Что такое сообщество живых организмов

Биоценоз [Природное сообщество, живых организмов]

Биоценоз (от греч. биос — жизнь и койнос — общий), или сообщество живых организмов – это совокупность живых организмов разных видов, обитаю­щих в течение длительного времени на одной и той же тер­ритории.

Любой живой организм в природе существует не изолированно, а в окружении и постоянном взаимодействии с организмами дру­гих видов. Иными словами, на определенной территории од­новременно существует множество организмов разных видов.

Примерами биоценозов являются обитатели луга (рис. 5), дубравы, березовой рощи, соснового леса, озера, болота и т. д.

Организмы разных видов в биоценозе связаны различными связями, прежде всего пищевыми. Пищевые связи выража­ются в виде цепей питания. Но организмы в биоценозах связаны между собой не толь­ко пищевыми взаимодействиями. Животные опыляют мно­гие растения, распространяют их плоды и семена, удобря­ют почву, разрыхляют ее. Растения в свою очередь создают благоприятные условия жизни для животных. Они защища­ют животных от палящих лучей солнца, сильного ветра, по­токов дождя. Многие животные находят себе укрытие сре­ди растений, устраивают свои гнезда. На деревьях поселяют­ся лишайники, некоторые водоросли, которые не причиняют растениям вреда. Это примеры непищевых взаимоотношений организмов в биоценозе.

Цепи питания

Цепь питания — это последовательный ряд организмов раз­ных видов, в котором каждый предыдущий вид служит источником пищи для последующего.

Производители (продуценты)

Основу лесного биоценоза, например, составляют много­численные растения разных видов. Они, используя солнеч­ную энергию, образуют в ходе фотосинтеза из углекислого газа и воды органические вещества. Таким образом, в начале цепи находятся рас­тения. Поскольку они образуют органические вещества, их называют производителями. Производителями являются также автотрофные протисты и бактерии.

Потребители (консументы)

Растения поедаются рас­тительноядными животными, которые из органических ве­ществ растений строят новые клетки своего тела. Плотояд­ные животные охотятся на растительноядных. В результате формируется цепь питания: дуб à жуки листоеды à насе­комоядные птицы (дрозд, дятел, зяблик, синица, скворец и др.) à хищные птицы (орел, сова, ястреб и др.). Иногда эта цепь усложняется: одними хищниками питаются дру­гие хищники. Растениями кормятся расти­тельноядные животные — их называют потребителями. Рас­тительноядные животные в свою очередь становятся жерт­вами хищников (тоже потребителей). Материал с сайта http://wiki-med.com

Разрушители (редуценты)

Источник

Природные сообщества живых организмов. Биогеоценозы

Вопрос 1. Что такое биогеоценозы?
Биогеоценоз — это комплекс живых существ (биоценоз) и абиотической среды, в которую входит и занимаемая организмами территория.

Вопрос 2. Какие компоненты включает биогеоценоз?
Биогеоценоз — это целостная саморегулирующаяся и самоподдерживающаяся система. Она включает следующий ряд неживых и живых компонентов:
1. Климатический режим (температура и другие физические факторы).
2. Органические вещества (белки, углеводы, жиры и др.).
3. Продуценты — автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, синтезирующие органические вещества из неорганических.
4. Консументы — гетеротрофные организмы (растительноядные и плотоядные), потребители живого органического вещества.
5. Редуценты — гетеротрофные организмы, которые разрушают мертвые остатки животных и растений и превращают их в простые соединения.

Вопрос 4. Сравните количество биомассы, образующейся в различных климатических зонах.
Количество биомассы, образующейся в определенном регионе, зависит от ряда факторов. Наиболее важными из них являются наличие в почве или воде (для водных экосистем) биогенных микроэлементов — натрия, калия, кальция, фосфора, кислорода, а также освещенность. Из наземных сообществ наибольшее количество биомассы приходится на экосистемы мангровых и тропических лесов. Гораздо меньше биомассы на единицу площади приходится в лесах средней полосы и еще меньше в тайге и тундре. В водных экосистемах наиболее богатыми являются отмели полярных морей, в особенности шельфовые зоны, лиманы, апвелинги — участки, где течения, направленные от дна к поверхности, выносят со дна океана большое количество биогенных элементов. Например, Перуанский апвелинг в районе побережья Чили и Перу. Экваториальные воды бедны жизнью. Лимитирующим фактором для развития живых организмов является нехватка кислорода, что связано с плохой растворимостью газов в теплых экваториальных водах. Исключение составляют экосистемы коралловых рифов, часто встречающиеся в тропических водах.

Вопрос 5. Влияние каких факторов испытывают на себе организмы, составляющие один биоценоз.
Организмы, входящие в состав биогеоценоза, испытывают влияние неживой природы — абиотических факторов (температура, освещенность, влажность, роза петров, микроэлементный состав почв и поды), а также живой природы — биотических факторов (скудность или богатство пищевой базы, наличие хищников, паразитов, степень выраженности внутривидовой конкуренции).

Источник

Что такое природное сообщество? – Окружающий мир

Под термином природное сообщество часто подразумевается биогеоценоз или экосистему. Отличительным его свойством является круговорот веществ. Простые организмы создают органические вещества, чтобы другие их потребляли. Третьи разлагают вещества на соли, воду и углекислый газ, которые снова поглощаются растениями. Такой поток энергии является отличительной особенностью каждого природного сообщества.

Виды природных сообществ

В основе сообществ лежат различные природные процессы. Растения и животные занимают одну и ту же территорию на протяжении долгого времени. На Земле существует огромное количество естественных сообществ, перечислить их все не представляется возможным. Крупнейшие из них существенно отличаются друг от друга. О многообразии сообществ судят по составу растительности.

Некоторые примеры природных сообществ включают лес, степь, луг, поле, сад, болото, озеро или реку.

Биогеоценозы с господством древесных растений называются лесами. В зависимости от того, какая древесная порода преобладает, различают еловые, березовые, дубовые, сосновые и другие леса. Под пологом деревьев растут кустарники и высокие травы. Присутствуют низкорослые растения, мхи и лишайники. В подстилке обитают бактерии и насекомые. Лес является домом для множества животных как травоядных, так и хищных. В кронах деревьев вьют гнезда птицы.

В степи, в отличие от леса, очень мало деревьев. Сообщество представляет собой равнину, покрытую невысокой травой с тонкими листьями. Степь характеризуется засушливым летом и малоснежной зимой. Животные преимущественно ведут ночной образ жизни. Большинство птиц улетает на зиму.

На лугах господствует разнотравье. В период цветения растения привлекают огромное количество насекомых-опылителей. Жуки, саранча и гусеницы поедают сочную зелень. В почве находятся микроорганизмы, которые перерабатывают органические останки, делая ее плодороднее. Мир животных представлен небольшими грызунами, на которых охотятся хищные птицы.

Пищевые связи и роли в природном сообществе

Пищевую цепь составляют различные организмы, большинство из которых является едой для других. Важная роль отведена растениям, которые выступают основным звеном цепи. За выработку органических веществ отвечают бактерии и водоросли. Следующим звеном являются первичные консументы: моллюски, насекомые, паразиты растений, травоядные животные. Вторичными консументами называют плотоядных животных и паразитов. Чем выше уровень цепи, тем крупнее животное.

Все элементы живой и неживой природы тесно связаны между собой. Если убрать из цепочки хотя бы одно звено, пострадают все участники. Негативным воздействием считается заражение паразитами, человеческое вмешательство или природные катаклизмы.

Структура природного сообщества

Влияние человека на природные сообщества

Численность некоторых организмов в сообществах может меняться по вине природных катастроф. На восстановление баланса уходит некоторое время, после чего биогеоценоз продолжает свое существование. С развитием человеческой цивилизации все изменилось в худшую сторону. Чем выше становилась численность населения, тем масштабней влияния на экосистемы.

Земледелие, которое постоянно требует новых территорий, разрушило многие экосистемы. Ради распашки новых участков человек вырубает, выжигает и выкорчевывает леса. В результате таких действий произошла резкая смена видового состава животных и растений.

Чтобы уменьшить стоимость производства, стали использоваться химикаты на основе меди и серы. Применение этих препаратов имело масштабные последствия. Уничтожению подверглись не только вредители, но и полезные животные, которым отведена большая роль в природном сообществе.

Негативное действие оказывает прокладка новых дорог, и транспорт в целом. Загрязненный воздух уничтожает растительный мир. Двуокись серы накапливается в листьях, в результате чего они желтеют и усыхают. Территории около автодорог загрязняются продуктами эксплуатации автомобилей. Окислы азота, попадая в атмосферу, превращаются в азотную кислоту. Она угнетает растения и приводит к деградации лесных массивов.

Возведение новых гидроэлектростанций полностью меняет состав водных биогеоценозов. Разрушительное действие несет осушение болот: животный мир кардинально меняется при колебании грунтовых вод.

Охрана природных сообществ на сегодняшний день имеет планетарное значение. Важным шагом к сохранению экосистем является создание заповедных зон и национальных парков. На охраняемых территориях полностью запрещено вмешательство человека в природу.

Источник

Что такое природное сообщество

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Нашу планету населяет бесчисленное количество живых существ, начиная от простейших микроорганизмов (вирусы, бактерии) и заканчивая сложными структурами (животные, растения, ну и, конечно же, люди).

По земной поверхности они распространены крайне неравномерно.

В районах со сложными для проживания природными условиями (Крайний Север, тундра, пустыня, высокогорье, глубоководье и т.д.) жизнь представлена ограниченным числом видов.

В то же время экосистемы с благоприятной средой обитания (леса, луга, водоёмы и др.) отличаются богатым видовым разнообразием.

Обитатели отдельно взятой территории образуют неповторимое природное сообщество с характерными признаками.

В борьбе за выживание члены сообщества приспосабливаются к меняющимся жизненным условиям, оказывая влияние как друг на друга, так и на окружающую среду. В ответ они сами подвергаются воздействию внешних факторов.

Под совокупностью живых организмов и их взаимодействия с абиотической средой в биологии понимается не только природное сообщество, но и такое явление, как биогеоценоз.

Фактически это идентичные понятия, рассматривающие, по сути, один и тот же вопрос с разных точек зрения.

На Земле присутствует бессчётное число природных сообществ. Об их многообразии можно судить по разным признакам, однако основным служит, как правило, состав растительности.

Объясняется это тем, что основной тип взаимосвязи в сообществе – пищевая цепочка, в которой растения играют первостепенную роль.

Виды и видовое разнообразие природных сообществ

Природные сообщества бывают естественными или искусственными.

Первые создаются самой природой в процессе эволюции, вторые возникают в результате хозяйственной деятельности человека. Количество видов, проживающих в одном сообществе, находится в прямой зависимости от климата и типа растительности. Например, природное сообщество пустыни немногочисленно и насчитывает порядка двадцати разновидностей. А вот в лесу, особенно тропическом, это число возрастает до ста и более.

Сообщество растений

Растительное сообщество, именуемое фитоценозом – важнейшая часть биогеоценоза.

Поэтому его можно характеризовать как совокупность растений, растущих в определённой природной зоне, приспособленных к сосуществованию и влияющих как друг на друга, так и на внешнюю среду.

Растения почти всегда растут совместно (одинокий саксаул в пустыне – редкое исключение). При этом их сочетание не является случайным. Каждая разновидность растения может уживаться только с ограниченным кругом других растений.

Так, если сосновый лес находится на влажной местности, в нём растут мхи, если на сухой – лишайники. Таким образом, хвойный и лиственный лес – это разные типы растительного сообщества.

Для растительного сообщества характерны ярусы. Больше всего ярусов в лесу (обычно от 3 до 5). Например, первый ярус может быть занят кронами деревьев, второй – кустарниками, третий – травами, четвёртый – грибами.

Сообщество тундры

Тундра – природная зона вечной мерзлоты, лежащая за пределами северной границы тайги и омываемая холодными морями двух океанов: Тихого и Северного Ледовитого.

Почвы тундры бывают болотистыми, торфяными или каменистыми. На широте выше 670 можно наблюдать такие уникальные явления, как полярная ночь и полярный день.

Растительные сообщества тундры представлены кустарниками, травами, мхами и лишайниками. Встречаются карликовые берёзы. Одна из разновидностей лишайника – кладония (более известное название – ягель) служит пищей для оленей.

В животном мире преобладают песец (белый и голубой), северный олень, суслик, сайгак, полярная сова, белая куропатка.

Сообщества насекомых

Большинство насекомых – одиночки, ведущие независимый образ жизни.

В то же время существуют насекомые, проживающие организованными группами и образующие большие колонии. К ним относятся муравьи, термиты, пчёлы и др.

Сообщества этих насекомых напоминают семьи со строго разграниченными функциями: одни добывают пищу, другие заботятся о потомстве, третьи несут охранные обязательства и т.д.

Мировой океан как природное сообщество

Несмотря на то, что Мировой океан – это неразрывная водная оболочка, его условно можно разделить на несколько слоёв, обитатели которых составляют различные сообщества:

Между подводными окраинами материков и ложем океана располагается переходная зона, в состав которой входят островные дуги, глубоководные жёлоба и котловины.

Структура сообщества

В структуру природного сообщества входят четыре главных звена, находящихся в постоянном взаимодействии:

Такое взаимодействие живой и неживой природы обеспечивает энергетический и пищевой круговорот энергии и веществ, являющийся неотъемлемым признаком биогеоценоза.

Жизненное пространство, занимаемое сообществом

Природные сообщества имеют разные размеры и конфигурации. К самым большим относятся континентальные, океанические и островные сообщества. На ступень ниже стоят сообщества тундры, тайги, пустыни. Далее идут леса, поля, степи, озёра и т.д.

Пределы биогеоценоза обычно устанавливаются по границам сообщества растений (фитоценоза). Эти границы не имеют чётких очертаний, так как растительные сообщества переходят одно в другое плавно и постепенно по мере изменения природных условий. Такие переходные зоны называют экотонами.

Сами сообщества с течением времени могут трансформироваться под воздействием различного рода факторов. То есть может произойти необратимая смена биогеоценозов в одном и том же географическом поясе.

Такое явление получило название сукцессия (термин ввёл в экологию американский ботаник Ф.Клементс в начале IXX столетия).

Характерный пример – зарастание озера. Со временем оно заиливается, мелеет, одни растения умирают, другие появляются. В итоге водоём превращается в болото. Но и болото может когда-нибудь зарасти (или быть осушенным человеком) и породить новую экосистему – лес или луг.

Молодые и зрелые сообщества

К зрелым относятся сообщества, сформировавшиеся в процессе естественного эволюционного развития. За сотни и тысячи лет они приобрели устойчивость к неблагоприятному воздействию внешних факторов (температура, влажность и т.д.) и сохраняют большое видовое разнообразие.

Молодые сообщества (сады, огороды, пашни) возникли в результате человеческой деятельности. Они сформировались за относительно короткий исторический период, поэтому по сравнению с природными системами (лесными, степными, луговыми) более уязвимы и не отличаются обилием живых организмов. Зато объём производимой ими биомассы значительно больше, чем у «старожилов».

Различия между молодыми и зрелыми сообществами приводится в нижеследующей таблице.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (1)

Ох и посмеялся бы над этой теорией, высосанной из пальца, наш отечественный академик Мичурин. Уж он не теоретически, а физически разбил эту утопическую идею в пух и прах. Изменяя природные свойства плодовых деревьев вывел новые многочисленные сорта яблок. Вопреки всем скептикам. А сколько раз люди пересаживали растения с одного континента на континент, и они отлично приживались на новом месте. Вот вам в пример сообщество картошки из Южной Америки, растущее себе преспокойно в Подмосковных полях.

Источник

Сообщества живых организмов.

Понятие о биоценозе.

В природе биоценозы бывают разного масштаба. Например, биоценоз моховой кочки, гниющего пня, леса, болота и т.д. Во всех случаях в биоценозе совместно обитающие виды приспособлены к комплексу абиотических условий и поддерживают свое существование через связи друг с другом. Более мелкие биоценозы являются частями более крупных, как, например, прибрежные и донные биоценозы являются частями общего речного или озерного биоценоза.

Биоценозы – не случайные собрания разных организмов. В сходных природных условиях и при близком составе растений и животных возникают сходные, закономерно повторяющиеся биоценозы. В составе различных дубрав можно всегда встретить и липу, клен, вяз, среди травянистых растений – сныть, пролесник и другие виды, среди животных – кабана, желтогорлая мышь, синицу-лазоревку, сойку, желудевого долгоносика. В ельниках – другой набор видов, часть которых может встречаться и в других сообществах, а часть – только в ельниках.

Таким образом, вся живая природа состоит не только из отдельных организмов и видов, но и из разнообразных биоценозов, в которые группируются представители разных видов. Биоценозы, как и популяции, это надорганизменный уровень организации жизни.

Общее число видов, способных ужиться вместе, в одном биоценозе, в природе очень велико. Наиболее богатые видами – тропические леса. Их разнообразие до сих пор не изучено достаточно полно. Считают, что на площади в квадратный километр в тропическом лесу обитает несколько сотен тысяч видов растений и животных, не считая микроорганизмов и грибов. Но и в суровых условиях тундры или тайги вместе живут тысячи видов организмов.

Члены биоценоза связаны прямыми или косвенными пищевыми отношениями, создают среду обитания друг для друга и взаимно ограничивают численность. Виды приспособились к совместному обитанию в ходе длительной эволюции. В биоценозах идут процессы борьбы за существование и естественного отбора.

Любой биоценоз – это сложная природная система, которая поддерживается за счет связей между видами и имеет сложную внутреннюю структуру.

В первую очередь, для биоценоза характерна сложная видовая структура. Виды, входящие в биоценоз, очень неравноценны по численности. Есть среди них массовые – доминантные виды. Например, в ельнике-черничнике среди деревьев доминирует ель, среди наземных растений – черника, зеленые мхи, среди птиц – пеночка-теньковка, синица-гаичка, рябчик, среди мышевидных грызунов преобладает рыжая полевка.

Массовые, доминантные виды составляют ядро сообщества. Ряд видов достигает высокой численности лишь периодически, временами включаются в состав доминантов. В ельниках, это зяблики, клесты-еловики. Наиболее разнообразны в биоценозах редкие и малочисленные виды. В устойчивом природном биоценозе редких видов много, а очень многочисленных – мало. В тропическом лесу, например, так велико видовое разнообразие, что на площади в 1 км 2 иногда с трудом можно найти несколько деревьев одного вида.

Массовые и малочисленные виды выполняют свои важные роли в биоценозе. Часть доминантов являются средообразователями – эдификаторами. Они создают среду, влияют на условия жизни для других. Ель – сильный эдификатор, создает затенение, изменяет почвенные условия, влажность, кислотность почвы. От состояния елового древостоя зависит жизнь многих наземных растений и тысяч видов животных от белок и синиц до многочисленных членистоногих в лесной подстилке.

Малочисленные виды составляют резерв сообщества. В существующей обстановке они не могут реализовать свои возможности. Но в изменившейся обстановке эти виды в состоянии включиться в состав доминантов, даже занять их место. Среди множества малочисленных видов всегда найдутся такие, для которых отклонение условий от средней нормы окажется благоприятным. Поэтому биоценоз может сохранить свою устойчивость при разных погодных колебаниях и других внешних воздействиях, даже при умеренных антропогенных.

Соотношение видов по численности создает закономерную для каждого типа биоценоза видовую структуру. Для биоценоза характерно также закономерное распределение видов в пространстве. Основу такого распределения формирует растительность. Растения в результате конкуренции за свет создают ярусность, располагая свою листву и стебли в соответствии со своей формой роста и светолюбием. В лесах умеренного климата может быть до 5-6 ярусов. Животные приурочены, как правило, к определенным ярусам растений, однако, в силу своей подвижности, разные виды животных могут обитать в нескольких ярусах.

Для видового разнообразия биоценозов важно также, однородно или мозаично распределена растительность на территории. В лесах, где много полян и опушек, видовой состав и растений, и птиц, и насекомых намного богаче, чем в обширных однотонных насаждениях. Это явление называется опушечным эффектом. Действительно, на опушке леса число видов растений и животных будет богаче, чем в гуще леса, так как вместе с чисто лесными видами будут обитать и лесо-луговые, луговые. Границу между двумя биоценозами называют экотон. При исследованиях растительности или животного мира лесного биоценоза пробные площади стараются заложить так, чтобы краевой эффект не нарушил видовой состав лесного сообщества. Опушечный эффект находит свое применение при создании парков и других искусственных лесных насаждений, когда хотят восстановить видовое разнообразие.

Экосистема

В биоценозах живые организмы теснейшим образом связаны не только друг с другом, но и с неживой природой. Связь эта выражается через вещество и энергию.

Поступление пищи, воды, кислорода в живые организмы – это потоки вещества из окружающей среды. Пища содержит энергию, необходимую для работы клеток и органов. Растения напрямую усваивают энергию солнечного света, запасают ее в виде химических связей органических соединений, а затем она перераспределяется через пищевые отношения в биоценозах.

Потоки вещества и энергии через живые организмы в процессах метаболизма очень велики. Человек, например, за свою жизнь потребляет десятки тонн еды и питья, а через легкие – многие миллионы литров воздуха. Многие организмы взаимодействуют со средой еще более интенсивно. Растения на создание каждого грамма своей массы тратят от 200 до 800 и более граммов воды, которую они добывают из почвы и испаряют в атмосферу.

При такой интенсивности потоков вещества из неорганической природы в живые тела запасы необходимых для жизни биогенных элементов давно были бы исчерпаны на Земле. Однако жизнь не прекращается, потому что биогенные элементы постоянно возвращаются в окружающую организмы среду. Происходит это в биоценозах, где в результате пищевых отношений между видами синтезированные растениями органические вещества разрушаются в конце концов вновь до таких соединений, которые могут быть снова использованы растениями. Так возникает биологический круговорот веществ.

Биоценоз является частью еще более сложной системы, в которую, кроме живых организмов входит и их неживое окружение, содержащее вещество и энергию, необходимые для жизни. Биоценоз не может существовать без вещественно-энергетических отношений.

Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества, называют экосистемой. Это понятие было введено в 1936 г. английским ботаником Артуром Тенсли. Природные экосистемы могут быть разного объема и протяженности: небольшая лужа с ее обитателями, пруд, океан, луг, роща, тайга, степь – все это разнообразные экосистемы. Любая экосистема включает живую часть – биоценоз и его неживое окружение. Более мелкие экосистемы входят в состав более крупных, вплоть до общей экосистемы Земли. Общий биологический круговорот веществ на планете также складывается из взаимодействия более частных круговоротов.

Пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом. Если определить биотоп как место существования биоценоза, то биоценоз можно рассматривать как исторически сложившийся комплекс организмов, характерный для данного, конкретного биотопа. Любой биоценоз образует с биотопом целостность, единство, биологическую систему более высокого ранга – биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил в 1940 г. В.Н.Сукачев. По определению В.Н.Сукачева, биогеоценоз – «это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою, особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы». Содержание термина «биогеоценоз» в большей степени отражает структурные характеристики сообщества живых организмов, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается прежде всего ее функциональная сущность.

Рис.2. Структура биогеоценоза (по В.Н.Сукачеву)

Экосистема может обеспечить круговорот вещества только в том случае, если включает необходимые для этого четыре составные части: запасы биогенных элементов, продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты – это зеленые растения, создающие из биогенных элементов органическое вещество, используя солнечный свет.

Консументы – потребители этого органического вещества, перерабатывая его в новые формы. В роли консументов выступают обычно животные. Различают консументы первого порядка – растительноядные животные и второго порядка – плотоядные виды.

Жизнь на Земле продолжается уже около 4 млрд. лет, не прерываясь именно потому, что она протекает в системе биологических круговоротов вещества. Основу этого составляет фотосинтез растений и пищевые связи организмов в биогеоценозах.

В отличие от химических элементов, многократно вовлекаемых в живые тела, энергия солнечных лучей, задержанная зелеными растениями, не может использоваться организмами бесконечно.

По второму закону термодинамики энергия при превращениях из одного состояния в другое, т.е. при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде. Сложная работа клеток и органов сопровождается потерями энергии из организма. Каждый цикл круговорота веществ, зависящий от активности живых организмов, требует все новых поступлений энергии.

Жизнь на нашей планете осуществляется как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии.

Разнообразие экосистем на Земле связано как с разнообразием живых организмов, так и условий физической, географической среды. Тундровые, лесные, степные, пустынные или тропические сообщества имеют свои особенности биологических круговоротов и связей с окружающей средой. Водные экосистемы также очень разнообразны и по масштабам, и по условиям жизни в них: солености воды, глубинам водоемов, прозрачности вод, поступлению солнечной энергии. Все это накладывает отпечаток и на скорость биологических круговоротов, и на общее количество вовлекаемого в эти циклы вещества.

Четыре основных компонента экосистемы: продуценты, консументы, редуценты и запас биогенных элементов составляют трофическую структуру экосистемы. Последовательность компонентов в природе представлена в виде пищевых цепей, где от одного блока к другому передается вещество и энергия. Экологами различаются два типа пищевых цепей: пастбищная и детритная.

Пастбищная (цепь выедания) всегда начинается с автотрофного хлорофилльного растения и заканчиваются хищниками, может рассматриваться как процесс синтеза и трансформации органического вещества.

Детритная цепь (цепь разложения) начинаются с мертвого органического вещества, представляет собой процесс поэтапной деструкции и минерализации органических веществ.

Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Они составляют пищевые сети, так как один и тот же хищник питается разными видами других животных, или каждый продуцент имеет не одного, а несколько консументов.

Важным свойством организмов, их популяций и экосистем в целом является их способность к созданию (продуцированию) органического вещества, которое называют продукцией. Все живое вещество, которое содержится в экосистеме или ее элементах вне зависимости от того, за какой период оно образовалось и накопилось, называют биомассой. Обычно биомасса и продукция выражается через абсолютно сухой вес. Это важный параметр, так как им определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) живых организмов, которые могут существовать в экосистеме.

В конкретных цепях питания можно рассчитать передачу той энергии, которая заключена в растительной пище. Растения связывают в процессе фотосинтеза в среднем около 1% энергии света. Остальные 99% солнечной энергии отражаются земной поверхностью, превращаются в тепло, расходуются на испарение воды. Животное, съевшее растение, использует на построение своего тела не всю запасенную им энергию. Часть растительной пищи не переваривается и выделяется в виде экскрементов, Часть энергии тратится для обеспечения жизненных процессов. Работа клеток и органов сопровождается выделением тепла, поэтому значительная доля энергии пищи вскоре рассеивается в окружающее пространство. Лишь небольшая часть усвоенной пищи идет на рост, т.е. на построение новых тканей, на запасы в виде отложения жиров. У молодых эта доля несколько больше, чем у взрослых.

Уже на первом этапе происходит значительная потеря энергии из пищевой цепи. Хищник, съевший растительноядное животное, представляет третий трофический уровень. Он получает только ту энергию из накопленной растением, которая задержалась в теле его жертвы в виде природа массы.

Подсчитано, что на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90%, и только около одной десятой доли переходит к очередному потребителю. Это правило передачи энергии в пищевых цепях организмов называют правилом 10%. Закон был сформулирован в 1942 г. Р.Линдеманом, иногда называют его именем.

Представителям четвертого трофического уровня (например, хищнику, поедающему другого хищника) достанется только около одной тысячной доли той энергии, усвоенной растением, с которого начиналась пищевая цепь. Поэтому отдельные цепи питания в природе не могут иметь слишком много звеньев (обычно не больше 5), энергия в них быстро иссякает. Скорость создания органического вещества называют биологической продукцией. Биологическая продукция экосистем – это скорость накопления в них биомассы животных и растений.

Продукцию растений принято называть первичной продукцией, продукцию животных или других консументов – вторичной, потому что она создается за счет энергии, связанной растениями. Естественно, что вторичная продукция не может быть больше первичной.

Если оценить продукцию в последовательных трофических уровнях в любом биоценозе, получится убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз меньше предыдущего. Этот ряд можно выразить графически в виде пирамиды с широким основанием и узкой вершиной. Поэтому закономерности создания биомассы в цепях питания экологи называют правилом пирамиды биологической продукции. Например, вес всех трав, выросших за год в степи, больше, чем годовой прирост всех растительноядных животных, а прирост хищников меньше, чем растительноядных.

Из правила пирамиды биологической продукции нет исключений, потому что оно отражает законы передачи энергии в цепях питания. Соотношение биомасс разных трофических уровней может быть различным, потому что биомасса – это просто запас имеющихся в данный момент организмов. Например, в океанах одноклеточные водоросли делятся с большой скоростью и дают очень высокую продукцию. Однако их общее количество меняется мало, потому что с высокой скоростью их поедают различные фильтраторы. Образно говоря, водоросли едва успевают размножиться, чтобы выжить.

Рыбы, головоногие моллюски, крупные ракообразные растут и размножаются медленнее, но еще медленнее поедаются врагами, поэтому их биомасса накапливается. Если взвесить все водоросли и всех животных океана, то последние перевесят. Пирамида биомасс в океане оказывается, таким образом, перевернутой. В наземных экосистемах скорость выедания растительного прироста ниже и пирамида биомасс напоминает пирамиду продукции.

Среднее значение первичной продукции по всему земному шару составляет около 3 т сухого вещества на 1 га в год или не более 0,3 кг с 1 м 2 в год. Экосистемы Земли по первичной продуктивности делят обычно на 4 класса:

1. Экосистемы очень высокой продуктивности – 1 м 2 дает более 2 кг первичной продукции. Это тропические леса, экосистемы коралловых рифов, дельт крупных рек, шельфовые зоны теплых морей.

2. Экосистемы с высокой продуктивностью – на 1 м 2 производится 1-2 кг первичной продукции. Экосистемы широколиственных лесов, сельскохозяйственные насаждения (кукуруза на Украине) при орошении способны в суммарном выражении произвести такое количество органического вещества.

3. Экосистемы умеренной продуктивности – 1 м 2 образует 0,25-1 кг органики. Таковы экосистемы смешанных лесов умеренных широт, лугов, морских «лугов» из водорослей в Японском море.

4. Экосистемы низкой продуктивности – 1 м 2 образуют менее 0,25 кг органического вещества. Самые низкопродуктивными считаются экосистемы арктической тундры, экосистемы центра морей и океанов.

Факторами, ограничивающими продуктивность экосистем, являются в первую очередь свет и элементы минерального питания. В наземных сообществах все определяется светом, именно его интенсивность влияет на продукцию автотрофных организмов. Однако, не всегда продуктивность напрямую зависит от интенсивности света. Максимальные значения эффективности использования солнечной энергии, известные у растений, составляют 3-4,5%, наблюдались в культуре морских микроскопических водорослей при сравнительно низких значениях освещенности. Большое значение имеет индекс листовой поверхности – отношение площади листьев к земельной площади. Для популяции растений любого вида должно существовать оптимальное значение индекса листовой поверхности – то, при котором достигается наибольшая скорость фиксации солнечной энергии в пересчете на единицу площади поверхности почвы.

Растения земного шара используют в среднем 1% солнечной энергии. В тропических лесах солнечный свет усваивается в 1-3%, в лесах умеренного пояса – 0,6-1,2%, в пустыне – 0,02%, посевы сельскохозяйственных культур в умеренном поясе способны усвоить всего лишь около 0,6% солнечных лучей. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится экономика всех экосистем.

В водных экосистемах ограничивающим продуктивность фактором является концентрация биогенных элементов. Особо важная роль принадлежит азоту и фосфору. В пресноводные водоемы биогенные элементы попадают при выветривании горных пород и с поверхностными стоками.

В морях и океанах элементы минерального питания с поверхностным стоком поступают только в шельфовую зону, а открытый океан фактически является водной пустыней. Очень высокая продукция характерна для зон апвеллинга, т.е. подъема богатых питательными веществами вод, даже в высоких широтах при низких температурах. Наиболее продуктивными экосистемами являются болота, марши, эстуарии заросли водорослей, коралловые рифы.

Источник