ТЕМА: Биоценозы и биогеоценозы (основы синэкологии) 1. Понятие о биоценозе и биогеоценозе 2. Экологическая система 3. Структура экосистем Понятие о биоценозе. Термин биоценоз ( от лат. биос – жизнь, ценоз – общий) предложен К.Мебиусом в 1877г. Биоценоз – это совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определённую географическую территорию, отличающуюся от других по химическому составу почв, вод и др. физических показателей. Каждому биоценозу соответствует зона с однородными абиотическими экологическими факторами, называемыми биотопоп. Биотоп представляет собой естественное, достаточно однородное жизненное пространство биоценоза. Тесное взаимодействие между биоценозом и биотопом основано на постоянном обмене энергией, веществом и информацией. Состав биоценоза. Растительный компонент - представлен тем или иным растительным сообществом - фитоценозом. Животный компонент - зооценоз. Микробные биокомплексы - микробиоценозы. Биогеоценоз – совокупность биоценоза и биотопа. Биоценоз дубравы Биоценоз пруда Взаимодействуя с компонентами биоценоза почва и грунтовые воды образуют ЭДАФОТОП, а атмосфера – КЛИМАТОП. Компоненты, относящиеся к неживой природе, образуют косное единство – ЭКОТОП. Относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, биоценозом, называется БИОТОПОМ. занятое БИОГЕОЦЕНОЗ БИОТОП Атмосфера (климатоп) Почво-грунт (эдафотом) Биоценоз Растительность (фитоценоз) Животное население (зооценоз) Микроорганизмы (микробиоценоз) Рис. 1. Структурная схема биогеоценоза (по В. Н. Сукачеву) Приспособленность биоценоза выражается к в организмов совместной жизни определённом сходстве требований к важнейшим абиотическим условиям среды и отношениям друг с другом. закономерным Биоценоз и биотоп оказывают друг на друга взаимное влияние, выражающееся главным образом в непрерывном обмене энергией, как между двумя составляющими, так и внутри каждой из них. Важнейшие особенности сложения систем (В.Тишлер,1971) Сообщества складываются из готовых частей. Части сообщества заменяемы. Размеры сообщества определяются внешними факторами. Сообщества основаны на количественной регуляции численности одних видов другими. Сообщества часто имеют расплывчатые границы. Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, поскольку являются объектами питания других организмов. По участию в биогенном круговороте веществ и биоценозе имеются три группы организмов: - продуценты; - консументы; - редуценты. Продуценты (производители) – автотрофные (самопитающиеся) организмы, способные производить (синтезировать) сложные органические вещества из простых неорганических соединений. Существует два вида таких организмов: фотосинтезироующие и хемосинтезирующие. - Фотосинтезирующие организмы синтезируют химические соединения из СО2, Н2О и минеральных веществ, используя при этом солнечную энергию. К таким организмам относятся зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии. - Хемосинтезирующие организмы осуществляют синтез органических соединений за счет энергии, получаемой при окислении аммиака, сероводорода, железа и т.д. хемосинтез наблюдается в подземных условиях, в глубоководных зонах Мирового океана. •Консументы (лат. потреблять, расходовать) – гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество. произведенные другими организмами. Консументы бывают трех порядков: растительноядные животные плотоядные животные всеядные животные Консументы образуют трофические уровни (не более 3-4). Консументы I порядка – организмы, являющиеся непосредственными потребителями первичной органической продукции. В общем случае это растительноядные животные (фитофаги). Часть пищи они используют для обеспечения процессов жизнедеятельности. Оставшаяся пища трансформируется в новые органические вещества, называемые часто вторичной продукцией. Консументы II порядка – это животные с плотоядным типом питания (зоофаги). Как правило, к этой группе относят всех хищников независимо от того, является ли жертва фитофагом или зоофагом. Консументы III порядка – это животные – паразиты и сверхпаразиты. В самом общем случае паразитизм отличается от хищничества тем, что паразит не убивает свою жертву (хозяина), а длительное время питается за его счет и проживает в нем или на нем. Редуценты это сапрофиты (обычно, бактерии и грибы), питающиеся органическими остатками мёртвых растений и животных (детритом). Детритом могут также питаться животные – детритофаги, ускоряя процесс разложения остатков В конечном итоге вся жизнь на земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами (автотрофами) в химические связи органических соединений. Все остальные организмы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Пищевые цепи в наземных экосистемах Пищевые связи в сообществах – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Различают следующие типы связей между видами: • трофические, • топические, • форические, • фабрические. Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другим: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая связь может быть прямой и косвенной. Прямая связь проявляется при питании львом живыми антилопами, гиен трупами зебр, жуков-навозников крупных копытных и т.д. Косвенная связь возникает при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс. Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида. Например, под хвойным лесом, как правило отсутствует травянистый покров. Форические связи возникают, когда один вид участвует в распространении другого вида. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называется зоохорией, а мелких особей – форезия. Фабрические связи заключаются в то, что один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Например, птицы при постройке гнезд используют ветви деревьев, траву, пух и перья других птиц. Взаимодействие одного вида на другой может быть положительным, отрицательным и нейтральным. При этом возможны разные комбинации типов воздействия. Различают нейтрализм, протокооперацию, мутуализм, комменсализм, хищницество, паразитизм, конкуренцию, аменсализм. Внутри экологической системы органические вещества создаются автотрофными организмами (например, растениями). Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем (греч. trophos «питание»). Пищевые или трофические цепи - это последовательность разных видов организмов, по которой вещество и энергия передаются с уровня на уровень, поскольку одни организмы поедают другие сосна жук короед дятел ястреб Линейные пищевые цепи - большая редкость в природе. Как правило, пищевые цепи в экосистеме тесно переплетаются. Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей. Пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид. Переход одного вещества и энергии с одного трофического уровня на другой связан с потерями. На каждом трофическом уровне большая часть поглощаемой энергии используется на поддержание температурного баланса организма и на обеспечение протекания биохимических реакций в самом организме. Следующему организму в пищевой цепи будет передано примерно 10% энергии, полученного от предыдущего. Различают три типа пирамид: пирамида чисел, пирамида биомасс, пирамида энергий. Пирамида чисел отражает численность организмов на каждом трофическом уровне. Пирамида биомасс – это графическая модель последовательного расположения биомасс популяций естественных экологических систем на каждом трофическом уровне (продуценты, консументы I порядка и т.д.). Пирамида энергии – численно характеризует энергетические процессы в пищевых цепях. Существуют два главных типа пищевых цепей пастбищные (или «выедания») и детритные (или «разложения»). Цепи питания пастбищные детритные начинается с живых фотосинтезирующих организмов начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных (детрита) Пищевые цепи разделяются на два типа: Пастбищная пищевая цепь (цепь выедания) Детритная пищевая цепь Составьте цепи питания лиса заяц 1 2 4 5 осина 3 7 дрозд ястреб листва Ответ 312 6754 6 Дождевой червь Экологическая система Организмы, популяции, биоценозы не могут существовать без неорганической среды – биотопа. Для живых организмов это не только местообитание, но в той или иной мере «сырьевая база». Таким образом, живая и неживая природа образуют единое целое. Так А. Тенсли 1935 г. предложил понятие экосистема (экологическая система). Экосистема – это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды, функционирующая как единое целое за счет обмена веществ, энергией и информацией. Примеры экологических систем: луг, лес, озеро, океан. Экосистемы существуют везде - в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Из-за невозможности определения числа экосистем в биосфере, так как отсутствуют их четкие границы, экологи изучают в основном крупные экосистемы – биомы. Биомы – это совокупность экосистем с определенными климатическими условиями и типом растительности, тесно связанных потоком энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и составляющих географическое единство. Выделяют три основные группы биомов: сухопутные, морские и пресноводные. Структура экосистемы многопланова. Различают видовую, пространственную и экологическую структуры. Видовая структура биоценоза Для существования сообщества важна не только величина численности организмов, но и видовое разнообразие, которое является основой биологического разнообразия в природе. Разнообразие в рамках вида – основа стабильности и развития популяции, разнообразие между видами – основа существования биоценоза. Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда факторов. Богатство видового состава биоценоза определяется либо относительным, либо абсолютным числом видов и зависит от возраста сообщества. Различают α- и β- разнообразие. αразнообразие – видовое разнообразие в данной местности. β- разнообразие – сумма всех видов всех местообитаний в данном районе. Экотон - наиболее благоприятные условия для существования видов характерен для переходных зон. Доминантные виды – преобладающие по численности. Эдификаторы – виды без которых другие существовать не могут. Второстепенные виды – малочисленные и даже редкие – их преобладание – это гарантия устойчивого развития сообщества. Пространственная структура экосистемы. Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом образуют пространственную структуру. Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы. Ярусность – вертикальное расслоение биоценозов на равновысокие структурные части. Лес: выделяют 5-6 ярусов. Группы насекомых приуроченных к определённым ярусам Геобий – обитатели почв Герпетобий – наземного поверхностного слоя Бриобий – мхового яруса Филлобий – травостоя Мозаичность – расчленённость биоценоза в горизонтальном направлении. Обилие вида – число особей данного вида на единицу площади или объёма занимаемого им пространства. Степень доминирования – отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей группировки. Экологическая структура – соотношение организмов разных экологических групп. Биоценозы со сходной экологической структурой могут иметь разный видовой состав. Это связано с тем, что одни и те же экологические ниши могут быть заняты сходными по экологии, но далеко не родственными видами. Такие виды называются замещающими или викарирующими. Структурные единицы Консорция - структурная единица биоценоза, объединяющая автотрофные и гетеротрофные организмы на основе пространственных (топических) и пищевых (трофических) связей. Синузия - структурная часть в вертикальном расчленении биоценоза, образованная сходными по жизненной форме видами и ограниченная в пространстве (или во времени). Парацелла - структурная часть в горизонтальном расчленении биоценоза, отличающаяся от других частей составом и свойствами компонентов.