Экосистема и биогеноценоз

Устойчивость  экосистемы тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и  популяционный состав.

Экосистемы  разного типа используют различные  варианты индивидуальных и коллективных способов запасания устойчивости при  различном соотношении индивидуального  и коллективного материального  богатства.

Таким образом, основная функция совокупности живых существ (сообщества), входящих в экосистему, — обеспечить равновесное (устойчивое) состояние экосистемы на основе замкнутого круговорота веществ.

Биогеоценоз

В любом  ограниченном пространстве обычно обитает  множество видов, между которыми установились постоянные и сложные  взаимоотношения. Иными словами, различные  виды организмов, существующие в определенном пространстве с комплексом физико-химических условий, образуют сложную систему, более или менее длительно  сохраняющуюся в природе. В экологии их называют экосистемами (А. Тенсли, 1935 г.) или биогеоценозами (В. Н. Сукачев, 1940 г.).

Биогеоценоз — это исторически сложившееся сообщество организмов разных видов (биоценоз), тесно связанных между собой и с окружающей их неживой природой (биотоп) обменом веществ и энергии

Рис.4.Основные компоненты экосистемы. Светлыми стрелками показан поток энергии, черными - круговорот питательных веществ

Рис.5. Потоки энергии, идущие от Солнца через зеленые растения к животным

Биогеоценоз пространственно ограничен (например, в озере) и относительно однороден  как по видовому составу живых  существ, так и по комплексу абиотических факторов.

Постоянное  поступление солнечной энергии  определяет его существование в  качестве целостной системы.

Ведущая активная роль в процессах взаимодействия компонентов экосистемы принадлежит  живым существам, т. е. биоценозу. Функционально  они здесь подразделяются на три группы — продуцентов, консументов и редуцентов, находящихся в тесном взаимодействии друг с другом и с неживой природой (биотопом) и объединенных пищевыми связями.

Продуценты составляют группу автотрофных организмов, которые, потребляя минеральные вещества из биотопа и энергию солнечного света, создают первичные органические вещества. К этой группе относятся растения и некоторые бактерии.

Консументы — гетеротрофные организмы, использующие готовые органические вещества (в виде пищи) как источник энергии и веществ, необходимых для их жизнедеятельности. К ним принадлежат почти все животные, некоторые (паразитические) грибы и бактерии, а также растения-хищники и растения-паразиты.

Редуценты — это организмы, разлагающие остатки отмирающих организмов, расщепляющие органические вещества до неорганических и возвращающие тем самым в биотоп минеральные вещества, которые были «изъяты» продуцентами. Например, таковы некоторые виды бактерий и одноклеточных грибов.

Пищевые отношения между тремя названными компонентами биогеоценоза определяют всю его «экономику»: потоки энергии  и круговорот веществ. Продуценты, поглощая минеральные вещества и улавливая  солнечную энергию, создают органические вещества, из которых строится их тело (солнечная энергия, таким образом, преобразуется в энергию химических связей). Консументы, поедая продуцентов и друг друга (растительноядные, хищные, паразитические организмы), расщепляют органические вещества пищи, используя их и высвобождающуюся энергию для построения собственного тела и обеспечения жизнедеятельности (рис. 3 и 4). Наконец, редуценты, разлагая органические вещества мертвых организмов и добывая необходимые им материалы и энергию, обеспечивают возврат неорганических веществ в биотоп.

Рис.6. Небольшой пресноводный пруд как пример экосистемы: 1 — основные минеральные и органические соединения; 2 — растения, имеющие корни, и фитопланктон — производители; 3 — зоопланктон и донные формы (травоядные), первичные потребители; 4 — плотоядные, вторичные потребители; 5 — вторичные плотоядные, третичные потребители; 6 — бактерии и грибы, разрушители

Так происходит круговорот веществ в  биогеоценозе (см. рис.1), постоянство  которого служит залогом длительного  существования экосистемы, несмотря на ограниченный запас минеральных  веществ в ней.

Взаимодействия  всех организмов друг с другом и  с окружающей неживой природой характеризуются  динамическим равновесием. Так, в благоприятный  по погодным условиям год (большое число  солнечных дней, оптимальные значения температуры и влажности) растения создают повышенный объем первичных  органических веществ. Обилие пищи обусловливает  массовое размножение грызунов, что  вызывает увеличение численности хищников и паразитов, которые сокращают  число грызунов. Последнее приводит к уменьшению численности хищников в результате гибели какой-то их части от недостатка пищи. В итоге восстанавливается исходное состояние системы.

Рис.7. Схема пищевых связей между организмами лугового биогеоценоза

Каждый  естественный природный биогеоценоз  представляет собой систему, которая  сложилась в течение многих тысяч  и миллионов лет. Все ее элементы «притерты» друг к другу, что обеспечивает устойчивость к изменениям окружающей среды. Однако «прочность» экологических  систем не беспредельна: резкие и глубокие изменения природных условий, сокращение численности тех или иных видов  организмов (например, в результате неограниченного вылова промысловых  видов) могут нарушить равновесие в  биогеоценозе и привести к его  разрушению.

На  территориях нашей планеты, используемых человеком в сельскохозяйственных целях (посевы, посадки культурных растений), складываются особые сообщества организмов — агробиоценозы. В отличие от естественных биогеоценозов, продуценты (растения) здесь представлены одним видом выращиваемой человеком культуры, а также некоторым количеством видов сорных растений. Растительный покров определяет видовой состав растительноядных животных (насекомых, птиц, грызунов и т. п.), способных питаться этими растениями и пребывать в условиях их культивирования. Данные условия определяют существование и других видов растений, животных, грибов и микроорганизмов.

Агробиоценоз  зависит от деятельности человека (механическая обработка почвы, внесение удобрений, обработка ядохимикатами, орошение и т. д.) и характеризуется слабой устойчивостью — без вмешательства людей он разрушится очень быстро. Отчасти это вызвано тем, что культурные растения гораздо более прихотливы, чем дикорастущие, и не выдержат конкуренции с ними.

Особый  интерес представляют еще одного рода антропогенные экосистемы — городские биогеоценозы, например парки. Так же как и для агробиоценозов, основные экологические факторы в них антропогенные. Человек определяет видовой состав растений в посадках, постоянно осуществляет их обработку и уход. В городах наиболее сильно выражены изменения внешней среды — повышение температуры (на 2–7 °С), особенности атмосферного и почвенного состава, своеобразный режим освещенности, влажности, действия ветров. Все это и формирует городские биогеоценозы.

БИОГЕОЦЕНОЗ (от био..., греч. ge — Земля и ценоз), однородный участок земной поверхности с определённым составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединённых обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. Совокупность биогеоценозов образует биогеоценотический покров Земли, то есть всю биосферу, а отдельные биогеоценозы представляет собой её элементарную единицу. 
Понятие о биогеоценозе, введённое В. Н. Сукачёвым (1940), получило распространение главным образом в отечественной литературе. За рубежом, особенно в англоязычных странах, в аналогичном значении чаще используют термин «экосистема», хотя последний более многозначен и употребляется также по отношению к искусственным комплексам организмов и абиотических компонентов (аквариум, космический корабль) и к отдельным частям биогеоценоза (напр., гниющий пень в лесу со всеми населяющими его организмами). Экосистемы могут иметь произвольные границы (от капли воды до биосферы в целом), в то время как биогеоценоз всегда занимают определённую территорию. 
Совокупность всех живых организмов биогеоценоз — биоценоз — включает продуцентов (главным образом зелёные растения), образующих органическое вещество, а также консументов (животные) и редуцентов (микроорганизмы), живущих за счёт готовых органических веществ и осуществляющих их разложение до простых минеральных компонентов, снова потребляемых растениями. В биогеоценоз входят также: приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ресурсами, почва, вода, все химические компоненты, вовлечённые в биотический круговорот. Постоянный приток солнечной энергии — необходимое условие существования биогеоценоза. Каждый биогеоценоз характеризуется определённой однородностью абиотических условий и состава биоценоза, то есть в его пределах не проходит резких биоценотических, микроклиматических, почвенных и гидрологических границ. Для формирования всего облика биогеоценоза на суше наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органическое вещество, дают начало всем трофическим цепям биогеоценоза, служат субстратом для многих животных и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биогеоценоза и находятся в тесной взаимосвязи с почвенными и гидрологическими условиями. Поэтому характеру растительности придают ведущее значение при выявлении границ отдельных биогеоценозов, принимая, что они совпадают с границами фитоценозов. Хотя в пределах биогеоценозов осуществляется биогенный круговорот веществ, они представляют собой незамкнутые системы. Отдельные биогеоценозы связаны между собой потоками вещества и энергии (главным образом стоком минеральных и органических веществ с водой, но также движениями воздушных масс и миграциями животных). 
Биогеоценоз — динамичная система, в ходе развития которой с постепенным замедлением происходит накопление массы живого вещества и усложнение её структуры. Вместе с тем биогеоценозу присуща определённая устойчивость во времени, являющаяся результатом длительной адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Рациональное использование и охрана природных биогеоценозов невозможны без знания их структуры и функционирования.