Вопрос 17

Биотоп — участок территории, однородный по условиям жизни для определенных видов растений или животных.

Часто в экологии вместо термина «биоценоз» используется термин «сообщество». Биоценоз (сообщество) является основным компонентом природных надорганизменных систем.

Биоценоз — исторически сложившаяся совокупность популяций различных организмов, населяющих одну территорию.

Составляющими компонентами биоценоза являются: фитоценоз, зооценоз, микоценоз, микробоценоз.

18. Популяции. Основные характеристики популяций

Популяция – совокупность особей данного вида, в течение длительного времени населяющих определенную область географического пространства, связанных между собой определенными взаимоотношениями и приспособленных к жизни в условиях данного места обитания (биотопа). Воздействуя на биоценоз, человек воздействует не на отдельные организмы (особи), а на всю популяцию в целом. В каждой экосистеме есть два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Всю совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы.

Численность и плотность – основные параметры популяции.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численностии плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную.

Абсолютная рождаемость– это количество новых особей, появившихся за единицу времени.

Удельная рождаемость– то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Различают три типа смертности:

- одинаковый на всех стадиях развития; встречается редко, в оптимальных условиях;

- повышенная смертность в раннем возрасте;

- высокая смерть в старости.

19. Экологические системы. Свойства, структура и продукция экосистем. Смена экосистем. Поток энергии и цепи питания.

Биоценоз – совместно обитающие популяции всех живых организмов на определенной территории.

Биотоп - природное, жизненное пространство, занимаемое определенным биоценозом. Это понятие включает не только вещества, но и физико-химические факторы (температуру, освещенность, химический состав и т.д.).

Биотоп и соответствующий ему биоценоз образуют экологическую систему.

Экосистемы – безразмерные, устойчивые системы живых и неживых компонентов, в которых совершаются внешний и внутренний круговороты веществ и энергии.

Несмотря на громадное разнообразие экосистем (от тундры до пустынь), всем им свойственна примерно одинаковая биотическая структура, все они включают одни и те же составляющие. Это продуценты, консументы и деструкторы.

Любая экосистема включает несколько трофических (пищевых) уровней. Продуценты (от лат. produsena – создающий) – это в основном зеленые растения автотрофы (от греч. autos – сам; trofo – пища), которые под влиянием солнечной энергии в процессе фотосинтеза с помощью хлорофилла из воды и СО2 образуют сахара и в качестве побочного продукта выделяют кислород (О 2) . Кроме того, к продуцентам относят и хемоавтотрофы – организмы, использующие в качестве питания углерод неорганических соединений и энергию химических превращений одних веществ в другие (азотофиксирующие бактерии).

Консументы – гетеротрофные организмы (от греч. getoros – другой) - потребители органического вещества, созданного автотрофами. К первичным консументам относятся организмы, питающиеся травой, фитофаги (от греч. fiton – растение, fagos – пожирающий) и паразиты зеленых растений. Среди травоядных в наземной среде преобладают насекомые, грызуны и копытные, а в водной – мелкие ракообразные и моллюски. Вторичные консументы питаются травоядными. Состав вторичных консументов разнообразен: здесь хищники, убивающие жертву (зоофаги), трупоеды (некрофаги), паразиты и др.

Мертвые растения и животные остатки (опавшие листья, фекалии, детрит) служат пищей консументам – детритофагам (гриф, земляные черви, муравьи). И наконец, редуценты (деструкторы) – организмы, разлагающие органические вещества до простых неорганических – преимущественно микроорганизмы (бактерии, дрожжи, грибы-сапрофиты). Идет процесс, обратный процессу фотосинтеза – распад органических молекул в клетке с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности (клеточное дыхание).

Детритофаги и редуценты играют в биосфере одну и ту же роль – питаются мертвым органическим веществом. Они, в свою очередь, также являются объектом 3 питания. Таким образом, все в природе связано посредством пищевых цепей (или пищевой сети, т.к. одним и тем же веществом питаются сотни, тысячи организмов). Существуют также симбиотрофы – организмы, ведущие совместный образ жизни. Классический пример: лишайники, представляющие тесное взаимовыгодное сосуществование грибов и водорослей.

Продуктивность экологической системы - это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи.

Различают разные уровня продуцирования органического вещества: первичная продукция, создаваемая продуцентами в единицу времени, и вторичная продукция - прирост за единицу времени массы консументов. Первичная продукция подразделяется на валовую и чистую продукцию. Валовая первичная продукция - это общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая и траты растения на дыхание - от 40 до 70% от валовой продукции. Та часть валовой продукции, которая не израсходована «на дыхание», называется чистой первичной продукцией, представляет собой величину прироста растений и именно эта продукция потребляется консументами и редуцентами. Вторичная продукция не делится уже на валовую и чистую, так как консументы и редуценты, т.е. все гетеротрофы, увеличивают свою массу за счет первичной ранее созданной продукции.

Смена экосистемы — это закономерно направленный процесс качественного изменения биогеоценоза в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой.

Несмотря на то, что биогеоценозы являются устойчивыми и саморегулирующимися системами, происходит постепенная смена менее устойчивых биогеоценозов на более устойчивые. Такую закономерную смену биогеоценозов называют сукцессией.

Современная экология выделяет следующие два вида сукцессии:

первичную сукцессию — появление растительного сообщества на тех участках, где ранее их не было (например, в пустынях, на застывшей лаве, на почвах где ранее лежали льды и т.д.);

вторичную сукцессию — возвращение растительности, ранее характерной для данной местности, после каких-либо изменений, повлекших её исчезновение.

Для осуществления любых жизненных процессов необходима энергия. Единственным источником энергии для зеленых растений является Солнце. В экосистемах, где солнечная энергия недоступна (например, дно океана), источником энергии для организмов служит окисление неорганических веществ.

Солнечная энергия, падающая на фотосинтезирующие органы растений, аккумулируется во вновь образующихся органических соединениях. Эта энергия используется продуцентами по-разному. Часть ее тратится на дыхание, т. е. на биологическое окисление, часть запасается в виде вновь возникшей биомассы. Биомасса — это масса организмов определенной группы или сообщества в целом.

Некоторую долю созданной продуцентами биомассы съедают травоядные животные. Хищники потребляют травоядных животных и получают долю энергии. Часть энергии, полученной консументами с пищей, тратится на процессы, происходящие в клетках, а также выводится с продуктами жизнедеятельности в окружающую среду. Другая часть энергии идет на увеличение массы тела, рост и размножение и рассеивается в виде тепла.

Часть биомассы продуцентов, не съеденная животными, отмирает, и с отмершей биомассой аккумулированная в ней энергия поступает в почву в виде растительного опада.

Растительный опад, трупы и экскременты животных служат источником питательных веществ для редуцентов. Определенное количество энергии запасается в биомассе редуцентов, а часть рассеивается. Редуценты отмирают, и их клетки также разлагаются. Из продуктов разложения состоят органические вещества почвы.

Таким образом, энергия аккумулируется на уровне продуцентов, проходит через консументы и редуценты, входит в состав органических веществ почвы и рассеивается при разрушении ее разнообразных соединений.

Разобранный пример относится к наземным экосистемам. Подобным же образом происходят процессы и в водных экосистемах. Через любую экосистему проходит поток энергии, определенная часть которой используется каждым живым существом.

Цепи питания. Перенос энергии от ее источника (растений) через ряд организмов называют пищевой цепью.

Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, поскольку являются объектами питания других организмов. Травоядные животные (потребители первого порядка) поедают растения, первичные хищники (потребители второго порядка) поедают травоядных, вторичные хищники (потребители третьего порядка) поедают хищников помельче. Таким образом создаются пищевые цепи из продуцентов и консументов, которые на разных этапах, как это было показано в, смыкаются с сообществом редуцентов

Пищевые цепи разделяют на два типа. Один тип пищевой цепи начинается с растений и идет к растительноядным животным и далее к хищникам. Это так называемая цепь выедания (пастбищная). Другой тип начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных и идет к мелким животным и микроорганизмам, которые ими питаются. В результате деятельности микроорганизмов образуется полуразложившаяся масса — детрит. Такую цепь называют цепью разложения (детритной).