21 Экологические системы. Биогеоценоз
Любой биоценоз взаимодействует со своей средой обитания – биотопом, в результате чего образуется более сложная биологическая система – биогеоценоз.
Термин биогеоценоз был введён в 1942 году советским учёным Владимиром Николаевичем Сукачёвым. Термин происходит от греческих слов bios– жизнь,ge– Земля,койнос(ценоз) – сообщество.
Биогеоценоз– это эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся однородная природная система, взаимосвязанных живых организмов и косных компонентов, характеризующаяся определённым типом обмена веществом и энергией между элементами системы и внешними по отношению к сообществу факторами.
Экологическая система(экосистема) – совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределённо долгое время.
Термин «экологическая система (экосистема)» был предложен английским учёным А. Тенсли в 1935 году.
Биогеоценоз и экосистема - понятия сходные, но не тождественные. Понятие "экосистема" не имеет ранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым природным (муравейник, гниющий пень) и искусственным (аквариум, водохранилище, парк), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания.
Биогеоценозы – это только природные образования. Биогеоценоз отличается от экосистемы определенностью объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности - от капли прудовой воды с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз - это экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова, т. е. определенным фитоценозом.
Следовательно, любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз. Таким образом, понятие «экосистема» шире. «Биогеоценоз » - частный случай «экосистемы».
Состав экосистемы представлен двумя группами компонентов:
абиотическими – компонентами неживой природы (биотоп);
биотическими – компонентами живой природы (биоценоз).
Состав биогеоценоза в виде схемы представлен на рис. 1.
Рисунок 1 – Схема состава биогеоценоза
Биотоп включает:
гидротоп– совокупность гидрологических факторов;
климатоп– совокупность климатических факторов;
эдафотоп– совокупность почвенных факторов (почво - грунты) – геологическую среду.
Абиотические компоненты – это следующие основные элементы неживой природы, отличающиеся по своему функциональному назначению:
1) неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене веществ между живой и мёртвой материей (вода, оксид углерода (IV) кислород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий, натрий, железо, хлор и др.);
2) органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки);
3) наземно-воздушная или водная среда обитания;
4) климатический режим (температура, продолжительность светового дня и др.).
Биоценоз– взаимосвязанная совокупность микроорганизмов, растений грибов и животных, населяющих достаточно однородный участок суши или водоёма. В живой части биогеоценоза выделяют три главных функциональных компонента:
комплекс автотрофных организмов – продуцентов, обеспечивающих органическим веществом и, следовательно, энергией остальные организмы (фитоценоз (зелёные растения), а также фото- и хемосинтезирующие бактерии);
комплекс гетеротрофных организмов – консументов, живущих за счёт питательных веществ, созданных продуцентами и консументами низшего порядка (зооценоз(животные), а также бесхлорофилльные растения);
комплекс организмов редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мёртвым органическим веществом).
Все компоненты экотопа и биоценоза тесно связаны между собой. На уровне биогеоценоза происходят все процессы трансформации вещества и энергии в биосфере. Преобразующая деятельность человека направлена прежде всего именно на природные экологические системы.
Все экосистемы, существующие на планете Земля, подразделяются на три типа:
1) наземные;
2) пресноводные;
3) морские.
Энергетика и продуктивность экосистем
В процессе жизнедеятельности биоценоза создаётся и расходуется органическое вещество, т.е. экосистема обладает определённой продуктивностью биомассы. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают количеством энергии, заключённой в тканях.
Продуктивность– это скорость производства биомассы в единицу времени.
Продуктивность экосистемы– это скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелёными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза хемопродуцентами. Эта энергия материализуется (связывается) в виде органических веществ тканей продуцентов.
Различают разные уровни продуцирования органического вещества: первичная продукция, создаваемая продуцентами в единицу времени, и вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов. Первичная продукция подразделяется на валовую и чистую.
валовая первичная продукция– общая скорость накопления органических веществ продуцентами (скорость фотосинтеза), включая те органические вещества, что были израсходованы на дыхание и секреторные функции.
чистая первичная продукция– скорость накопления органических веществ за вычетом тех, что были израсходованы при дыхании и секреции за изучаемый период.
Эта продукция, которая может быть использована следующим трофическим уровнем.
вторичная продуктивность– скорость накопления энергии консументами.
Чистая продуктивность сообщества– скорость общего накопления органических веществ, оставшихся после потребления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами).
Первичная продукция, доступная гетеротрофам, в том числе человеку, составляет максимум 4 % от общей энергии Солнца, поступающей к поверхности Земли.
Продуктивность важнейшее свойство биосферы. Воздействие человека на экологические системы, связанное с их разрушением или загрязнением, ведёт к прерыванию потока энергии и вещества, а значит, к снижению продуктивности.