Экологическая система и биогеоценоз. Впервые слово «экосистема» употребил в 1935 г

 

Впервые слово «экосистема» употребил в 1935 г. английский ботаник А.Тенсли.

Экологическая система (экосистема)— это совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования. В экосистеме связаны биоценоз (сообщество совместно живущих организмов) и биотоп (совокупность всех экологических факторов места их обитания).

Экосистему можно определить также как совокупность различных видов растений, животных и микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время. Это единый природный комплекс, в котором живые и косные элементы связаны между собой обменом веществ и энергии.

Обязательными элементами каждой экосистемы являются:

¨ неорганические вещества — углерод, азот, диоксид углерода, вода, кислород и т.д.;

¨ органические соединения — белки, углеводы, липиды и т.д.;

¨ воздушная, водная и субстратная среда (субстрат — основа, в которой постоянно обитают и развиваются организмы);

¨ биологические компоненты — живые организмы.

Очень крупные наземные экосистемы называются биомами. К биомам относятся:

1. Пустыни:

а) тропические,

б) умеренного климата;

2. Луга:

а) тропическая саванна,

б) луга умеренного пояса (прерия, степь),

в) полярные луга (арктическая и альпийская тундра);

3. Леса:

а) влажные тропические,

б) сухие тропические,

в) лиственные умеренного климата,

г) северные хвойные (тайга);

4. Пресноводные экосистемы:

а) сильно увлажненные земли,

б) озера,

в) реки;

5. Морские экосистемы:

а) эстуарий (расширенное устье реки, впадающей в океан или море),

б) прибрежная увлажненная зона,

в) коралловый риф,

г) континентальный шельф (океаническое мелководье),

д) океанические глубины.

Несколько уже, чем экосистема, понятие «биогеоценоз» — сообщество растений (фитоценоз), животных (зооценоз), микроорганизмов (микробиоценоз) с определенным участком земной поверхности с его микроклиматом, геологическим строением, ландшафтом, почвой, водным режимом.

Термин «биогеоценоз» предложил в практику в 1940 г. академик В.Н.Сукачев.

Если биогеоценоз — естественный природный комплекс (или лес, или река, или озеро и т.д.), однородный по топографическим, микроклиматическим, гидрогеологическим, биотическим уровням элемент биосферы, то экосистема может объединять разные природные комплексы (лес, реку, луг и т.д.). Биогеоценоз можно рассматривать как экосистему определенного ранга.

И экосистема, и биогеоценоз — это устойчивые взаимодействующие системы живых организмов и среды, в которых осуществляется поток энергии и круговорот веществ, но экосистема — понятие безразмерное.

Таким образом, экосистема — это и капля воды с ее микробным населением, и тундра, и космическая станция, и болото. Биогеоценозы же — сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

Любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом.

Экосистема — это часть природы, внутри которой происходит передача информации и энергии между отдельными компонентами, круговорот веществ. Антропогенная деятельность строителя может перекрывать каналы передачи информации, потоки энергии, круговорот веществ (например, застройка земли, асфальтирование почвы и т.д.), что приводит к угнетению экосистем, их разрушению и гибели.

Наземные экосистемы характеризуются вертикальным расслоением на несколько ярусов разной высоты: растения расчленяются по их высоте на мхи, травянистые растения, подлесок, деревья; птицы гнездятся на земле, в стволах деревьев, в их кронах.

Водные экосистемы также характеризуются расчленением по ярусам, но, кроме того, на строение водных экосистем большое влияние оказывает водная среда — непроточная (лентическая) или проточная (лотическая). Ярусы в экосистемах – это не что иное как экологические ниши организмов.

Хозяйственная деятельность человека привела к созданию новых видов экосистем: гетеротрофных экосистем городов и агрономических экосистем.

Понятие гетеротрофной системы означает использование большого потока вещества и энергии из не входящей непосредственно в саму систему среды. Для экосистем городов характерен высокий уровень метаболизма (обмена энергии) на единицу площади, высокая потребность в поступающих извне материалах и, наконец, более мощный и ядовитый поток выбросов, сбросов и твердых отходов.

Для агрономических экосистем, занимающих 60% всей пашни планеты, характерно применение дополнительного потока энергии (кроме солнечной), резкое уменьшение разнообразия живых организмов и доминирование искусственного отбора.

Все экологические системы существуют длительное время, иногда сотни лет. Отдельные популяции при этом увеличиваются, численность других уменьшается, но система находится в равновесии. Это состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы в условиях изменяющихся факторов внешней среды называется гомеостаз.

Гомеостаз в природных системах поддерживается тем, что из окружающей среды непрерывно поступает энергия, информация, экосистема открыта, накопление вещества сопровождается его распадом. В антропогенных экосистемах нет открытости, для их постоянного функционирования нужно поддержание, управление гомеостазом со стороны человека. Например, любое городское образование пока не может утилизировать все отходы внутри себя, не может обеспечить замкнутый цикл функционирования любых производств, жилых зданий: везде, во всех случаях требуется вмешательство человека для удаления и утилизации отходов, обеспечения притока энергии и т.д.

Любая природная экосистема медленно меняется во времени, в первую очередь в части биоты, т.е. живых организмов. Эта смена одного биоценоза другим в направлении повышения устойчивости называется сукцессией.

Различают первичную сукцессию, заключающуюся в формировании нового биогеоценоза на первично свободном субстрате и в последовательной смене одного биоценоза другим, более совершенным в энергетическом отношении, и вторичную сукцессию, которая в той или иной степени восстанавливает повреждения (естественные или нанесенные человеком) на месте ранее существовавших сообществ (последствия бури, пожара, вырубки лесов и т.д.). Примером вторичной сукцессии можно назвать появление на свежей лесной вырубке вначале травянистых растений, затем — всходов лиственных деревьев и кустарников, и далее — рост под их пологом хвойных деревьев.

Очевидно, что сукцессия экосистемы направлена на поддержание гомеостаза, обеспечивающего сбалансированность потока энергии и круговорота веществ между организмами и окружающей их средой. В меняющихся условиях среды это легче всего достигается в том случае, если биоценоз состоит из максимально возможного числа компонентов.

 

Предыдущая9101112131415161718192021222324Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Биогеоценоз — это термин, включающий три базиса: «bios» (жизнь), «geo» (земля) и «koinos» (общее), поэтому под этим понятием подразумевают развивающуюся конкретную систему, в которой происходит постоянное сосуществование и взаимодействие объектов неживой природы и живых организмов.

Экологическая система и биогеоценоз. Впервые слово «экосистема» употребил в 1935 г

Все они являются составляющими звеньями одной пищевой цепочки и объединены между собой стабильными потоками энергии.

В каждом ограниченном пространстве обитает большое количество различных видов, между которыми установились стабильные взаимоотношения. Биогеоценоз представляет собой сложившееся историческим путем сообщество организмов, тесно связанных обменом энергии и веществ с окружающей неживой природой и между собой.

Биогеоценоз и экосистема

Термин «биогеоценоз» используется преимущественно учеными стран СНГ, в Западной Европе ученые применяют аналогичный термин, введенный в оборот ботаником Тенсли — «экосистема». Экосистема — это сложная система, включающая связанные с окружающей средой и между собой организмы различных подвидов. Это понятие считается более широким, чем термин «биогеоценоз», так как относится к любым системам со сложившимся аналогичным порядком.

Биогеоценозом не являются экосистемы, созданные искусственным путем, в биогеоценоз входит только определенная природная часть суши с подпочвой, почвой, растениями, приземным атмосферным слоем. Для описания биогеоценоза используются два сходных понятия:

• Биотоп: комплекс факторов абиотического характера, расположенных в пределах территории биогеоценоза.
• Экотоп: почва, климатические условия, другие факторы неживой природы.

По своему значению экологическое понятие «биогеоценоз» идентично физико-географическому понятию «фация».

Свойства биогеоценоза

Основные свойства биогеоценоза:

• Природная система, сложившаяся историческим путем.
• Система с постоянным круговоротом всех веществ и элементов.
• Биогеоценоз способен к саморегулированию, самовосстановлению и поддержанию своей структуры на постоянном определенном уровне, оптимальном для сбалансированной жизни всех организмов.
• Все вещества и организмы, входящие в систему, неразрывно связаны друг с другом.
• Главный источник получения и выхода энергии всей системы — Солнце.

Основные показатели биогеоценоза

Показатели биогеоценоза выражаются в количестве:

• Видов, которые сосуществуют в системе (видовой состав).
• Видов, сосуществующих в биогеоценозе, количество которых определяется на единицу объема или площади (видовое разнообразие).
• Организмов системы, выраженных в единицах массы (биомасса).

Биомасса обычно включает следующие показатели:

• Продуктивность.
• Продуценты.
• Редуценты.
• Устойчивость.
• Консументы.
• Способность к саморегулированию и самовосстановлению.

Необходимо иметь в виду то, что показатели видового разнообразия биогеоценоза и видового состава обычно не совпадают, так как видовое разнообразие всегда зависит от территории исследования.

Пространственные характеристики

Трансформация одного биогеоценоза в иной во времени или пространстве всегда сопровождается полной заменой состояния и свойств всех его составляющих, что приводит к смене природы биогеоценотического метаболизма. Пределы биогеоценоза можно отследить на многих из его составляющих, однако чаще всего они совпадают с пределами фитоценозов (растительные сообщества).

Толща системы обычно неоднородна по составу и характеристикам ее составляющих, условиям и итогам их биогеоценотического сосуществования. Она подразделяется на подземную, надземную и подводную составляющие, которые делятся на вертикальные элементарные части — био-геогоризонты, обладающие специфической структурой, составом и особым состоянием костных и живых компонентов.

Для указания горизонтальной мозаичности или неоднородности системы используется комплексное понятие «биогеоценотических парцелл», в состав которого входят на правах участников обменных процессов и энергии различные микроорганизмы, растительные и животные виды, почва, атмосфера.

Механизмы устойчивости биогеоценозов

Характерная черта биогеоценоза — это способность к поддержанию составляющих компонентов на стабильном уровне (самовосстановление и саморегуляция), что достигается во многом благодаря стабильному круговороту энергии и веществ.

Стабильность самого круговорота обеспечивают следующие механизмы:

• Достаточное количество пространства для функционирования, которое предоставляется в площади и объеме, способными обеспечить каждый организм всеми необходимыми для нормальной жизнедеятельности ресурсами.
• Разнообразный видовой состав системы: чем он разнообразнее, тем устойчивее круговорот веществ и цепи питания.
• Многообразное взаимодействие видов, поддерживающих устойчивость трофических взаимоотношений.
• Участие всех организмов в процессах окисления веществ и синтезе (средообразующие признаки видов).
• Направленность антропогенного влияния.

Следовательно, механизмы устойчивости способны обеспечить на должном уровне сосуществование неизменяющихся биогеоценозов, которые считаются стабильными. Стабильная система, функционирующая длительный период времени, называется климаксической. В природе стабильных систем очень мало, чаще всего встречаются устойчивые — изменяющиеся биогеоценозы, которые за счет саморегуляции способны возвращаться в исходное, первоначальное состояние.

Формы существующих взаимоотношений между организмами в биогеоценозах

Совместное сосуществование организмов в системах проходит в виде шести основных разновидностей взаимоотношений:

• Симбиотические.
• Взаимополезные.
• Мутуализм.
• Квартиранственные.
• Нахлебнические.
• Комменсализм (полезнонейтральные отношения).
• Хищнические.
• Полупаразитические.
• Сотрапезнические.
• Полезновредные.
• Паразитические.
• Взаимовредные.
• Конкурентные.
• Нейтральновредные.
• Антагонизм.
• Аменсализм.
• Нейтрализм (полностью нейтральные отношения).

Рассмотренный нами на экскурсии такой вид природного сообщества, как дубрава является одним из наиболее сложных среди наземных биогеоценозов. Ну, во-первых, что такое биогеоценоз? Биогеоценоз – это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов) , обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Это определение понадобится для пользования в дальнейшем. Дубрава – это совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками.

Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Понятно, что при таком разнообразии видов, населяющих дубраву, поколебать устойчивость данного биогеоценоза, истребив один или несколько видов растений или животных, будет сложно. Сложно, потому что в результате длительного сосуществования видов растений и животных из разрозненных видов они стали единым и совершенным биогеоценозом – дубравой, которая, как уже было сказано выше, способна при неизменных внешних условиях существовать веками.

Основные компоненты биогеоценоза и связи между ними; растения – главное звено в экосистеме

Основу подавляющего большинства биогеоценоза составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами) . А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные – потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков – преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты) , то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения образующиеся после распада органических веществ и ясно, что если растения – главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически исчезнет.

Круговорот веществ в биогеоценозе. Значение в круговороте растений, использующих солнечную энергию

Круговорот веществ в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ, необходимо наличие в экосистеме организмов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и снова превращают их в неорганические соединения. Все организмы по способу питания разделяются на две группы – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (преимущественно растения) для синтеза органических веществ используют неорганические соединения окружающей среды. Гетеротрофы (животные, человек, грибы, бактерии) питаются готовыми органическими веществами, которые синтезировали автотрофы. Следовательно, гетеротрофы зависят от автотрофов. В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами. Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии является Солнце. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, оно может быть использовано многократно, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Энергия излучения Солнца в биогеоценозе преобразуется в различные формы: В энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни и растения (автотрофы) в нем самое главное звено.

Разнообразие видов в биогеоценозе, приспособленность их к совместному проживанию

Характерная черта дубравы заключается в видовом разнообразии растительности. Как уже было сказано выше биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительного естественного отбора у растений дубравы выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно. Это ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности. Верхний ярус образую наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т.п. Наконец на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения. Ярусность выражена также в расположении корневых систем. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

Пищевые связи, экологическая пирамида

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных – птиц и млекопитающих. Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: волк, лисица, горностай, ласка, куница. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных внутренних паразитов, преимущественно насекомых и клещей, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий. Пищевые цепи в дубраве переплетены в очень сложную пищевую цепь, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему.

18 Биогеоценоз. Понятие, структура, функционирование.

Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: оленей, косуль, лосей – слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а, следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей. Правилом экологической пирамиды называется следующая закономерность: всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается.

Популяции растений и животных; факторы, вызывающие изменения в численности; саморегуляция в биогеоценозе

Популяцией в биологии называют совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которые длительно существуют в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. К факторам, вызывающим изменения в численности популяций относятся следующие: охота (то есть деятельность человек, направленная на убийство одной или нескольких особей с целью получения шкуры, мяса или чисто спортивного интереса) , рыбалка (то же самое, только на водном пространстве) . Но самый важный фактор – это баланс рождаемости и гибели. В результате взаимных приспособлений разных видов в биогеоценозе устанавливается определенный для каждого вида уровень колебаний. Для одних видов колебания не велики, для других могут быть значительными, и вид редкий в данном году, в следующем году может стать обычным, или наоборот. К примеру, уменьшение пищи ведет к уменьшению популяции. В следующем году пищи много – популяция увеличивается. А увеличение популяции быстрыми темпами очень скоро тормозится, так как резко увеличивается число паразитов. Очень часто на численность влияет погода. Процесс саморегуляции в дубраве проявляется в том, что все разнообразное население существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем. К примеру, при отсутствии ограничивающих факторов численность любого вида вредных насекомых возросла бы очень быстро и привела ба к разрушению экологической системы. Наблюдения показывают, что некоторая часть потомства погибает под воздействием различных неблагоприятных условий погоды. Но основную массу уничтожают другие члены биогеоценоза: хищные и паразитические насекомые, птицы, болезнетворные микроорганизмы. Таким образом жить остается столько особей, сколько необходимо для регуляции в биогеоценозе. Ограничивающее действие экологической системы все же не исключает полностью случаев массового размножения отдельных видов, которое бывает связано с сочетанием благоприятных факторов среды. Однако после массовой вспышки особенно интенсивно проявляются регулирующие факторы (паразиты, болезнетворные бактерии и др.) , которые снижают численность вредителей до средней нормы.

Изменения в биогеоценозе весной: в жизни растений и животных.

Возможные направления изменения биогеоценоза

ЭКОСИСТЕМЫ

 

 

Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода. В любом конкретном местообитании запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков. Таким образом сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

Понятие об экосистемах. Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться кру-юворот веществ, называют экосистемой.

Термин был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли, который подчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты и мы не можем отделить организмы от конкретной окружающей их среды. А. Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли, хотя они и не имеют определенного объема и могут охватывать пространство любой протяженности.

Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие запаса неорганических молекул в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуцентами выступают автотрофпые организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений. Консументы — это гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы. Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов, в течение жизни выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.

В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.

Масштабы экосистемы в природе чрезвычайно различны. Неодинакова также степень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т. е. многократность вовлечения одних и тех же атомов в циклы. В качестве отдельных экосистем можно рассматривать, например, и подушку лишайников на стволе дерева, и разрушающийся пень с его населением, и небольшой временный водоем, луг, лес, степь, пустыню, весь океан и, наконец, всю поверхность Земли, занятую жизнью.

В подушке лишайников мы найдем все необходимые компоненты экосистемы. Продуценты — симбиотические водоросли, осуществляющие фотосинтез. В качестве консументов выступают некоторые мелкие членистоногие, питающиеся живыми тканями лишайника, а также грибные гифы, по существу паразитирующие на клетках водорослей. И гифы грибов, и большинство микроскопических животных, обитающих в лишайниковых подушках (клещи, коллемболы, нематоды, коловратки, простейшие), выступают и в роли редуцентов. Грибные гифы живут не только за счет живых, но и за счет погибших клеток водорослей, а мелкие животные-сапрофаги перерабатывают отмершие слоевища, в разрушении которых им помогают многочисленные микроорганизмы. Степень замкнутости круговорота в такой системе очень невелика: значительная часть продуктов распада выносится за пределы лишайника — вымывается дождевыми водами, осыпается вниз со ствола. Кроме того, часть животных мигрирует в другие местообитания.

Биогеоценоз

Тем не менее часть атомов успевает пройти несколько циклов, включаясь в тела живых организмов и освобождаясь из них, прежде чем покинет данную экосистему.

В некоторых типах экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (леса, луга, степи на плакорных участках, озера и т. п.). Однако ни одна, даже самая крупная, экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота. Материки интенсивно обмениваются веществом с океанами, причем большую роль в этих процессах играет атмосфера, и вся наша планета часть материи получает из космического пространства, а часть отдает в космос.

В соответствии с иерархией сообществ жизнь на Земле проявляется и в иерархичности соответствующих экосистем. Экосистемная организация жизни является одним из необходимых условий ее существования. Запасы биогенных элементов, из которых строят тела живые организмы, на Земле в целом и на каждом конкретном участке на ее поверхности небезграничны. Лишь система круговоротов могла придать этим запасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни. Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально различные группы организмов. Таким образом, функционально-экологическое разнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы — древнейшее свойство жизни.

Учение о биогеоценозах. Параллельно с развитием концепции экосистем успешно развивается учение о биогеоценозах, автором которого был академик В. Н. Сукачев (1942). «Экосистема» и «биогеоценоз» — близкие по сути понятия, но если первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, то «биогеоценоз» — понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определенными единицами растительного покрова — фитоценозами. Наука о биогеоценозах — биогеоценология — выросла из геоботаники и направлена на изучение функционирования экосистем в конкретных условиях ландшафта в зависимости от свойств почвы, рельефа, характера окружения биогеоценоза и составляющих его первичных компонентов — горной породы, животных, растений, микроорганизмов.

Биогеоценология рассматривает поверхность Земли как сеть соседствующих биогеоценозов, связанных между собой через миграцию веществ, но тем не менее, хотя и в разной степени, автономных и специфичных по своим круговоротам. Конкретные свойства участка, занятого биогеоценозом, придают ему своеобразие, выделяя из других, исходных по типу.

Обе концепции — экосистем и биогеоценозов — дополняют и обогащают друг друга, позволяя рассматривать функциональные связи сообществ и окружающей их неорганической среды в разных аспектах и с разных точек зрения.

Биосфера — это система, состоящая из трех групп (океан, суша, атмосфера) подсистем, находящихся во вполне определенных отношениях (связях) друг с другом. Что подход говорит о наличии «горизонтального деления» в окружающей нас природе: каждая из систем Океан, Суша, Атмосфера разбита по горизонтали на составляющие их подсистемы.

Однако возможно и «вертикальное деление» на геобиоценозы (В.Н.Сукачев) или, иное название, — экологическая система (А.Тэнсли).

Биосфера — это система слабо взаимодействующих геобиоценозов.

Биоценоз — совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема и характеризующихс определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды.

При анализе биосферных процессов среда должна быть учтена более точно, поскольку сама по себе имеет достаточно сложную структуру, от которой сильно зависит развитие и существование самого биоценоза. Учет этого приводит к понятию геобиоценоза (введенное В.Н.Сукачевым).

Приведем два различных определени геобиоценоза.

Геобиоценоз — это:

1) (Тимофеев-Ресовский) участок биосферы, через который не проходит ни одна существенная биоценотическая, геоморфологическая, гидрологическая, микроклиматическая и почвенно — геохимическа граница;

2) Однородный участок Земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземной слой, атмосфера, почва, солнечная энергия и т.д.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обмен веществом и энергией).

Люди входят в биосферу Земли, и поэтому подвержены воздействию биохимических процессов, формирующих их подсознание или сферу эмоций. Эмоции, не в меньшей мере, чем сознание, толкают людей на поступки, которые интегрируются в этногенные и ландшафтогенные процессы. Эмоциональные действия людей определяютс толчками биохимической энергии.

Энергетика Понятие о биоценозе, биогеоценозе, экосистеме

Живые организмы находятся между собой и абиотически­ми условиями среды обитания в определœенных отношениях, образуя тем самым, так называемые, экологические системы.

Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитаю­щих на определœенной территории. Растительный компонент биоценоза принято называтьфитоценозом, животный—зооценозом, микробный—микробоценозом.

Биотоп — определœенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).

Биогеоценоз — совокупность биоценоза и био­топа (рис.1).

Экосистема — система живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ. Термин «эко­система» был предложен английским ученым А. Тенсли (1935), а термин «биогеоценоз» — российским ученым В.Н. Сукаче­вым (1942). «Экосистема» и «биогеоценоз» — понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз — это экосистема в границах фи­тоценоза. Экосистема — понятие более общее. Единая экосистема нашей планеты принято называть биосферой. Биосфера — экосистема высшего порядка.

Типы экосистем (матрешки)

Между экосистемами нет четких границ и одна экосистема постепенно переходит в другую. Большие экосистемы состоят из экосистем меньшего размера, подобно «матрешкам», входя одна в другую. К примеру, муравейник, пень, нора с ее населœением (микроэкосистема) входят в состав лесной экосистемы (мезоэкосистема). Лесная экосистема наряду с такими экосистемами, как, луг, водоем, пашня, входят в состав более крупных экосистем – водосборный бассейн, природная зона. Все экосистемы земного шара связаны через атмосферу и Мировой океан и составляют единое целое –биосферу- глобальную экосистему.

Поток энергии и круговорот веществ в экосистеме.Два выдающихся химика внесли решающий вклад в создание того направления, из которого в дальнейшем выросла сов­ременная экология — это Лавуазье и Пастер.

Их труд — это медленное настойчи­вое созидание, при котором углубленное понимание сути вещей достигается путем проверки опытом продуманных индуктивных умозаключений; созидание, при котором тво­рец всœегда верен себе. Оба эти ученых всœегда придержива­лись одной очень общей и весьма плодотворной идеи — идеи единства науки, в соответствии с которой законы природы справедливы повсюду.

Сегодня любой школьник знает, что Лавуазье был одним из основателœей современной химии. Но даже самые серь­езные эрудиты, возможно, еще не знают, что он же является бесспорным прародителœем нынешних биохимиков и физио­логов. Незадолго до того, как его жизнь оборвалась под ножом гильотины, Лавуазье закончил небольшой, но ис­ключительный по насыщенности глубокими идеями труд под названием «Кругооборот элементов на поверхности земного шара». Появление этой работы есть день рождения экологии.

«Растения получают из окружающего их воздуха, из воды и из всœей неживой природы в целом вещества, необ­ходимые для их организма.

Животные питаются либо растениями, либо другими животными, так что в конечном счете вещества, из которых строится их организм, берутся из воздуха или из минœе­рального царства.

Наконец, брожение, гниение и сгорание непрерывно воз­вращают в воздух атмосферы и в минœеральное царство те исходные вещества, которые у них позаимствовали расте­ния или животные. Какими путями осуществляет природа данный изумительный круговорот веществ между тремя своими царствами?»

Мы знаем, что вещества, извлекаемые из растений, бу­дучи оставлены на воздухе, начинают бродить и постепен­но исчезают. Мы знаем, что трупы животных подвергаются гниению, и от них вскоре остаются одни скелœеты. Это разрушение отмершей органической материи является необ­ходимым условием непрерывного возобновления жизни. В случае если бы останки прекративших свое существование расте­ний и животных не разрушались, то поверхность земли была бы перенасыщена органической материей, и жизнь стала бы невозможной, потому что круг ее превращений (о ко­тором писал Лавуазье в цитате, только что приведенной мною) не смог бы замкнуться. Для того чтобы он замкнул­ся, крайне важно превращение органического вещества мерт­вого растения или животного в простейшие неорганические вещества.

Необходимо, чтобы фибрин костей, мочевина мочи, дре­весина растений, сахар их плодов и крахмал их семян по­степенно распадались бы до воды, аммиака и углекислого газа, прежде чем эти исходные элементы, из которых строятся сложные органические вещества, будут снова подхва­чены растениями и переработаны ими в вещества, служащие пищей для животных, подобных тем, останки которых по­служили источником этих элементов. И такой круговорот совершается непрерывно на протяжении веков. разрушение органической материи обусловлено, в первую очередь, размножением микроско­пически малых организмов, наделœенных способностью вы­зывать диссоциацию сложных органических веществ или медленное их сжигание при фиксации кислорода — спо­собностью, которая делает эти организмы самыми активны­ми участниками жизненно крайне важного процесса возвраще­ния в атмосферу всœего, что отжило воздушный океан, на дне которого мы живем, насыщен зародышами этих микроскопических су­ществ, всœегда готовых к размножению на останках отжив­шей материи, чтобы выполнить свою роль разрушителœей, которая для них и есть проявление жизни. И если бы зако­ны развития, управляющие изменениями тканей и жидко­стей в организме животных, не препятствовали бы размно­жению этих существ (или, точнее, не сдерживали бы его в пределах, совместимых с нормальной жизнью и здоровьем), то нас в любой момент мог бы захлестнуть их неудержимый поток. Но как только жизнь угасает, ничто уже не препят­ствует тому, чтобы любая часть животного или растительного организма стала пищей для этих микроскопических существ. Короче говоря, после смерти жизнь проявляется в новой фор­ме и в новом качестве.

Рассеянные повсюду зародыши микро­организмов начинают развиваться, и под их влиянием либо органическая материя переходит в газообразное состояние за счет процессов брожения, либо кислород воздуха свя­зывается с ней в большом количестве и вызывает ее посте­пенное и полное сгорание. Попробуем представить, если это возможно, какую огромную массу сахаристых веществ природа ежегодно накапливает во всœех растениях, произрастающих на поверхности земного шара. Совершенно крайне важно, чтобы эти миллиард килограммов сахара были разрушены и вернулись в атмосферу.

Каков же тот механизм, с помощью которого природа может разрушать огромные количества сахаристых ве­ществ, ежегодно вырабатываемые растениями? Едва только какая-либо часть сахаристого сока оказывается предос­тавленной самой себе, как из воздуха на нее попадают за­родыши крохотного грибкового растения, которые начинаю в нем размножаться с поразительной легкостью.

По мере того как грибок живет и размножается, сахар превраща­ется в спирт и углекислый газ. Это крохотное растеньи­це — один из многочисленных организмов, обеспечивающих брожение сахаров. Мы видим, что уже на первой стадии изучаемого нами явления сахар начинает частично переходить в атмосферу, поскольку одним из продуктов его разрушения является углекислый газ. Но еще остается спирт, который тоже должен быть разрушен. Спирт разрушается под действием уже другого микроскопического растения, зародыши которого всœе так же из воздуха попадают на образовавшуюся спиртовую жидкость. Это растеньице наделœено удивительной способностью соединять кислород воздуха со спиртом, превращая последний в уксусную кис­лоту. В случае если действие этого микроскопического растения про­должается и дальше, окисление, необходимым участником которого он является, переносится на образовавшуюся ук­сусную кислоту и превращает ее целиком в воду и угле­кислый газ, т. е. в конечные продукты распада сахара, в виде которых он и возвращается весь в атмосферу».

Рассмотрим также поток энергии в экосистеме. В свою очередь энергия не может циркулировать в преде­лах экосистемы.Поток энергии (передача энергии), заключен­ной в пище, в экосистеме осуществляется однонаправлено от автотрофов к гетеротрофам.

Поток энергии — переход энергии в виде химических свя­зей органических соединœений (пищи) по цепям питания от одного трофического уровня к другому (более высокому). Солнце является единственным источником энер­гии на Земле. Оно обеспечивает постоянный, непрерывный, незамкнутый приток энергии на Землю. В отличие от ве­ществ, которые циркулируют по звеньям экосистемы и вхо­дят в круговорот, используясь многократно, энергия может быть использована только один раз.

Для понимания процессов потока энергии в экосистемах важно знать законы термодинамики. Первый закон термо­динамики гласит, что энергия не может создаваться заново и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую. По этой причине энергия в экосистеме не может появиться сама со­бой, а поступает в нее извне — от Солнца.

энтропия