Экосистемы

ЧЕЛОВЕК И ПРИРОДА

1. Экологией называется наука, изучающая отношения организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой.

2. Средой обитания называется всё, что окружает живое существо в природе. На Земле существуют четыре среды обитания, освоенные и заселённые живыми организмами:

– водная;

– наземно-воздушная;

– почвенная;

– среда, образованная самими живыми организмами.

3. Экологическими факторами называются любые элементы окружающей среды, способные прямо или косвенно влиять на живой организм хотя бы на одном этапе его индивидуального развития. Факторы делятся на природные или антропогенные. Антропогенными являются факторы прямо или косвенно связанные с деятельностью человека. Кроме того, различают абиогенные (или абиотические) факторы, связанные с неживой или косной природой, и факторы живой природы, называемые биогенными (биотическими). В свою очередь абиогенные факторы делят на физические и химические, а биогенные – на зоогенные (воздействия животных), фитогенные (воздействия растений) и микробиогенные (воздействия микроорганизмов). Например, к биотическим компонентам экосистемы луга относят живое: бактерий, обитающих в почве, и дождевых червей. Абиотическими компонентами биосферы являются влажность почвы, особенности рельефа и др.

4. Приспособление живого к внешней среде отражено в понятии толерантности – способности выдерживать изменения условий жизни. Любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живой организм, их действие описывается кривыми толерантности, рис. 6.1. Положение вершины кривой указывает оптимальные условия по данному фактору для особей данного вида. Диапазон толерантности определяет границы благоприятных значений какого-либо фактора, поскольку как недостаток, так и избыток фактора ведут к отрицательным последствиям для существования организма. Например, недостаток воды в почве затрудняет ассимиляцию растением необходимых ему минеральных веществ. В свою очередь избыток воды может привести к гибели корней, закисанию почвы и т. д. Широкие границы толерантности по одному фактору не означают широких границ по другим факторам. Например, многие земноводные выдерживают значитель ные колебания температуры, но не переносят даже кратковременного высыхания кожи.

5. Факторы называются лимитирующими, если они сдерживают развитие организмов из-за их недостатка или избытка. Согласно закону минимума: «Успешную жизнедеятельность организма ограничивает тот экологический фактор, количество и качество которого близко к минимуму, необходимому организму». Частная формулировка этого закона принадлежит Ю. фон Либиху: «Величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего».

6. Кроме того, роль лимитирующих факторов отражена в законе толерантности В. Шелфорда: «Любой живой организм имеет определённые, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору». Смысл граничных значений фактора разъясняется в законе лимитирующих факторов, который представляет собой, по сути, другую формулировку закона Шелфорда: «Даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит организм к стрессовому состоянию, а в пределе – к его гибели». Организмы с широкими диапазонами толерантности называются эврибионтами, а с узкими – стенобионтами.

7. Экологической нишей называется часть воображаемого многомерного пространства, отдельные измерения которого являются экологическими факторами, обеспечивающими существование данного вида. Экологическая специфичность видов отражается в аксиоме экологической адаптированности: «Каждый вид адаптирован к строго определённой, специфической для него совокупности условий существования – экологической нише». Межвидовая конкуренция, как правило, не позволяет занимать одни и те же места организмом, ведущим сходный образ жизни. Этот факт обосновывается принципом конкурентного взаимоисключения (Г. Ф. Гаузе): «Два вида не занимают одну и ту же экологическую нишу».

8. Биотические взаимодействия организмов можно разделить на 6 групп:

– организмы не влияют друг на друга (00);

– между организмами существуют взаимовыгодные отношения (++);

– имеются отношения, вредные для обоих организмов (– –);

– один из организмов получает выгоду, а другой испытывает угнетение (+ –);

– один получает пользу, другой не испытывает вреда (+0);

– один угнетается, другой не извлекает пользы (– 0).

Разнообразные типы взаимоотношений организмов способствуют обеспечению их пищей, а также расселению вида в пространстве.

9. Отсутствие влияния организмов друг на друга (00) называется нейтрализмом, это относительно редкий вид отношений в природе.

10. Варианты взаимовыгодных отношений (++) называют симбиозом. Простейшим видом взаимно полезных связей является протокооперация (или кооперация) – выгодное, но не обязательное совместное существование. Например, опыление пчёлами различных растений или распространение муравьями семян. Другим видом симбиотических отношений является мутуализм – устойчивое взаимовыгодное сожительство двух организмов разных видов. Примерами могут служить взаимоотношения рака-отшельника и актинии, или кедровка, питающаяся только семенами кедровой сосны и являющаяся единственным их распространителем. В узком смысле симбиозом называют неразделимые взаимовыгодные связи двух видов, предполагающие обязательное тесное сожительство организмов, иногда даже с элементами паразитизма. Например, лишайники представляют собой тесное взаимовыгодное сожительство грибов и водорослей, а также сожительство зелёных растений (прежде всего, деревьев) и грибов.

11. Иногда типы отношений, при которых хотя бы один из партнёров испытывает отрицательное влияние другого, называют общим термином – антибиоз. Отношения, вредные для обоих организмов (– –), называются конкуренцией. Внутривидовая конкуренция предполагает борьбу за одни и те же ресурсы между особями одного и того же вида. Прежде всего, это борьба за пищу, полового партнёра и жизненное пространство. Межвидовая конкуренция, чрезвычайно широко распространённая в природе, наблюдается между двумя или более видами со сходными экологическими требованиями. Она проявляется в различных формах: от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования, но в итоге, как правило, один вид обязательно вытесняет другой.

12. Односторонняя польза характерна для хищничества (+ –). Это тип отношений, при которых один организм поедает представителей другого. Существуют хищники-охотники, которые сами ловят жертву и полностью или частично её съедают. Имеются также хищники-собиратели, которые ищут и собирают добычу, например, многие насекомоядные птицы. В узком смысле хищничеством является только поедание животных животными. В широком смысле к хищничеству относят травоядность (поедание растений животными), соответственно, к хищникам причисляют и ряд насекомоядных растений.

13. Паразитизмом (+ –) называется форма отношений, при которых организмы одного вида (паразиты) живут за счёт питательных веществ или тканей другого вида (хозяина) в течение определённого времени. Обычно паразиты используют живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного проживания, существуя на его поверхности или внутри тела. В отличие от хищничества при нападении паразита хозяин не погибает, но испытывает угнетение, что позволяет считать паразитизм ослабленной формой хищничества.

14. Форма отношений, при которых один вид получает какое-либо преимущество, выгоду, не принося другому ни вреда, ни пользы (+0), называется комменсализмом. Например, крупные млекопитающие (собаки, олени) разносят плоды и семена с зацепками (вроде репейника), не получая от этого ни вреда, ни пользы. Имеется несколько видов комменсализма. Нахлебничеством называется потребление остатков пищи хозяина. Например, песцы в тундре доедают остатки пищи белого медведя. Сотрапезничеством является потребление разных веществ или частей одного и того же ресурса. Примером могут служить взаимоотношения различных видов почвенных бактерий-сапрофитов, которые перерабатывают органические вещества из перегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли. Квартиранством называется использование одними видами других в качестве убежища или жилища. Непосредственно на стволах деревьев поселяются лианы, в гнездах птиц обитает множество членистоногих, некоторые рыбы прячутся среди щупалец медуз и актиний.

15. Отрицательное воздействие для одного вида, но бесполезное для другого (–0) называется аменсализмом. Например, светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затемнения, но самому дереву это безразлично.

16. Основными элементами каждой экосистемы являются популяции, характеризуемые определёнными величинами, в частности, демографическими показателями. Плотностью популяции называется число особей, или их биомасса, приходящиеся на единицу площади или объёма жизненного пространства. Например, 500 деревьев на 1 га леса; 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоёма; 5 млн особей хлореллы на 1 куб. м воды. Рождаемостью называется число новых особей (также яиц и семян), появившихся в популяции за определённый промежуток времени. Максимальной (физиологической или абсолютной) рождаемостью считается теоретический максимум скорости образования новых особей в идеальных условиях, когда отсутствуют внешние факторы, сдерживающие процесс размножения. Максимальная рождаемость определяется во многом способностью самок производить определённое количество потомства, т. е. их физиологической плодовитостью. Численность популяции и средняя продолжительность жизни её организмов определяются не только рождаемостью, но и смертностью – скоростью отмирания организмов. Возрастная структура популяции характеризуется соотношением численности или биомассы особей различного возраста. Такое соотношение называют возрастным распределением популяции.

17. Динамикой популяции называют процессы изменения её основных биологических показателей во времени. К ним относятся рост численности (рост популяции) или колебания численности особей в популяции. Причинами колебаний численности популяции могут быть различные биотические и абиотические факторы.

18. Экосистема – это совокупность популяций растений, животных и микробов, которые взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой неопределённо долгое время. Экосистемой может быть любая совокупность организмов и среды их обитания, у которых отсутствуют некоторые признаки, требуемые для биогеоценозов. Поэтому понятие «экосистема» шире, чем понятие «биогеоценоз». Примеры экосистем: озеро, пустыня, муравейник, болото, аквариум, лес, тундра, океан, биосфера. Любая экосистема представляет собой открытую систему, которая обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

19. Биомами называются наиболее крупные наземные экосистемы, соответствующие основным климатическим зонам Земли (пустынным, травянистым, лесным).

20. Биогеоценозом называется исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды обитания вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (биотопом), рис. 6.2. Границу биогеоценоза устанавливают по границе растительного сообщества (фитоценоза) – важнейшего компонента биогеоценоза.

21. Жизнь на Земле представлена несколькими основными экосистемами – наземными и водными. При классификации наземных экосистем используют признаки растительных сообществ, которые составляют их основу, а также климатические (зональные признаки). Важнейшими наземными экосистемами являются следующие:

– пустыни (тропические, умеренных широт и холодные;

– травянистые экосистемы (тропические или саванны, умеренных широт, полярные травянистые или арктические тундры);

– леса (влажные тропические, листопадные умеренных широт, северные хвойные).

22. Водные экосистемы существуют в мировом океане, континентальных стоячих водоёмах (озёра и болота), и в водотоках (реки, ручьи). К основным экосистемам мирового океана относят следующие:

– экосистемы континентального шельфа;

– эстуарии;

– коралловые рифы;

– открытый океан.

23. По мере своего развития человечество всё шире использовало природные ресурсы, разрушало сложившиеся экосистемы и создавало искусственные экосистемы (антропогенные), прежде всего, агробиоценозы, которые дают около 90 % пищевой энергии и занимают 10 % суши.

Существенным отличием агробиоценозов от природных экосистем является их низкая экологическая устойчивость. В естественной экосистеме первичная продукция растений проходит через различные цепи питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота. В агробиоценозе такой круговорот нарушен, поскольку большая часть продукции изымается человеком при сборе урожая. Без участия человека агробиоценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, агробиоценозы многолетних трав – 3 года, плодовых культур – 20 лет.

24. Другими искусственными экосистемами являются экосистемы городов и промышленных предприятий, где проживает более половины населения Земли. В промышленных странах доля городского населения доходит до 70 %. В экосистемах городов нарушено соотношение продуцентов, консументов и редуцентов. В город поступает энергия и ресурсы, необходимые для промышленности, транспорта и жизни его жителей. Город производит огромное количество ядовитых газов, токсичных отходов, загрязняющих окружающую среду, поэтому экологическое равновесие в городской экосистеме невозможно. Для снижения негативного влияния городских условий на жителей применяют непрерывное озеленение, очистку выбросов, уменьшение «шумового загрязнения».

25. Связь живых организмов между собой и неживой природой осуществляется поступлением пищи, воды, кислорода из окружающей среды. Вещество и энергия в экосистемах перераспределяются через пищевые цепи. Пищевой или трофической цепью называется последовательность организмов, в которой каждый последующий питается предыдущим или разлагает его. Первый трофический уровень (первое звено) занимают продуценты. Организмы второго уровня называют первичными консументами, это травоядные животные. Вторичные консументы – это хищники (плотоядные) первого, второго или третьего порядка, занимающие третий уровень и выше. Обычно в цепи четыре или пять уровней, редко шесть. Примеры трофических цепей:

– куст розы – тля – божья коровка – паук – насекомоядная птица – хищная птица;

– водоросли – моллюски – рыба – выдра;

– клевер – шмель – мышь – лисица – аскарида;

– овца – муха-кровососка – паразитический жгутиконосец – вирусы – бактерии.

26. Группы организмов занимают различное положение по отношению к источнику солнечной энергии, поступающей в систему, рис. 6.3. В таком случае говорят, что они находятся на различных трофических уровнях.

27. Продуцентами в биотической структуре экосистем называют организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии, т. е. автотрофы. К ним относятся зелёные растения на суше, фитопланктон, некоторые водоросли.

28. Консументами в биотической структуре экосистем называют организмы, нуждающиеся в готовой органической пище, т. е. гетеротрофы. Ими являются все животные и некоторые растения.

29. Редуценты (иначе, деструкторы) в биотической структуре экосистем – это организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации, т. е. разложению на относительно простые соединения. К их представителям относятся многие виды бактерий и грибов. Роль бактерий характеризуется тем, что они:

– играют важную роль в плодородии почвы;

– позволяют получать многие полезные органические соединения;

– принимают участие в биологической очистке воды.

30. Перенос энергии с одного трофического уровня на другой никогда не бывает полным. Часть энергии теряется в процессе переработки пищи, часть вообще не усваивается организмом и выводится из него с экскрементами, а затем разлагается редуцентами. Часть энергии расходуется в виде тепла в процессе дыхания, передвижения животных или совершения ими какой-либо работы. Эти потери выражаются законом пирамиды энергий или правилом 10 % (Р. Линдеман): «С одного трофического уровня на другой переходит в среднем около 10 % энергии, поступившей на предыдущий уровень».

31. Правило экологической пирамиды отражает потери энергии и вещества при их передаче в трофических цепях. Явление уменьшения энергии при переходе на следующий трофический уровень изображают графически. Получаемая схема называется экологической пирамидой. Различают пирамиду численности, (особей), пирамиду биомассы и пирамиду энергии.

Пирамида численности показывает количество особей на каждом трофическом уровне. Например, для луга, поросшего злаками: на первом уровне 5 842 424 растения, на втором 708 624 травоядных, на третьем 354 904 беспозвоночных плотоядных, на четвёртом 6 позвоночных плотоядных. Пирамида биомасс указывает суммарную массу организмов на каждом уровне, а пирамида энергий – количество энергии, прошедшей через определённый трофический уровень. Такие пирамиды позволяют сравнивать различные биоценозы и выявлять относительную значимость популяций в пределах одного сообщества.

Дата добавления: 2015-06-27