1.Биоценоз

Когда речь идет об экосистемах, под биотическим сообществом понимается биоценоз.

Биоценоз – это надорганизменная система, состоящая из 3-х компонентов:

1. растительности;
2. животных;
3. микроорганизмов.

Функционируя в непрерывном единстве биоценоз и биотоп (место жизни биоценоза) образуют биогеоценоз или экосистему.

Биоценоз – это более высокий уровень организации, чем популяция, которая является его составной частью.

Структура биоценоза

пространственная                                                                                   

видовая

Для существования сообщества важна не только величина численности организмов, но еще важнее видовое разнообразие, которое является основой биологического разнообразия в живой природе.

Под биоразнообразием понимается разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем.

1.1.Видовая структура биоценоза

Характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда факторов.

Главные лимитирующие факторы:

• температура
• влажность
• недостаток пищевых ресурсов.

Поэтому биоценозы экосистем высоких широт, пустынь и высокогорий наиболее бедны видами. Здесь могут выжить организмы, приспособленные к этим условиям.

Биоценозы экосистем, такие как тропические леса, имеют разнообразный   животный мир, и здесь  трудно найти 2 одинаковых рядом стоящих дерева одного вида.

Обычно бедные видами биоценозы считаются, если они содержат десятки и сотни видов растений и животных, богатые – это несколько тысяч и десятки тысяч видов.

Виды, которые  преобладают по численности, называются доминантными,

малочисленные и даже редкие виды –  второстепенными.

1.2.Пространственная структура биоценоза.

Виды в биоценозе образуют пространственную структуру, особенно в его растительной части – фитоценозе.

Прежде всего четко определяется вертикальное  ярусное строение в лесах умеренного и тропического поясов.

Например, в широколиственных лесах можно выделить 5-6 ярусов:

I- деревья первой величины (дуб, липа)

II – деревья второй величины (рябина, яблоня, груша и др.)

III – подлесок кустарниковый (крушина, жимолость и др.)

IY – высокие травы

Y – низкие травы

Ярусность позволяет растениям более полно использовать световой поток:

• верхние ярусы – светолюбивые
• средние ярусы – теневыносливые
• нижние ярусы – тенелюбивые.

В вертикальном направлении изменяется микросреда (выровненность и повышение температуры), но и изменение газового состава. Изменение микросреды способствует и определенной ярусности фауны – от насекомых и птиц, до млекопитающих. 

Помимо ярусности наблюдается мозаичность- изменение растительного и животного мира по горизонтали.

Мозаичность может возникнуть и искусственно - в результате вырубки лесов.

Экологическая ниша

В 20гг. XXв. американский ученый Джон Гриннелл понимал под нишей  условия в котором живет вид. Позднее английский эколог Чарльз Элтон определил нишу «как статус организма в обществе», точнее его отношения с пищей и врагами. Образно говоря, ниша какого-нибудь организма, по Гриннеллу – это его «адрес», а по Элтону его «профессия» (то, чем он занимается в обществе)

Например, нишу крупных травоядных в Африке занимают антилопы, в Австралии - кенгуру, в России – лоси.

В1957г. американский ученый Джордж Эвелин Хатчитсон разработал многомерную модель, которая дает более полное представление об экологической нише. Он предложил понимать под экологической нишей весь диапазон факторов среды влияющих на данный вид. Допустим, известны верхние и нижние пределы температуры и влажности для существования какого-либо растения, а также, например, содержание питательных веществ в почве, то представив эти сведения в системе координат мы получим 3-х мерную модель:     

Конечно, эта модель не дает полного представления о сложных взаимоотношениях организм-среда, так как границы экологических ниш различных видов могут соприкасаться или даже вкладываться друг в друга, если условия существования совпадают.

Ресурсов, как правило, на всех не хватает. Поэтому в природе идет явная или скрытая борьба за нишу, за место и т.д. В конце концов, один вид вытесняет другой. Это принцип конкурентного исключения, сформулировал российский ученый Г.Ф.Гауде. На опытах с инфузориями и дрожжами Гауде доказал, что при полном перекрывании экологических ниш один вид довольно быстро вытесняет другой.

Поэтому виды, живущие в одном сообществе, всегда занимают несовпадающие ниши. Например, в Африке травоядные копытные:

• жирафы едят листву
• антилопы - молодые побеги кустарников
• зебры - траву
• бегемоты – водную растительность.

Гомеостаз экосистемы

Гомеостаз это способность биологических систем - организма, популяции, вида, экосистемы – противостоять изменениям, сохранить равновесие.

Экосистема – это саморегулирующаяся система. На устойчивость экосистем влияет изменения в структуре сообществ, от динамики видового разнообразия, до изменений в трофической цепи и т.д.

Наиболее устойчивы крупные экосистемы – биосфера, неустойчивые – молодые экосистемы.

Это объясняется тем, что в больших экосистемах создается саморегулирующийся гомеостаз за счет взаимодействия круговорота веществ и потоков энергии.

Экологические сукцессии

Сукцессия – последовательная смена биоценозов, возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов или воздействия человека.

Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в котором изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования до возникновения стабилизирующей системы.

В этом состоянии экологическая сукцессия находится тогда, когда в ней на единицу энергии приходится максимальная биомасса и максимальное количество связей между организмами.

Однако к этому состоянию система проходит ряд стадий развития, первую из которых часто называют стадией первых поселенцев.

Различают первичную и вторичную сукцессии.

Первичная  возникает на свободном пространстве (свежая лесосека, искусственные водохранилища и т.д.).

Например, внедрение растений посредством семян и спор перенесенных ветром:

образование ельника

Семена в основном березы и ели попадают на свободное пространство. Береза растет намного быстрее – к 6-10 годам ель едва достигает 50-60 см., а береза 8-10 м. Под уже сомкнувшимися кронами берез создается свой микроклимат, обилие опада  листьев способствует формированию особых почв, поселяются многие животные, и появляется разнообразный растительный покров. А ель продолжает расти в столь благоприятной обстановке и, наконец, береза не выдерживает конкуренции с ней за пространство и свет и вытесняется елью.

Вторичная сукцессия является, как правило, следствием деятельности человека. Например, искусственные водохранилища  за счет поступления большого количества биогенов - элементов N, P, S, C, Si – зарастают сине-зелеными водорослями и преобладают в биоценозе. Происходит вымирание многих рыб и водных растений. Т.е. биоценоз полностью перерождается.

Если первичная сукцессия длится около 1000 лет, то вторичная всего 150 – 200 лет.

Среда обитания

Каждый вид имеет свое местообитание. Местообитания различаются между собой факторами среды (экологические факторы). Факторы бывают разные. Некоторые из них - условия среды – как бы заданы изначально и для всех в данном местообитании одинаковы (температура, соленость воды). Ресурсы – все, что организм потребляет или использует, чтобы обеспечить свое существование. Ресурсы всегда имеются в определённом, исчерпаемом количестве.

Тепло и вода.

Температура – одно из важных условий жизни для всех существ. Щука выносит температуру от 0 до 35°С, а форель плохо себя чувствует в воде чуть теплее 20°С. Вода для животных и растений необходима для осуществления всех жизненных процессов. Дефицит или отсутствие воды может привести к исчезновению вида.

У разных групп организмов свои источники (тепла) энергии и вещества. Так для зеленых растений СО² находится в окружающей среде в достаточном количестве. Но все организмы ещё нуждаются в биогенных элементах – N, P, S, K, Ca, Fe, Mg, всё это незаменимые ресурсы.

В природе на организмы действует сразу множество разных факторов. Есть среди них и ограничивающие их существование. Это – лимитирующие ресурсы, то есть которых на всех не хватает. Так, развитие растений замедляется, если в почве не хватает – N, P или K, если даже все остальные элементы находятся в достаточном количестве. Этот “закон минимума” открыл в 19в. немецкий агрохимик Юстус Либих. Для каждого фактора среды есть предельные (максимальные и минимальные) значения, которые способен вынести живой организм. Если же говорить не просто о выживании, а о благополучном существовании и размножении, то допустимый диапазон окажется ещё уже. Такой диапазон называется пределом толерантности (выносливости) этого вида организмов. Наилучшие же условия находятся где-то посередине, в так называемой зоне оптимума.