Тема 2. Биогеоценозы и экосистемы

Содержание. 2.1.Структура биогеоценоза по В.Сукачёву. 2.2. Компоненты экосистем. Поток энергии и круговорот вещества в экосистемах. 2.3. Пищевые цепи и пищевые сети. 2.4.Экологические пирамиды. Продуктивность экосистем. 2.5. Устойчивость естественных экосистем. Понятие о сукцессиях.

2.1. Структура биогеоценоза по в.Сукачёву

Согласно В.Сукачёву, биогеоценоз – это естественная природная система, включающая сообщество живых организмов и связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории (озеро, сосновый лес, горная долина). С точки зрения географии биогеоценоз представляет собой отдельный ландшафт или элемент ландшафта. С точки зрения экологии биогеоценоз – это первичная, базовая природная экосистема. Биогеоценоз состоит из биоценоза – совокупности живых организмов и экотопа – совокупности неживых компонентов, влияющих на живое (температура, влажность, почва, экспозиция склона и т.п.).

Рис. 1. Структура биогеоценоза

2.2. Компоненты экосистем. Поток энергии и круговорот вещества в экосистемах.

Экосистемы - это самоорганизующиеся открытые биологические системы, в которых живые организмы связаны между собой пищевыми и энергетическими отношениями. Термин «открытая система» обозначает, что энергия в такую систему поступает извне и в ней рассеивается. Для экосистем Земли источником энергии является Солнце.

По способу питания все живые организмы делятся на две группы: автотрофы (от «авто» - сам, «троф» - питание) и гетеротрофы («гетеро» — другой). Автотрофы («сами себя питающие») способны синтези­ровать органические вещества (глюкозу) из неорганических. По источнику энергии они делятся на две группы: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Хемоавтотрофы для синтеза органических веществ ис­пользуют энергию химических связей неорганических веществ; например, серобактерии и железо­бактерии, получающие энергию при окислении соединений серы и железа. Хемоавтотрофы имели значение в ранние геологические эпохи; сейчас их роль невелика.

Фотоавтотрофы для синтеза органических веществ (глюкозы) ис­пользуют неорганические компоненты (углекислый газ, воду) и солнечную энергию. К фототрофам относятся зеленые растения и некоторые бактерии, имеющие в составе хлорофилл и другие пигменты. Процесс, при котором происходит преобразование неорганических веществ в органические и световой энергии в химическую, называется фотосинтезом. Это главный процесс, обеспечивающий питательными веществами и энергией все живые организмы на Земле (кроме хемоавтотрофов).

Гетеротрофы используют для своей жизнедеятельности органические вещества, синтезированные автотрофами, и вместе с этими веще­ствами получают энергию.

Рис. 2. Классификация организмов по способам питания и источникам энергии

По способу извлечения энергии из готовых органических веществ (из глюкозы) организмы делятся на аэробов (аэро – воздух), использующих для этой цели процесс дыхания (с участием кислорода) и анаэробов, использующих процесс брожения (без участия кислорода). К анаэробам относятся некоторые древние бактерии и грибки (например, дрожжи), а к аэробам – большинство эволюционно продвинутых организмов. Это связано с тем, что процесс дыхания позволяет извлечь значительно больше энергии из глюкозы, чем процесс брожения.

Рис. 3. Классификация организмов по способу извлечения энергии из глюкозы

Передача вещества и энергии от одних организмов к другим образует так называемые трофические (пищевые) цепи, лежащие в основе природных экосистем.

Начальное звено пищевой цепи - растения, которые способны усваивать энергию Солнца и создавать (из углекислого газа, воды и энергии света) органические вещества (углеводы, сахара, глюкозу) - готовый продукт для себя и других существ. С этой точки зрения автотрофы (растения и фотосинтезирующие бактерии) называются продуцентами (поставщиками продукции)

Организмы, которые не могут создавать сами органические вещество (гетеротрофы), употребляют в пищу готовую органику; их называют консументами (потребителями продукции). Существует нес­колько групп консументов. 1. Фитофаги или растительноядные - это животные, которые питаются растениями: тля и кузнечик, корова и слон. 2. Зоофаги (хищники). Это и мелкие животные, питающиеся червями или рачками (землеройка, окунь), и крупные – медведь, волк. Существуют и растения-хищники (росянка, пузырчатка), которые используют в пищу мелких насекомых. 3. Паразиты – животные (черви, насекомые, клещи), грибы, бактерии, вирусы или растения (заразиха, пови­лика, омела), которые поселяются на других организмах (или внутри них) и живут за счет организма-хозяина. 4. Детритофаги — гетеротрофы, питающиеся мертвым органи­ческим веществом. Это птицы (вороны), млекопитающие (кры­сы), насекомые (жуки-навозники), черви (дождевой червь) и др. Детритофаги становятся добычей хищников и в этом случае мёртвое органическое вещество возвращается в биологический круговорот. 5. Симбиотрофы - бактерии и грибы, живущие в содружестве с другими организмами и обменивающиеся с ними питательными веществами. Гифы грибов, опутывающие корни растений, помогают им всасывать воду и минеральные вещества, получая взамен углеводы (глюкозу). Бактерии-азотофиксаторы, живущие в клубеньках на корнях бобовых, усваивают газообразный азот из атмос­феры, образуя доступные растениям соединения (аммиак, нитраты). Микроорганизмы, живущие в пищеваритель­ном тракте животных-фитофагов, помогают им переваривать пищу: так корова без помощи симбиотрофов не способна переварить поедаемую траву.

Редуценты (разрушители продукции) — организмы, которые по своему положению в экосистеме близки к детритофагам, так как тоже потребляют мертвое органическое вещество. Однако редуценты — бакте­рии и грибы — разрушают органические вещества до минераль­ных соединений, которые возвращаются в почвенный раствор и снова используются растениями.

Рис. 5. Классификация организмов по их роли в экосистемах