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). Совокупность популяций разных видов, населяющих биотоп, исторически сложившегося, называется биоценозом (от био... и греч. koinos - общий). Всю полноту взаимодействий и взаимозависимости живых существ и элементов неживой природы в области распространения жизни отражает концепция биогеоценоза. Биогеоценоз (от био..., греч. geos - Земля и ценоз) - динамическое и устойчивое сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа. Таким образом, биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абіотичної (экотоп) частей, которые связаны непрерывным обменом вещества и представляют собой энергетически и веществом открытую систему. Термин «биогеоценоз» был предложен академиком В. Н. Сукачьовим в 1940 г. В англоязычных странах в аналогичном значении чаще используют термин «экосистема» (введен в науку английским ботаником А. Тенслі в 1935 p.), хотя он более многозначен и употребляется также по отношению к искусственным комплексам организмов и абиотических компонентов (аквариум, космический корабль) и отдельных частей биогеоценоза (например, пенек, что гниет, в лесу со всеми организмами, которые его населяют). На отличие от биогеоценозов, границы которых задаются рамками растительных сообществ (фитоценозов), экосистемы не имеют определенного объема и могут охватывать просторы разной длины - от капли воды или аквариума до океана или всей поверхности планеты.

  В состав биогеоценоза входят следующие компоненты:

- неорганические вещества, которые включаются в круговорот (соединения углерода и азота, кислород, вода, минеральные соли и т.д.);

- климатические факторы (температура, освещенность т.д.);

- органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и т.д.);

- продуценты (от лат. producentis - то что производящий, создающий) - автотрофні организмы, которые синтезируют органические вещества из неорганических (в основном растения);

- консументи (от лат. consume - потребляю) - гетеротрофні организмы, растительноядные и плотоядные потребители готовой органической вещества (преимущественно животные);

- редуценти (от лат. reducentis - возвращающий, восстанавливающий) - гетеротрофні 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 продуктивности биогеоценоза называется биомасса, синтезируется растениями в единицу времени, а вторичной - биомасса, которая образуется гетеротрофними 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. Цепи питания составляют трофическую структуру, по которой происходит перенос энергии и круговороты веществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, последовательность которых соответствует направлению потока энергии. Источником энергии, за счет которой существуют все организмы, является Солнце. Первое звено (первый трофический уровень) любого цепи питания - зеленые растения преобразуют в процессе фотосинтеза световую энергию в энергию химических связей органических соединений (продуценты).

 

Рис. 179. Схема простейшего пищевой цепи. Стрелки направлены к источнику пищи.

 

  Такому преобразованию подвергается лишь 0,1 % солнечной энергии, поступающей на Землю. Второе звено (второй трофический уровень) составляют травоядные животные (первичные потребители, консументи), которые поедают растения. Большое количество потребляемой энергии они тратят на процессы жизнедеятельности и лишь около 10 % - на строение тела. Хищники (повторные потребители, консументи), которые поедают травоядных, также используют на строение своего тела до 10 % энергии. Поскольку 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 образуются 100 кг тела травоядных животных. Хищники могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники - только 1 кг. Следовательно, масса каждой последующей звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность называется правилом экологической пирамиды. В каждом последующем звене уменьшается и количество особей; иначе хищники, уничтожив свои жертвы, сами бы были обречены на гибель.

  Особи каждого вида используют только часть энергии, содержащейся в органическом веществе, доводя ее распад до определенной стадии. Трупами и экскрементами консументів питаются сапрофиты - разные навозные и трупоядні насекомые, грибы и гнилостные бактерии, которые доказывают их расписание 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 значением звеньев. Располагая их в определенной последовательности, получают экологическую пирамиду. Различают три типа экологических пирамид: 1) пирамида 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. 180). Экологическая пирамида конечно имеет вид треугольника с широким основанием, сужается кверху. Пирамиды биомасс более наглядны, поскольку более точно показывают количественные соотношения отдельных уровней.

  Особи вида, который занимает 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, которые занимают низкие звенья пирамиды, чаще всего обеспечены питанием, но интенсивно уничтожаются 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 біогеоценозі, тем он устойчивее. Между всеми компонентами биогеоценоза устанавливается определенное динамическое равновесие, поддерживаемая 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, поскольку они начинают погибать от недостатка пищи (волны жизни). Таким образом динамическое равновесие восстанавливается.

 

Рис. 180. Экологические пирамиды: а - числа; б - биомасса; в - энергия.

 

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

 

  Структура биогеоценоза складывается в процессе эволюции, причем каждый вид эволюционирует так, чтобы занять в биоценозе определенное место (нишу). Совместим историческое развитие многих видов на одной территории способствует их приспособлению до использования лишь части имеющихся пищевых ресурсов и ограниченного местообитание. В результате достигается состояние взаємопристосування видов один к другу (коадаптація), которая является обязательным условием стабильности биогеоценоза.

  Плотность жизни и зональность в различных биогеоценозах определяется неравномерным распределением солнечной энергии как по широте, так и по высоте над уровнем моря. Обилие влаги и тепла способствует большой плотности и огромной разнообразия видов растений и животных в тропиках и субтропиках; недостаток тепла (в тундре) и влаги (в пустыне) обусловливает низкую продуктивность растительности и скудность видового состава растений и животных. Распределение наземных растений обусловлен главным образом климатом и составом почв, а распределение животных - климатом и кормовой базой.

  Смена биогеоценозов. Биогеоценозы формируются длительно. В процессе их формирование происходит приспособление организмов к среде обитания и друг до одного. Каждый живой организм в процессе своей жизнедеятельности изменяет среду вокруг себя, поглощая из него продукты питания и выделяя в него продукты обмена. Поэтому постепенно среда становится малопригодным для жизни одних видов и пригодным для других. Вследствие этого постепенно один биогеоценоз сменяется другим. Более быстрая смена биогеоценозов может быть обусловлена изменением климатических или других условий (лесной пожар, хозяйственная деятельность человека - вырубка лесов, осушения болот и т.п.). Сукцессия (от лат. successio - преемственность, наследование), или смена биогеоценоза - это направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном биотопе. Чем полнее круговорот в біогеоценозі, тем он устойчивее и довготриваліше. Изменение биогеоценозов происходит в направлении от менее устойчивых к более устойчивым.

  Ведущее значение в процессе смены биогеоценозов принадлежит растениям, хотя биогеоценозы меняются как единое целое. Например, на месте лесного озера постепенно образуется торфяное болото, поскольку вследствие недостатка кислорода в придонных слоях воды часть органических веществ остается недоокисленою и остатки водной растительности образуют отложения торфа. Водоем мелеет, прибрежная растительность распространяется к его центру. Озеро постепенно превращается в болото, поросшее травой, на котором в дальнейшем появляются кустарники, затем деревья и растет лес. Одновременно с изменением растительности меняется и животный мир.

  Природные биогеоценозы не могут полностью обеспечить человека продуктами, одеждой, промышленным сырьем, поэтому она создает искусственные биогеоценозы - агроценоз (от греч. agros - поле и ценоз). Вместе с обрабатываемыми культурами в агроценозах вырастают сопутствующие сорные виды, которые испытывают мощный антропогенный пресс.

  Кроме того, в состав агроценозов входят бактерии, водоросли, грибы, животные. Агроценозы - это поля, пастбища, сенокосы, лесные посадки, парки, сади. их относительно высокая производительность по сравнению с биогеоценозами обеспечивается интенсивной технологией, подбором высокоурожайных сортов, внесением удобрений, мелиорацией. Таким образом, агроценоз - это экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек. Они не способны к саморегуляции, поскольку характеризуются однотипностью видового состава.

  Агроценозы имеют ряд принципиальных отличий от естественных экосистем. Кроме солнечной энергии они получают опосредованно через человека дополнительную энергию, затрачиваемую на пушення и удобрения почвы, мелиорацию и т.д. В агроценозах происходит неполный круговорот веществ, поскольку при уборке урожая уносится значительная часть элементов, что компенсируется внесением удобрений. В биогеоценозах действует естественный отбор, направленный на создание видов, устойчивых к действия неблагоприятных факторов среды, а в агроценозах - искусственный, направленный на получение растений с максимальной урожайностью. Агроценозы имеют слабую устойчивость, и их сохранение зависит от деятельности человека. Если она прекращается, то искусственное растительное сообщество заменяется естественной растительностью. Необработанные поля довольно быстро зарастают сорняками, затем кустарниками и мелколесьем и наконец - лесом.

  Для повышения продуктивности агроценозов в настоящее время проводится мелиорация земель - осушение и орошение почв, борьба с эрозией (укрепление склонов, безотвальная вспашка, посадка лесополос, залугування бывших торфяников и т.д.), рациональное (строго по нормам) внесение удобрений, строго дозированное применение средств для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорняками. Создаются специализированные агропромышленные комплексы, используется высокопроизводительная техника, выводятся новые высокоурожайные сорта культурных растений, устойчивые к болезням и вредителям, применяются биологические способы борьбы с вредителями, соблюдаются научно обоснованные севооборота. В овощеводстве и цветоводстве широко используются теплицы, парники и выращивание овощей без грунта - гидропоника (как субстрат используется гравий, орошаемый растворами солей) и аеропоніка (субстрат отсутствует, а корни периодически опрыскивается растворами минеральных солей).