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:
- Запаса химических веществ и энергии.
- Продуцентов.
- Консументов.
- 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.
- Неизменное положение Земли в космосе, определдяющий постоянство поступление солнечн. энергии;
- Геохим. функция живого вещества и её участие в круговороте веществ;
- Равновесное состояние между образованием орган. веществ в биосфере и их расходования (круговорот между живой и неживой частями экосистемы).
- Внутренняя упорядоченность экосистемы. Чем больше компонентов в этой системе, тем сильнее она может сохранять равновесие.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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: