Біогеоценоз. Взаємозв’язку популяцій в біогеоценозі

Біогеоценоз. Взаємозв’язку популяцій в біогеоценозі. Ланцюги живлення. Правило екологічної піраміди. Саморегуляція. зміна біогеоценозів

Біогеоценоз – це комплекс живих істот (біоценоз) і абіотичного середовища, в яку входить і займана організмами територія.

Екосистема – це сукупність спільно мешкають організмів і абіотичних факторів, що функціонує як єдине ціле.

Біогеоценоз і екосистема – поняття подібні, але не тотожні. Поняття екосистеми ширше, ніж поняття біогеоценозу. Екосистема може бути представлена ставком, болотом, калюжею, мурашником, гірським хребтом і, нарешті, біосферою в цілому. Біогеоценоз – це екосистема, межі якої визначені рослинним співтовариством – фітоценозів (діброви, степи, хвойні ліси і т. Д.), Тобто біогеоценоз – це окремий випадок екосистеми.

Сукупність усіх біогеоценозів планети утворює глобальну екосистему, яка називається біосферою.

У будь-якому біогеоценозі можна виділити чотири структурних ланки:

1. Фактори неживої природи, або абіотичні фактори. Біоценоз знаходиться в постійному обміні речовиною та енергією з неживою природою.

2. Первинні продуценти. Це головним чином зелені рослини, в результаті життєдіяльності яких утворюються органічні речовини, що служать джерелом енергії для решти населення біогеозеноза. До первинних продуцентів також відносяться фотосинтезуючі і хемосинтезирующие бактерії.

3. Гетеротрофи, або споживачі, – організми, які живуть за рахунок поживних речовин, створених продуцентами. Консументи утворюють вторинну продукцію екосистеми.

4. Редуценти, або разлагателі, – це комплекс організмів, що розкладають мертве органічна речовина до мінеральних сполук. До них відносяться бактерії, гриби, найпростіші і багато багатоклітинні тварини, наприклад дощові черв’яки. Фотосинтезуючі організми утворюють складні органічні речовини з простих неорганічних під дією енергії Сонця. Освічені органічні речовини мають прихованої енергією хімічних зв’язків, яка вивільняється при їх розщепленні гетеротрофних організмами. При цьому гетеротрофні організми синтезують нові органічні сполуки, а продукти їх життєдіяльності, наприклад діоксид вуглецю, аміак та ін., В свою чергу, використовуються автотрофами. В результаті в межах біогеоценозу створюється кругообіг біогенних елементів і потік енергії. Енергія Сонця підтримує цей циклічний процес і компенсує втрати енергії в системі, що виникають в результаті теплового випромінювання.

У біоценозі постійно відбувається перенесення речовин і енергії, укладеної в їжі, в результаті поїдання одних організмів або продуктів їхньої життєдіяльності іншими організмами. Таким чином, в результаті з’єднання окремих ланок утворюється ланцюг живлення, наприклад: фітопланктон – зоопланктон – дрібні риби – хижі риби – людина (або інший ссавець, птахи). У біоценозі одночасно формуються кілька харчових ланцюгів, які тісно переплітаються і утворюють харчову, або трофічну, мережа.

У біоценозі всі компоненти послідовно розподілені по трофічних рівнів ланцюгів живлення і їх взаємодіючим сполученням – харчовим мережам. У результаті складається єдина функціональна система обміну речовин і перетворення енергії в рамках біоценозу.

Перший трофічний рівень екосистеми утворюють автотрофи – зелені рослини, фото- та хемосинтезирующие бактерії.

Другий рівень ланцюга живлення утворюють травоїдні тварини, а також паразитичні вищі і нижчі рослини.

До третього трофічного рівня відносяться м’ясоїдні тварини, які харчуються травоїдними. Це хижаки першого порядку – комахоїдні птахи, дрібні ссавці, рептилії, амфібії. Сюди ж відносяться і паразити цих тварин.

Четвертий трофічний рівень представлений більш великими м’ясоїдними тваринами – хижаками другого порядку та їх паразитами.

П’ятий трофічний рівень займають редуценти (деструктори), які споживають мертве органічна речовина. До них належать безхребетні тварини-сапрофаги, рослини-сапрофагі, гетеротрофні мікроорганізми, гриби, найпростіші.

В біогеоценозах одночасно існують вищі і нижчі форми живих організмів: бактерії, нижчі рослини, гриби, різні безхребетні і хребетні тварини. Це можливо тому, що різні форми живих істот займають певну частину середовища проживання, де конкуренція з іншими організмами зводиться до мінімуму. Таке місце в структурі біогеоценозу називається екологічною нішею. Екологічна ніша характеризує біологічну спеціалізацію даного організму або популяції, зокрема, і в ланцюзі харчування.

Організми, що ведуть схожий спосіб життя, живуть в різних місцях проживання, оскільки між ними виникає міжвидова конкуренція. Тому певна екологічна ніша зайнята тільки одним видом. Якщо різні види живуть в одних умовах, то вони різняться по харчовому спектру, добової активності, поведінки і т. Д. Кожен з цих видів використовує тільки частину доступною йому енергії з органічної речовини, а непридатні йому залишки використовуються іншими організмами харчового ланцюга.

Потік енергії, що йде від рослин через рослиноїдних тварин, називається пасовищної харчової ланцюгом.

Мертве органічна речовина, яка не використовується консументами, наприклад залишки рослин, трупи тварин, екскременти, називається детритом. Потік енергії, який починається від мертвого органічної речовини і проходить через ланцюг разлагателі, називається детритной харчової ланцюгом.

Відмінність у функціонуванні пасовищної та детритной харчових ланцюгів полягає в тому, що в пасовищної харчового ланцюга мертве органічна речовина не використовується, а в детритной – використовується до повного його розкладання. При цьому його енергія витрачається редуцентамі на процеси життєдіяльності або розсіюється у вигляді тепла.

У ланцюгах харчування існує закономірність, що відображає ефективність використання і перетворення енергії в процесі харчування живих організмів. На кожному наступному трофічному рівні утилізується лише 5-15% енергії біомаси, яка перетворюється під новозбудоване органічну речовину. Інша енергія розсіюється у вигляді тепла або просто не засвоюється. Таким чином, в результаті неминучої втрати енергії кількість утворюється органічної речовини на кожному наступному харчовому рівні різко зменшується. ККД кожної ланки в середньому становить близько 10%. Тому ланцюга харчування складаються не більше ніж з 4-6 харчових рівнів.

Так, для утворення 1 кг маси тіла дельфіна потрібно 10 кг з’їденої риби, а цим рибам потрібно 100 кг безхребетних тварин, яким, у свою чергу, потрібно 1000 кг фітопланктону. Якщо ці величини зобразити у відповідному масштабі і розмістити в порядку залежності, то утворюється піраміда, яка отримала назву екологічної піраміди. На основі правила екологічної піраміди можна розрахувати кількісні співвідношення різних видів тварин і рослин в екосистемах.

Розрізняють декілька типів екологічних пірамід: піраміда чисел відображає число особин на кожному рівні харчового ланцюга; піраміда біомаси – кількісне співвідношення органічної речовини; піраміда енергії – кількість енергії в їжі кожного трофічного рівня.

Для будь-якої екосистеми характерні два основні показники – продукція та біомаса.

Біомаса – це сумарна маса особин співтовариства організмів, вироблена за одиницю часу і соотнесенная до одиниці площі або об’єму місцеперебування даного біоценозу.

Продукція – це сумарна біомаса, утворена в екосистемі за певний час. Розрізняють первинну продукцію, вироблену автотрофними організмами (продуцентами), і вторинну продукцію, яку утворюють гетеротрофні організми – консументи і редуценти.

Загальна біомаса живої речовини на Землі становить близько 2000 млрд. Т. Біомаса наземних зелених рослин утворює більше 90% від цього числа. Решта 10% припадають на водну рослинність і гетеротрофні організми.

Обмежуючими факторами для розповсюдження наземної рослинності, крім світла, є температура і вологість середовища. Тому основна біомаса рослин припадає на тропічні області (близько 55%). У полярних і пустельних областях біомаса рослин значно нижче – всього близько 12%.

Біомаса тварин суші значно менше біомаси рослин. Серед гетеротрофних організмів найбільш високі показники біомаси мають грунтові організми (мікроорганізми і безхребетні) в порівнянні з наземними тваринами. У порівнянні із сушею біомаса Світового океану в сотні разів менше і тут спостерігається інше співвідношення між біомаси автотрофів і гетеротрофів. Так, біомаса морських тварин і мікроорганізмів майже в 20 разів більше, ніж біомаса водоростей і планктону.

На рівні біогеоценозу здійснюється взаємний вплив співтовариства живих організмів і абіотичного середовища, що підтримує існування екосистеми в цілому. Між живим і неживим компонентами біогеоценозу відбувається безперервний обмін органічними і неорганічними речовинами: це процеси фотосинтезу, гниття, всмоктування води і мінеральних речовин корінням рослин і т.д. Таким чином, живі істоти і середовище їх проживання пов’язані між собою потоками речовини та енергії, що й забезпечує цілісність біогеоценозів.

Цілісність біогеоценозів визначає їх найважливіша властивість – самовідтворення. Живі організми харчуються, ростуть, розмножуються, використовуючи енергію і їжу, одержувану з середовища проживання. У свою чергу, живі організми в процесі життєдіяльності відтворюють своє середовище проживання.

Що виникає рівновага між організмами і середовищем існування в біогеоценозах є умовою прояву стійкості екосистеми. На рівні екосистем набір видів, форми взаємодії між популяціями різних видів, трофічні мережі – відбивають пристосованість організмів до умов середовища і спрямовані на сталий підтримання кругообігу речовин в даних умовах.

Якщо в екосистемі відбуваються порушення, що не торкаються середні характеристики середовища, то принципова структура біоценозу зберігаються (наприклад, сезонні коливання чисельності). При істотних порушеннях складу біоценозу виникають тимчасові, нестійкі, що змінюють одне одного співтовариства. Результатом цього процесу може бути відновлення вихідного типу біоценозу. При необоротних змінах середовища відбувається зміна типів спільнот і формування нової стійкої екосистеми.

У стійких екосистемах відбувається природний процес саморегуляції. Саморегуляція – це властивість екосистеми автоматично встановлювати і підтримувати на певному рівні чисельність популяцій, співвідношення статей, народжуваність і смертність і т. Д. В основі підтримки відносно стабільної чисельності популяції лежать трофічні зв’язки в харчових мережах (наприклад, хижак – жертва, паразит – господар і ін.).

Масове розмноження видів в екосистемі регулюється за допомогою прямих і зворотних зв’язків, що формуються в харчових ланцюгах. За сприятливих погодних умов сильно зростає біомаса рослин, ними харчуються травоїдні тварини і їх число також зростає. Травоїдні тварини служать їжею хижаків, а чим більше їжі, тим більш численне потомство виробляє хижак.

Масовий розвиток хижаків призводить до різкого зниження числа жертв, що в підсумку виражається в зниженні числа хижаків. В результаті рівновагу в системі хижак – жертва відновлюється.

Співтовариства організмів змінюються в часі, при цьому зміни зачіпають видове різноманіття, кількісні показники, структуру харчових мереж, продуктивність і т. Д. Зміна біогеоценозів – тривалий процес. У цьому полягає його головна відмінність від сезонних коливань популяційних показників. У певному местообитании відбувається закономірна зміна популяцій різних видів в строго певній послідовності. Цей процес називається екологічної сукцесії.

Стійке співтовариство характеризується рівновагою. Це означає, що сумарна продукція автотрофних організмів в енергетичному вираженні точно відповідає енерговитратам, які йдуть на забезпечення життєдіяльності входять до співтовариства організмів. Тому біомаса в такій системі залишається постійною, а сама система – рівноважної.

Існує кілька типів рівноваги в спільнотах. Розглянемо основні з них.

Перший тип характерний для замкнутого спільноти: додаткова продукція в нього не надходить, а власна продукція цілком залишається всередині екосистеми.

Другий тип характерний для деяких екосистем текучої води: органічна речовина, крім його освіти автотрофами, ще привноситься ззовні. У цьому випадку витрати енергії спільноти рівні сумарної продукції самого співтовариства, суммированной з продукцією, що надходить ззовні.

Третій тип рівноваги властивий агробіоценози (сільськогосподарським екосистемам). У них частину продукції вилучається людиною, тому рівновага може бути досягнуто тільки в тому випадку, якщо загальні витрати енергії дорівнюють величині продукції, яка залишається в системі після вилучення її частини.

Якщо витрати в екосистемі стануть менше валової первинної продукції, то буде відбуватися накопичення органічної речовини, якщо більше – його зникнення. У будь-якому випадку порушення рівноваги буде викликати зміни співтовариства – популяції одних видів будуть змінюватися популяціями інших видів. Це і визначає сутність екологічної сукцесії. Особливість процесу сукцесії полягає в тому, що зміни в спільнотах завжди спрямовані на досягнення рівноважного стану в системі.

Сукцесія проходить у кілька стадій, які змінюють один одного до досягнення стійкої рівноваги.

Якщо сукцесія починається на раніше безжиттєвому місці, наприклад піщаній дюні, скелі і т. Д., Вона називається первинною. Спільноти, що розвиваються на місці раніше існуючих біогеоценозів, являють собою вторинну сукцесію.

Виділяють чотири типи сукцессіонних змін:

1. У процесі сукцесії відбувається безперервна зміна видів, що утворюють спільноту.

2. Сукцессіоннние зміни призводять до підвищення видового різноманіття.

3. У результаті сукцесії відбувається накопичення органічної речовини та освіта гумусу.

4. Чиста продукція співтовариства знижується, і підвищуються його енергетичні витрати.

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.