Солнца запасается зелеными растениями в виде биохимической энергии, а большая часть теряется в виде тепла на испарение. А ведь и запасы природного газа нефти, угля – это продукты жизнедеятельности организмов! Таким образом, человечество полностью зависит от продуктивности экосистем.
Все организмы в сообществе связаны между собой пищевыми и энергетическими потоками. Эти взаимоотношения выражаются в таких экологических понятиях, как пищевая цепь и пирамида численности и биомассы.
Количество энергии в каждом новом звене цепи питания неуклонно падает. Во-первых, действуют физические причины и, прежде всего, 2-й закон термодинамики. Во-вторых, неизбежны и биохимические потери, так как не все получаемые гетеротрофными организмами вещества ими усваиваются. Наконец, в-третьих, есть и чисто экологическая причина: хищники никогда не уничтожают все объекты своей охоты, так как это вело бы к их гибели. Поэтому между различными звеньями цепей питания существуют определенные количественные отношения.
Соотношение численности или биомассы живых организмов, занимающих разное положение в пищевой цепи, называют пирамидами численности и биомассы.
Пирамида численности – это количественное отражение плотности особей на каждом трофическом уровне. Пирамида биомассы отражает их биомассу в сообществе.
Пирамиды численности могут быть прямыми и перевернутыми. Если скорость воспроизводства жертвы достаточно высока, то даже при достаточно низкой биомассе, такая популяция может быть достаточным источником для хищников, имеющих высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства. Это так называемая прямая пирамида.
Если низшие трофические уровни имеют меньшую плотность и биомассу, чем высшие, то получается перевернутая пирамида.