Основные понятия экологии

В понятие среды обитания организмов входят почвенно-климатические  факторы, образующие в совокупности экотоп, илипервичную среду обитания. Совокупность почвенных факторов называется эдафотоп, а совокупность климатических факторов –климатоп. Организмы активно воздействуют на экотоп и преобразуют его в биотоп, или вторичную среду обитания.

В состав каждого биоценоза  входят: фитоценоз (растительное сообщество), зооценоз (сообщество животных) и микробоценоз(сообщество микроорганизмов, к которым относятся как прокариоты, так и низшие эукариоты). Основой большинства наземных биоценозов являются фитоценозы, определяющие пространственные границы биоценозов, их внешний вид и строение.

Фитоценоз – это конкретная группировка растений, однородная по внешности, флористическому составу, строению, по условиям существования. Каждый фитоценоз уникален, относительно однороден, имеет пространственные границы; формирование и существование фитоценоза определяется взаимоотношениями между растениями и средой обитания.

 

Видовая структура  биоценоза

Видовая структура биоценоза включает разнообразие видов и соотношение их численности или биомассы. Видовое разнообразие зависит от почвенно-климатических условий, от истории и современного состояния сообществ. Видовое разнообразие зависит также от степени однородности среды обитания: наибольшее видовое разнообразие наблюдается при наличии неоднородности среды обитания (пограничный эффект, или эффект опушки). Неоднородность среды обитания создается как за счет неоднородности абиотических факторов, так и действия биотических факторов.

Виды в составе биоценоза  различаются по численности. Наиболее многочисленные виды называются доминирующими, илидоминантами. Менее многочисленные виды – субдоминирующими, или доминантами 2-го порядка. При наличии двух и более доминирующих видов они называются кодоминирующими. Часто доминирующие виды обладают средообразующим действием, такие виды называются эдификаторами. Обычно эдификаторами являются растения, но иногда эдификаторами являются животные (например, колонии сурков).

Видов с низкой численностью в сообществе больше, чем видов  с высокой численностью. Но редкие и малочисленные виды увеличивают  разнообразие биоценотических связей и служат резервом для замещения доминантов. Чем больше резерв «второстепенных» видов, тем выше вероятность того, что среди них найдутся такие виды, которые могут выполнить рольдоминантов при любых изменениях среды, тем выше устойчивость биоценоза.

Между общим видовым разнообразием  и численностью видов существует определенная связь: со снижением видового разнообразия резко повышается численность  отдельных видов. Таким образом, в нарушенных сообществах ослабевают биоценотические связи, и некоторые  виды получают возможность беспрепятственно размножаться.

Наибольшее видовое разнообразие наблюдается в дождевых экваториальных лесах – сообществах, существующих в относительно постоянных условиях среды. Наименьшее видовое разнообразие наблюдается в высоких широтах  и в специфических условиях (например, в эфемерных, или временных водоемах). Чем специфичнее условия среды, тем ниже уровень видового разнообразия, и тем выше вероятность вспышек  численности отдельных видов (апериодических популяционных волн с большой  амплитудой).

 

Пространственная  структура биоценоза

Пространственная структура  биоценоза определяется структурой фитоценоза. Пространственная структура  биоценоза характеризуется вертикальной неоднородностью (ярусностью) и горизонтальной неоднородностью (мозаичностью).

Ярусность формируется, в основном, в лесах и определяется уменьшением освещенности. В смешанных лесах хорошо выделяетсяI ярус (светолюбивые деревья – дуб, сосна), II ярус (теневыносливые деревья – липа, клены), III ярус (кустарники – лещина, бересклет, жимолость), IV ярус (высокие травянистые растения), V ярус (низкие травянистые растения, папоротники, напочвенные мхи и лишайники).

Мозаичность формируется, в  основном, в открытых местообитаниях (лугах, болотах) и определяется микрорельефом, неравномерным распределением влаги и элементов минерального питания.

Ярусность в открытых местообитаниях более или менее выражена при наличии высоких травянистых растений. Мозаичность в лесах определяется жизнедеятельностью отдельных видов растений (фитогенная мозаичность) и отмиранием деревьев (образуютсяветровально–почвенные комплексы).

Трофическая структура  биоценоза

Трофическая, или экологическая  структура биоценоза определяется характером пищевых отношений. Поэтому  в состав биоценозов входят различные  группы организмов в определенном соотношении. В сходных почвенно-климатических  условиях формируются биоценозы  со сходной трофической структурой, например, сообщества североамериканских прерий и евро–азиатскихстепей, сообщества дождевых лесов Южной Америки и Африки.

Биоценозы со сходной экологической  структурой часто имеют различный  видовой состав. Виды, выполняющие  одни и те же функции в разных сообществах, называются замещающими, или викарирующими. Например, сходны экологические ниши европейского благородного оленя и североамериканского оленя вапити, европейского бурого медведя и североамериканского медведя гризли. В Австралии при отсутствии плацентарных млекопитающих их функции выполняют аналогичные виды сумчатых млекопитающих: сумчатый крот, сумчатые белки, сумчатые сони, сумчатые медведи (коала).

 

Охрана природных  сообществ

Проблема охраны природных  сообществ включает не менее двух взаимосвязанных проблем: охрану среды обитания для организмов и охрану отдельных видов. Охрана среды обитания включает ряд мероприятий, например, защиту сообществ от неблагоприятного прямого или косвенного воздействия антропогенных факторов: распашки степей, вырубки лесов, изменения водного режима, браконьерства. Эти вопросы должны решаться на государственном уровне с помощью законодательных актов. В необходимых случаях создаются охраняемые территории: национальные парки, заповедники, заказники, а также отдельные памятники природы.

Национальные  парки – это охраняемые территории (как правило, характеризующиеся особой живописностью), на которых охрана сообществ сочетается с мерами по их восстановлению, с научной работой, а также контролируемым доступом туристов и отдыхающих. В национальных парках проводится пропаганда охраны природы и другие воспитательные мероприятия.

Заповедники – это охраняемые территории, на которые доступ посторонних лиц запрещен. Существуют различные режимызаповедности. Например, при абсолютном заповедном режиме ограничен доступ даже научных работников. При более мягких режимах допускается ограниченное природопользование: выпас скота, сенокошение, заготовка хвороста. Заповедники служат базой для охраны как целостных сообществ и ландшафтов (ландшафтные и биосферные заповедники), так и отдельных видов (специализированные заповедники). Заповедники создаются для охраны наиболее уязвимых сообществ, сохранения сообществ с наибольшим видовым разнообразием и эталонных природных комплексов.

Заказники – это охраняемые территории, созданные для зашиты отдельных видов растений и животных (например, для охранывыхухоли).

Памятники природы – это отдельные уникальные объекты живой и неживой природы (например, старые деревья, рощи).

Особую группу охраняемых сообществ составляют леса, особенно леса первой группы: водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические и оздоровительные.

Охрана отдельных видов  растений и животных начинается с  выявления видов, нуждающихся в  охране. Различают редкие виды (численность  которых не сокращается) и исчезающие виды (которым грозит полное исчезновение). Эти виды вносятся в соответствующие  Красные книги, а затем выявляются причины снижения их численности.

Некоторые виды животных, занесенные в Красную книгу РФ: зубр (отряд Парнокопытные), выхухоль (отряд Насекомоядные),аист черный (отряд Голенастые), лебедь-кликун, лебедь-шипун (отряд Гусеобразные), скопа, сапсан, балобан, кречет, орлан-белохвост, беркут, орел степной, орел-могильник, змееяд (отряд Дневные хищные птицы), дрофа, стрепет (отряд Дрофы),бражник Мертвая голова, аполлон, ленточница голубая (отряд Чешуекрылые).

Некоторые виды растений, занесенные в Красную книгу РФ: адонис весенний (горицвет), орех водяной, жарновецметельчатый, ковыль перистый, лилия–саранка, лук медвежий (черемша), лунник оживающий, осока теневая, башмачок крапчатый, башмачок крупноцветковый.

В ряде случаев приостановить  снижение численности вида в его  природной среде обитания невозможно или затруднительно. Тогда представители  этого вида сохраняются в искусственных  условиях: ботанических садах и дендрариях, в зоопарках, в хранилищах семян, в виде замороженных образцов (почек) и тканево-клеточных культур (мериклонов). В дальнейшем размноженные редкие растения и животные могут выпускаться в их природную среду обитания.

 

вернуться к началу

 

6.   Экосистемы и биогеоценозы

 

Понятие экосистемы. Компоненты экосистем и основные процессы, протекающие в экосистемах. Биогеоценоз как вариант наземных экосистем.

Структура экосистемы: продуценты, консументы, редуценты, абиотическая среда. Биоценоз – основа функционирования экосистемы.

Круговорот веществ  и поток энергии в экосистеме как условие существования устойчивых экосистем. Естественные и искусственные  экосистемы. Пищевые цепи и сети. Пищевая и детритная цепь. Принципы передачи энергии по пищевым цепям. Правило экологической пирамиды.

Динамика экосистем. Обратимые и необратимые изменения  в экосистемах. Понятие экологической  сукцессии как процесса развития и восстановления нарушенных экосистем. Развитие экосистем от неустойчивых к устойчивым. Саморегуляция в экосистемах.

Агроэкосистемы (агроценозы), особенности их видового состава. Упрощенность структуры. Пути повышения устойчивостиагроэкосистем на основе использования экологических знаний. Промышленные экосистемы.

 

Экосистема  – это любое единство, включающее все организмы и весь комплекс физико-химических факторов и взаимодействующее  с внешней средой. Экосистемы –  это основные природные единицы  на поверхности Земли.

Учение об экосистемах  было создано английским ботаником  Артуром Тенсли (1935).

Для экосистем характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между  их живыми и неживыми компонентами. При изучении экосистем особое внимание уделяется функциональным связям между организмами, потокам энергии и круговороту веществ.

Пространственно-временные  границы экосистем могут выделяться достаточно произвольно. Экосистема может  быть идолговечной (например, биосфера Земли), и кратковременной (например, экосистемы временных водоемов). Экосистемы могут бытьестественными и искусственными. С точки зрения термодинамики, естественные экосистемы – всегда открытые системы (обмениваются с внешней средой веществом и энергией); искусственные экосистемы могут быть изолированными (обмениваются с внешней средой только энергией).

Биогеоценозы. Параллельно с учением об экосистемах развивалось и учение о биогеоценозах, созданное Владимиром Николаевичем Сукачевым (1942).

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, растительности, животного мира и микроорганизмов, почвы, горной породы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий слагающих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии.

Биогеоценозы характеризуются  следующими чертами:

– биогеоценоз связан с  определенным участком земной поверхности; в отличие от экосистемы пространственные границы биогеоценозов не могут  быть проведены произвольно;

– биогеоценозы существуют длительное время;

– биогеоценоз – это биокосная система, представляющая собой единство живой и неживой природы;

– биогеоценоз – это  элементарная биохорологическая ячейка биосферы (то есть биолого-пространственная единица биосферы);

– биогеоценоз – это  арена первичных эволюционных преобразований (то есть эволюция популяций протекает  в конкретных естественноисторических  условиях, в конкретных биогеоценозах).

Таким образом, как и экосистема, биогеоценоз представляет собой  единство биоценоза и его неживой  среды обитания; при этом основой  биогеоценоза является биоценоз. Понятия  экосистемы и биогеоценоза внешне сходны, но, в действительности, они различны. Иначе говоря, любой биогеоценоз – это экосистема, но не любая экосистема – биогеоценоз.

 

Структура экосистемы

Поддержание жизнедеятельности  организмов и круговорот веществ  в экосистеме возможны только за счет постоянного притока высокоорганизованной энергии. Основным первичным источником энергии на Земле является солнечная  энергия.

В экосистемах наблюдается  постоянный поток энергии, которая переходит из одной формы в другую.

Фотосинтезирующие организмы  переводят энергию солнечного света  в энергию химических связей органических веществ. Эти организмы являются производителями, или продуцентами органического вещества. В большинстве случаев функции продуцентов в экосистемах выполняют растения.

Гетеротрофные организмы  получают энергию при поглощении органических веществ и называются потребителями, иликонсументами. Существуют консументы первого порядка (растительноядные организмы, или фитофаги), второго порядка (организмы, питающиеся фитофагами, или зоофаги) и высших порядков (хищники и сверх–хищники, паразиты и сверх–паразиты). В большинстве случаев функции консументов в экосистемах выполняют животные. Организмы, которые специализируются на добывании строго определенной пищи, называются монофаги. Организмы, которые могут питаться различной пищей, называютсяполифаги. Для полифагов характерен широкий спектр питания, включающий основную, второстепенную и случайную пищу.