Принципы устойчивости биогеоценозов кратко

Обновлено: 05.07.2024

Биогеоценоз (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1940 году. В зарубежной литературе — малоупотребимо. Ранее также широко употреблялось в немецкой научной литературе.

Содержание

Биогеоценоз и экосистема

Свойства биогеоценоза

  • естественная, исторически сложившаяся система
  • система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне
  • характерен круговорот веществ
  • открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой — Солнце

Основные показатели биогеоценоза

  • Видовой состав — количество видов, обитающих в биогеоценозе.
  • Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

  • Биомасса — количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:
    • биомассу продуцентов
    • биомассу консументов
    • биомассу редуцентов

    Пространственные характеристики

    Переход одного биогеоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождается сменой состояний и свойств всех его компонентов и, следовательно, сменой характера биогеоценотического метаболизма. Границы биогеоценоза могут быть прослежены на многих из его компонентов, но чаще они совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов). Толща биогеоценоза не бывает однородной ни по составу и состоянию его компонентов, ни по условиям и результатам их биогеоценотической деятельности. Она дифференцируется на надземную, подземную, подводную части, которые в свою очередь делятся на элементарные вертикальные структуры — био-геогоризонты, очень специфичные по составу, структуре и состоянию живых и косных компонентов. Для обозначения горизонтальной неоднородности, или мозаичности биогеоценоза введено понятие биогеоценотических парцелл. Как и биогеоценоз в целом, это понятие комплексное, так как в состав парцеллы на правах участников обмена веществ и энергии входят растительность, животные, микроорганизмы, почва, атмосфера [1] .

    Механизмы устойчивости биогеоценозов

    Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

    • достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.
    • богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.
    • многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.
    • средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.
    • направление антропогенного воздействия.

    Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые — меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

    Формы существующих взаимоотношений между организмами в биогеоценозах

    Совместная жизнь организмов в биогеоценозах протекает в виде 6 основных типов взаимоотношений:

    Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

    · достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.

    · богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.

    · многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.

    · средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.

    · направление антропогенного воздействия.

    Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые — меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

    Устойчивость биогеоценоза или экосистемы — это способность непрерывно поддерживать свою структуру, характер связей между элементами и их функционирование в пределах естественного колебания параметров. Многие положения об условиях поддержания устойчивости экосистемы характерны и для биосферы. В обоих случаях действуют схожие механизмы, так как экосистемы являются основными частями биосферы. Однако экосистемы являются биосистемами другого уровня, на поддержание их устойчивости влияют и другие условия.

    Рассмотрим условия, влияющие на устойчивость экосистем.

    1. Богатство видового состава. Биогеоценозы, как правило, состоят из многих видов. Богатство видов и их функциональное разнообразие имеют большое значение для поддержания устойчивости биогеоценоза, так как от этого зависит непрерывность круговорота веществ и потока энергии в нем.

    Напомним, что чем специфичнее условия среды, тем беднее видовой состав биогеоценоза и тем выше численность населяющих его видов.

    Бедные сообщества неустойчивы. Имеющиеся в них виды не образуют единого круговорота веществ, поддерживающего устойчивость экосистемы, так как нередко здесь отсутствуют или трофические связи между видами и наблюдается выпадение некоторых звеньев его структуры, или отсутствуют виды, в случае надобности способные функционально заменить, дополнить какой-о вид, утраченный экосистемой.

    Многоярусные биогеоценозы, состоящие из большого количества популяций многих видов растений, животных, грибов и бактерий, связанных между собой разнообразными пищевыми и пространственными отношениями, называют сложными. Они наиболее устойчивы к неблагоприятным воздействиям. Исчезновение отдельных элементов, например уничтожение какого-то вида, мало отразится на судьбе этого биогеоценоза, поскольку в данном случае произойдет лишь незначительная перестройка его структуры и организации. В экосистемах тропических лесов, являющихся исключительно сложными, никогда не наблюдаются вспышки массового размножения отдельных видов.

    Дело в том, что среди большого разнообразия видов в богатом биогеоценозе всегда имеются популяции с похожими (перекрывающими) свойствами, обладающие сходными функциями в использовании источников и форм энергии для синтеза продукции. Присутствие таких видов имеет большое значение для устойчивости сообщества. В условиях, когда возникает избыточность ресурса, сходные по функциям виды, дополняя друг друга, могут быстрее освоить его, тем самым обеспечить устойчивость сложившейся конкретной экосистемы. В таком случае дополнительные участники переработки ресурса выступают как обратная связь в системе, где по прямой связи какого-то ресурса воспроизводилось больше нормы.

    В то же время при выпадении какого-либо вида нарушившееся динамическое равновесие в биогеоценозе выравнивается до устойчивого состояния другим видом со сходными свойствами. Таким путем, благодаря большому разнообразию видов, осуществляется самоподдержание биогеоценоза, саморегулирование его устойчивости.

    Чем разнообразнее видовой состав экосистемы, тем больше у него возможностей сохранить устойчивость с помощью тех или иных форм перекрывающих связей.

    Перекрывающие формы популяций разных видов, подобно обратной связи, обеспечивают устойчивость экосистемы при избытке ресурса и в случае неожиданного сокращения функционально сходных популяций.

    С увеличением разнообразия видов растений в биогеоценозе возрастает количество экологических ниш и усложняется его общая структура, усиливается взаимодействие прямых и обратных связей. Такая экосистема оказывается устойчивой.

    Биологическое разнообразие в экосистеме — важное условие ее устойчивости.

    2. Жизненное пространство вида. Среднюю площадь (или объем) в пространстве экосистемы, приходящуюся на одну особь популяции рассматриваемого вида, называют его жизненным пространством. Оно имеет существенное значение для поддержания устойчивости экосистемы, так как в ее пределах организмы получают все необходимые средства к жизни: пищу, укрытие, возможность размножения. Каждый биогеоценоз населяет много популяций различных видов, а каждая территория может прокормить и укрыть лишь определенное количество особей. Ясно, что при таких обстоятельствах нормальное существование любой популяции будет зависеть от ее жизненного пространства в биогеоценозе, от размещения в нем всего многообразия живого населения.

    Например, растения, благодаря разнообразию жизненных форм (деревья, кустарники или травы), занимают в пространстве тот или иной ярус в надземной и подземной частях сообщества. При этом все особи растительных видов размещаются на определенном расстоянии друг от друга, которое определяется не только возможностями экотопа, но и потребностями растения. Так, растения своими корнями занимают пространство в почве поглощения воды и минеральных солей, а кроной затеняют это пространство. Таким путем растения распространяют свое влияние на определенную территорию. Поэтому оптимальным для популяции какого-либо вида растений оказывается такое расстояние между соседними особями, при котором они не смогут отрицательно влиять друг на друга. При этом не наблюдается и недоиспользование пространства.

    По такому же принципу осуществляется размещение животных и всего населения биогеоценозов.

    В каждом конкретном случае тип размещения особей популяции любого вида в занимаемом пространстве оказывается приспособительным, то есть позволяющим оптимально использовать имеющиеся ресурсы. Нарушение типа размещения видов в сообществе приводит к потере устойчивости биогеоценоза.

    3. Средообразующие свойства видов также имеют большое значение в сохранении устойчивости экосистемы. Все многообразие видов в процессе своей жизнедеятельности оказывает значительное влияние на условия среды своего обитания — биотоп биогеоценоза.

    Существенные количественные изменения среды, происходящие по причине изменения численности каких-то видов, выпадения типичного вида из сообщества или вселения в него нового вида, играющего особую средообразующую роль, приводит к потере устойчивости этой экосистемы и даже ее замене качественно иным биогеоценозом.

    4. Антропогенное воздействие также влияет на устойчивость экосистем, поскольку часто служит причиной изменений и нарушений биогеоценозов и их биотопов.

    Любой биогеоценоз существует в определенных условиях географической среды. Исторически сложившийся состав различных видов сообщества, его структура, сложность трофических сетей и пространственных отношений отражают его приспособленность к наиболее значимым, важнейшим особенностям географической среды и направлены на его устойчивое существование в этих условиях в течение длительного времени. Такая особенность проявления жизни на уровне биогеоценотических система сложилась в процессе геологического и биологического развития нашей планеты. Однако в настоящее время, благодаря огромной по силе воздействия природопользовательской деятельности человека и человечества в целом, многие экосистемы теряют устойчивость, деградируют, что отражается на устойчивости биосферы. Такое положение вызвано вмешательством человека в сложившийся видовой состав биогеоценоза (вселение в него новых видов из других регионов и экосистем иного типа или одичавших домашних животных, выборочное уничтожение отдельных видов), а также разрушение биотопов, свойственных биогеоценозам.

    Потеря устойчивости экосистем из-за сокращения в них биологического разнообразия мест обитания живых организмов, наблюдаемая повсеместно, вызывает серьезную озабоченность всего прогрессивного человечества.

    Существует с момента появления живых существ. С его появлением возникла и биосфера. Круговорот веществ характеризуется наличием 4 обязательных взаимосвязанных компонентов:

    1. Запаса химических веществ и энергии.
    2. Продуцентов.
    3. Консументов.
    4. Редуцентов.

    В итоге всё живое население биосферы и окр. среда, откуда организмы черпают ср-ва жизни и куда выделяют все свои продукты жизнедеятельности, создают открытую живую систему как экосистему. Экосистема устойчива лишь в том случае, если входящие в её состав взаимодействующие компоненты достаточно полно поддерживают круговорот веществ. Знание качественных и количественных характеристик биологического круговорота, его ритма, интенсивности и скорости движения веществ и энергии даёт возможность прогнозировать степень устойчивости экосистемы и длительность её существования. Биологический круговорот веществ и поток энергии является главным условием возникновения и осуществления глобальной экосистемы.

    Устойчивость – это способность поддерживать свою структуру и характер связи между элементами системы, не смотря на внешнее воздействие. Условие, обеспечивающее такое состояние системы называют механизмами устойчивости.

    1. Неизменное положение Земли в космосе, определдяющий постоянство поступление солнечн. энергии;
    2. Геохим. функция живого вещества и её участие в круговороте веществ;
    3. Равновесное состояние между образованием орган. веществ в биосфере и их расходования (круговорот между живой и неживой частями экосистемы).
    4. Внутренняя упорядоченность экосистемы. Чем больше компонентов в этой системе, тем сильнее она может сохранять равновесие.
    5. Функциональное разнообразие компонентов экосистемы (сложность экосистемы). Обеспечивает её устойчивость и стабильность.

    Основными структурными компонентами биосферы выступают различные биогеоценозы с их уникальными жизненно важными функциями в глобальной экосистеме, человек как житель биосферы, являющийся ее важ-ным структурным и функциональным элементом, и географические оболоч-ки планеты.

    Основные процессы в биосфере: активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты, биологический круговорот веществ и поток энергии, а также хозяйственная и этнокультурная деятельность человека.

    Особенности организации биосферы: устойчивость, достигаемая благодаря многообразию форм жизни; упорядоченность процессов (порядок в строении и совокупности устойчивых связей в непрерывном биотическом круговороте веществ и потоке энергии, наличие обратных связей); энерге-тичность и динамичность явлений, обусловленные взаимосвязью живой и не-живой природы.

    Значение биосферного уровня. Главная роль биосферы заключается в обеспечении многообразия форм жизни на Земле.

    На Земле нет мест, где бы не было природных сообществ (биогеоценозов).

    Основная стратегия жизни на биосферном уровне — это сохранение бесконечности жизни, многообразия форм живой материи и обеспе-чение динамической устойчивости биосферы.

    На биосферном уровне протекают важные глобальные процессы, обеспечивающие возможность длительного существования жизни на Земле. Среди них: образование свободного кислорода растительным покровом планеты; поддержание постоянства концентрации углекислого газа в атмосфере; создание озонового слоя вокруг Земли; обеспечение живого населения нужными химическими веществами и необходимыми территориями для его размеще-ния на земной поверхности; поддержание условий для дальнейшего развития биологического разнообразия видов и экосистем; возникновение новых био-геохимических круговоротов, утилизирующих антропогенные загрязнения; поступление солнечной энергии на поверхность земного шара.

    Все эти процессы пока еще обеспечивают динамическую устойчивость биосферы, создают возможность существования в ней жизни.

    Экосистемы по размерам можно разделить на микроэкосистемы (экосистема гниющего пня или дерева в лесу, прибрежные заросли водных растений), мезоэкосистемы (болото, сосновый лес) и макроэкосистемы (океан, море, пустыня,).

    С экологических позиций принято различать три группы организмов, образующие трофические (пищевые) уровни в структуре экосистемы:

    • первый трофический уровень – продуценты (растения);
    • второй уровень – консументы (животные, хищники);
    • третий уровень – редуценты (грибы, бактерии)

    Биогеоционоз – это эволюционно сложившийся комплекс популяций различных видов, обладающих определёнными типами взаимодействий, как между организмами, так и с окружающей абиотической средой.

    1. Взамо приспособительные свойства;

    2. Взаимная адаптация в биогеоценозе (растений и животных), которая обеспечивает большую устойчивость существования взаимодействующих популяций и видов.

    3. Коэволюционные связи в биогеоценозе. Возникли в сообществе в процессе длительной эволюции и с помощью естественного отбора. Это совместная эволюция видов.

    Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

    • достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.
    • богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.
    • многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.
    • средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.
    • направление антропогенного воздействия.

    Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые — меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

    Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.

    Каждый биоценоз развивается в пределах однородного пространства, которое характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов, таких как количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп — это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие.

    Масштабы биоценозов могут быть различны — от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев, моховых кочек на болоте или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т .д.

    В водной среде биоценозы обычно выделяют в соответствии с экологическими подразделениями водоемов — биоценоз прибрежных песчанистых или

    илистых грунтов, биоценоз приливной зоны моря, биоценоз крупных водных растений прибрежной зоны озера, биоценоз пресного водоема и т.д. (рис. 2.2).

    В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь, хоть и обитают в других биоценозах.

    Известный американский эколог Барри Коммонер выделил 4 исходн. принципа, позволяющих установить гармоничное взаимоотношение и общество с природой:

    1. Всё связано со всем. В природе всё взаимосвязано. Природные экосистемы находятся в состоянии экологического равновесия. Вред, наносимый одному компоненту экосистемы, может привести к нарушению функционирования всей экосистемы, поэтому человек побязан предвидеть все возможные последствия своего вмешательства в природу.
    2. Всё должно куда-то деваться. В природных экосистемах нет ненужных отходов. Т.к. все биогеоценозы в процессе биологического круговорота с помощью биологического разнообразия своего населения способно освоить всю образующуюся биомассу без нарушения экологического равновесия в экосистеме.
    3. За всё надо платить. Человек не может безвозмездно расходовать природные ресурсы, загрязнять окр. среду, изъятое из природы должно быть в неё возвращено. Поэтому общество должно нести определённые финансовые расходы и на восстановление естественных экосистем, и на содержание служб, контролирующих рациональное природопользование.
    4. Природа знает лучше. Изымать биологические ресурсы из экосистемы можно лишь в таком количестве, чтобы она смогла сама восстановить их за счёт своих механизмов устойчивости.

    Биологический вид (лат.Species)

    Вид - качественно обособленная форма живого вещества, основная единица эволюционного процесса.
    Вид - совокупность популяций особей:
    - способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства;
    - населяющих определенный ареал;
    - обладающих рядом общих морфо- и физиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой; и
    - отделенных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм.
    Биологический вид является:
    - основной структурной единицей в системе живых организмов;
    - качественныv этапом их эволюции;
    - основная таксономическая категория в биологической систематике.
    В пределах вида различают полувиды, подвиды, экотипы, популяции и микропопуляции.

    Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однородной пло-щади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.

    ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; микрогруппировки ландыша Кейске в белоберезняке, растущие у оснований деревьев и на открытых местах; куртины деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.

    Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

    ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; древостои в монодоминантных лесах, представляющих одну группу типов леса: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников (Магаданская область, север Хабаровского края); древостои в осоковых (сухих) и разнотравных (влажных) дубняках (Приморский край, Амурская область); популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

    Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

    Читайте также: