МОУ Краснооктябрьская средняя школа
Реферат
по биологии
на тему:
Сообщество, экосистема, биогеоценоз
сообщество биогеоценоз эеосистема
2009 г.
Содержание
Сообщество,экосистема, биогеоценоз
Состави структура сообщества
Потокивещества и энергии в экосистеме
Продуктивностьсообщества
Саморазвитиеэкосистемы
Списокиспользованной литературы
Сообщество, экосистема, биогеоценоз
Популяция – группировка особей одного вида, способная к самовоспроизведениюна определенной территории. Популяции способны к изменчивости и самовозобновлению.Но, хотя популяции и способны к самостоятельному существованию, они не могут житьизолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с нимицелостные системы еще более высокого уровня организации – биотические сообщества(биоценозы), экосистемы.
Сообщество(биоценоз)(греч. bios — жизнь, koinos — общий) — исторически сложившаяся устойчивая совокупностьпопуляций растений, животных, грибов и микроорганизмов, приспособленных к совместномуобитанию на однородном участке территории или акватории. Термин «биоценоз» предложилнемецкий зоолог К.Мебиус в 1877г.
Приспособленностьчленов сообщества к совместной жизни выражается в определенном сходстве их требованийк важнейшим условиям среды (освещенность, характер увлажнения почвы и воздуха, тепловойрежим и т. д.) и в закономерных отношениях друг с другом. Связь между организмаминеобходима для осуществления их питания, размножения, расселения, защиты и т. д.
Масштабыбиоценотических группировок организмов (биоценозов) различны — от сообществ на стволедерева, в норе или на болотной кочке (их называют микросообществами) до населенияучастка дубравы, соснового или елового леса, луга, озера, болота или пруда. Принципиальнойразницы между сообществами разных масштабов нет, поскольку мелкие сообщества являютсясоставной частью более крупных, для которых характерно возрастание сложности и доликосвенных связей между видами.
Составнымичастями биоценоза являются фитоценоз (устойчивое сообщество растений),зооценоз (совокупность взаимосвязанных видов животных), микоценоз(сообщество грибов) и микробиоценоз (сообщество микроорганизмов).
Экосистемаи биогеоценоз. Сообщества организмов тесно связаны не только друг с другом, но ис неорганической средой. Растения могут существовать только при наличии света, углекислогогаза, воды, минеральных солей. Животные и другие гетеротрофные организмы (грибы,большинство бактерий) живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении такихнеорганических соединений, как кислород и вода. В любом биотопе запасы неорганическихсоединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов,сравнительно малы и постоянно убывают, поэтому необходимо их возобновление. Из окружающейсреды живые организмы поглощают биогенные элементы и энергию и возвращают их обратно(например, при дыхании, выделении экскрементов, разложении растительных и животныхостатков). Благодаря этим обменным процессам биоценоз и окружающая его неорганическаясреда (экотоп) представляют собой сложную систему, получившую название экосистемаили биогеоценоз (см. рис.
/>
1). Рис. 1Схема биогеоценозов
Такимобразом, биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности сопределенным составом живых организмов (биоценоз) и определенными условиями средыобитания (биотоп), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природныйкомплекс. Во многих странах мира такие природные комплексы называют экологическимисистемами(экосистемами).
Биогеоценози экосистема — понятия сходные, но не тождественные. Понятие «экосистема» не имеетранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым (муравейник, гниющий пень)и искусственным (аквариум, водохранилище, парк), так и к сложным естественным комплексаморганизмов с их средой обитания. Биогеоценоз, согласно российскому ученому В. Н,Сукачеву, отличается от экосистемы определенностью объема. Если экосистема можетохватывать пространство любой протяженности— от капли прудовойводы с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз— это экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова,т. е. определенным фитоценозом. Следовательно, любой биогеоценоз является экосистемой,но не всякая экосистема есть биогеоценоз.
Состави структура сообщества
Формированиесообщества осуществляется за счет межвидовых связей, которые определяют его структуру,т. е. упорядоченность строения и функционирования экосистемы. Различают видовую,пространственную и трофическую структуру сообщества.
Видоваяструктура сообщества. Под видовой структурой сообществапонимают разнообразие в нем видов и соотношение численности или биомассы всех входящихв него популяций.
Организмыразных видов обладают неодинаковыми требованиями к среде, поэтому в разных экологическихусловиях формируется неодинаковый видовой состав. Если биологические особенностикакого-то вида резко отличаются в этом плане от других видов, то этот вид вследствиеконкуренции выпадает из сообщества и входит в другой, соответствующий ему биогеоценоз.Другими словами, в каждом сообществе происходит естественный отбор наиболее приспособленныхк данным экологическим условиям организмов.
Различаютбедные и богатые видами сообщества. В полярных ледяныхпустынях и тундрах при крайнем дефиците тепла, в безводных жарких пустынях, сильнозагрязненных сточными водами водоемах сообщества крайне бедны видами, посколькулишь немногие из них могут адаптироваться к таким неблагоприятным условиям. В техже биотопах, где условия окружающей среды близки к оптимальным, наоборот, возникаютчрезвычайно богатые видами сообщества (общее число видов живых организмов в такихэкосистемах составляет от нескольких сотен до многих тысяч). Примерами могут служитьвлажные тропические леса, сложные дубравы, пойменные луга.
Виды,преобладающие в сообществе по численности особей или занимающие большую площадь,называютдоминантами. Например, в наших лесах среди деревьев доминируетель, в травяном покрове — кислица, зеленый мох, среди мышевидных грызунов — полевкии т. д. Однако далеко не все доминантные виды одинаково влияют на сообщество. Срединих выделяются средообразующие виды, которые играют главенствующую роль в определениисостава, структуры и свойств экосистемы путем создания среды для всего сообщества.
Какимже образом определенные виды растений создают среду для всего сообщества? В качествепримера рассмотрим хвойный лес. В ясные летние дни под пологом елового леса освещенностьв 1,5—2 раза меньше, а температура воздуха на 0,2—0,8°С ниже, чем под широколиственнымидеревьями. Под густые кроны ели проникает в 2—2,5 раза меньше атмосферных осадков,чем под кроны березы, осины, дуба. И, наконец, лиственная опада под елью состоитпреимущественно из хвои, которая очень медленно разлагается, в результате чего поделью формируется мощная подстилка с низким содержанием необходимого для всех растенийгумуса.
Внекоторых случаях средообразователями могут быть и животные. Например, на территориях,занятых колониями сурков, именно их деятельность определяет в основном характерландшафта, микроклимат и условия произрастания травянистых растений.
Кромеотносительно небольшого числа видов-доминантов, в состав сообщества входит обычномножество малочисленных и даже редких форм, которые создают его видовое богатство,увеличивают разнообразие биоценотических связей и служат резервом для пополненияи замещения доминантов. Эти виды придают сообществу устойчивость и обеспечиваютего функционирование в разных условиях. Следовательно, чем выше видовое разнообразие,тем полнее используются ресурсы среды обитания и тем стабильнее сообщество. Крометого, большое биоразнообразие является гарантом сложности пространственной структурысообщества.
Пространственнаяструктура.Эта структура сообщества определяется, прежде всего, сложением фитоценоза. Как правило,фитоценозы расчленены на достаточно хорошо отграниченные в пространстве (по вертикалии по горизонтали), а иногда и во времени элементы структуры. К таким элементамотносятся ярусы и микрогруппировки. Первые характеризуютвертикальное, вторые — горизонтальное расчленение фитоценозов.
Основнойфактор, определяющий вертикальное распределение растений, — количество света, обусловливающеетемпературный режим и режим влажности на разных уровнях над поверхностью почвы.Растения верхних ярусов более светолюбивы, чем низкорослые, и лучше них приспособленык колебаниям температуры и влажности воздуха; нижние ярусы образованы растениямименее требовательными к свету; травянистый покров леса в результате отмирания листьев,стеблей, корней участвует в процессе почвообразования и тем самым влияет на растенияверхнего яруса.
Ярусы(I—V) особенно хорошо заметны в лесах умеренного пояса (рис. 2). В них можно выделить5-6 ярусов: первый(верхний) ярус образуют деревья первойвеличины (дуб черешчатый, липа сердцевидная, вяз гладкий и др.); второй— деревья второй величины, а также кустарник
/>
Рис.2. Ярусность в лесу
(рябинаобыкновенная, дикие яблоня и груша, черемуха и др.); третий ярус состоитиз высоких трав (чистец лесной, крапива, сныть обыкновенная) и кустарничков (черника);четвертый ярус состоит из высоких трав (чистец лесной, крапива, снытьобыкновенная) и кустарничков (черника); пятый ярус сложен из низкихтрав (осока волосистая, копытень европейский); в шестом ярусе — мхи,лишайники.
Животныетакже преимущественно приурочены к тому или иному ярусу растительности. Например,среди птиц есть виды, гнездящиеся только на земле (фазановые, тетеревиные, трясогузки,коньки, овсянки), другие — в кустарниковом ярусе (дрозды, славки, снегири) или вкронах деревьев (зяблики, щеглы, корольки, крупные хищники и др.).
Расчлененность(неоднородность) в горизонтальном направлении — мозаичность — свойственнапрактически всем сообществам. Мозаичность выражается наличием в биогеоценозе различныхмикрогруппировок, которые различаются видовым составом, количественным соотношениемразных видов, сомкнутостью, продуктивностью и другими признаками и свойствами.
Неравномерностьв распределении видов живых организмов в пределах сообществ и связанная с этим мозаичностьобусловлены рядом причин: особенностями биологии размножения и формы растений, неоднородностьюпочвенных условий (наличие понижений и повышений), средообразующим влиянием растенийи др. Мозаичность может возникнуть в результате деятельности животных (образованиеммуравейников, вытаптыванием травостоя копытными и др.) или человека (выборочнаярубка, кострища и т. д.).
Трофическаяструктура. Основу трофической (пищевой) структуры сообщества составляютпищевые связи и цепи питания. Благодаря пищевым связям осуществляется непрерывныйвещественно-энергетический обмен между живым и неживым веществом природы.
Длялюбого сообщества можно составить схему всех пищевых взаимосвязей организмов. Этасхема имеет вид сети. Пищевая сеть (рис. 3) обычно состоит из несколькихпищевых цепей, каждая из которых является как бы отдельным каналом,по которому передаются вещество и энергия. Простой пример пищевой цепи: растение– травоядное животное – хищное животное.
/>
Разныевиды выполняют в пищевой сети разные функции. Так, продуценты (отлат. producentis – «производящий») образуют органическое вещество из неорганическихкомпонентов. Очевидно, что все продуценты обязательно должны быть автотрофами. Вводоёмах продуценты представлены в основном фитопланктоном и некоторыми крупнымиводорослями. На суше основные продуценты – это крупные высшие растения: травы, кустарники,деревья.
Дведругие важные группы организмов, входящие в состав любого сообщества, – консументы(от лат. consumo – «потребляю») и редуценты (от лат. reducentis – «возвращающий»). К консументамобычно относят всех животных, а к редуцентам – грибы и бактерии. И те и другие являютсягетеротрофами, т.е. живут за счет органического вещества, созданного продуцентами.Граница между консументами и редуцентами очень условна, поскольку они в процессесвоей жизнедеятельности осуществляют процесс разложения сложных органических веществ,а продукты их жизнедеятельности могут быть усвоены растениями.
Такимобразом, структура сообщества дает возможность определить свойства того или иногосообщества, выяснить перспективу его устойчивости во времени и пространстве, а такжепредвидеть возможные последствия воздействия на него антропогенного фактора.
Потокивещества и энергии в экосистеме
Солнечнуюэнергию, связанную в процессе фотосинтеза, в виде биомассы растений поедают травоядныеживотные, которые в свою очередь служат пищей для хищников. Так вещество и энергияпередаются от одних организмов к другим, объединяя экосистему в единое целое.
Посколькув процессе своей жизнедеятельности все организмы расходуют ту энергию, которую получилис пищей (а все зеленые растения – с солнечным светом), ее количество с каждым последующимтрофическим уровнем уменьшается. Соответственно и суммарная продукция (прирост биомассыза единицу времени) всех организмов какого-либо уровня всегда меньше продукции предыдущегоуровня.
Американскийэколог Раймонд Линдеман еще в 1941 г., опираясь на теорию, разработанную его учителемДжорджем Эвелином Хатчинсоном, предположил, что с одного трофического уровня надругой может переходить не более 10 % энергии, а общее число самих уровней не можетбыть больше шести. Согласно современным расчетам, с одного уровня на другой можетпереходить более 30 % продукции. Что касается числа трофических уровней, то в наземныхэкосистемах их, как правило, бывает два-три, а в открытом океане – нередко четыре-пятьи даже шесть. Такие различия в длине пищевой цепи объясняются тем, что на суше основныепродуценты – это крупные растения (прежде всего деревья и кустарники, в меньшейстепени травы), тогда как в океане основные продуценты – микроскопические планктонныеводоросли.
Пирамидычисленности и биомассы. Соотношение живого вещества на разных уровнях подчиняется в целомтому же правилу, что и соотношение поступающей энергии: чем выше уровень, тем нижеобщая биомасса и численность составляющих ее организмов. Графически это можно изобразитьв виде пирамиды (рис. 4). Такие пирамиды называют пирамидами численностии биомассы.
/>
Рис.4
Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофическихуровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровнейсильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженныепредставления об истинных соотношениях трофических уровней. Например, в сообществепланктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов,а в лесу сотни тысяч консументов могут питаться органами одного дерева-продуцента.
Пирамида биомасс показывает количество живого вещества, или биомассы,на каждом трофическом уровне. В большинстве наземных экосистем биомасса продуцентов,т. е. суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого последующеготрофического уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомассаконсументов 1-го порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах,где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростьюразмножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запасбиомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекаетсяв цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темповразмножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скоростивоссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеетобратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладаеттенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скоростьоборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная частьвещества, поступающего по цепям питания.
Продуктивностьсообщества
Продуктивность.Важным функциональнымпоказателем сообществ является их способность к созданию (продуцированию) новойбиомассы. Это свойство лежит в основе понятия продуктивность, сходногопо смыслу с понятием плодородие.
Приростбиомассы сообщества выражают суммарным приростом биомассы его элементов. Продукциейназывают количество вещества, которое образовано организмами за определенныйпромежуток времени. Для быстро размножающихся планктонных водорослей продукцию удобнооценивать за сутки, для наземных растений, как правило, за год или вегетационныйсезон, т.е. период, когда возможен рост. Следует, однако, учитывать, что за промежутоквремени, используемый для оценки продукции, сама продукция может и не накапливаться,а потребляться растительноядными животными. Особенно сильно этот эффект проявляетсяв водных экосистемах, где, несмотря на высокую продукцию фитопланктона, ее активновыедают планктонные животные. Это может привести к тому, что биомасса за некоторыйпромежуток времени практически не возрастет или даже снизится.
Продукциябывает общей и чистой. Общая продукция складываетсяиз приростов массы не только выживших, но и погибших в течение этого интервала особей,т.к. они тоже росли и тем самым участвовали в формировании продукции сообщества.Чистая продукция всегда меньше общей энергии, полученной организмами с пищей, т.к.некоторая ее часть теряется при отмирании организмов или расходуется на выполняемуюими работу. В экологии эти расходы называют дыханием.
Каки энергия, продукция резко убывает при переходе от низших трофических уровней квысшим.
Продукциючаще всего выражают в энергетических эквивалентах (например, в джоулях или калорияхна 1 м2 за одни сутки) или в количестве сухого (обезвоженного) органическоговещества (например, в килограммах на 1 га за один год.
Первичная продукция – это скорость образования органического веществапервичными продуцентами (растениями). Количество органического вещества оцениваетсяего массой или энергией, запасенной в этом веществе. Общая масса живых организмовназывается биомассой. Соответственно первичную продукцию оценивают величиной биомассы,произведенной за единицу времени. Чистая первичная продукция (т.е. фактический приростбиомассы растений) всегда меньше энергии, зафиксированной в процессе фотосинтеза.Именно первичную продукцию растений потребляют гетеротрофы – бактерии, грибы, животные.
Вторичной продукцией называют скорость продуцирования биомассы гетеротрофами.
Общаягодовая продукция наземной растительности оценивается приблизительно в 180–200 млрд.т, основная доля ее приходится на тропическую зону. Годовая продукция фитомассыокеана составляет около 50 – 100 млрд. т.
Такимобразом, хотя океан занимает более 2/3 поверхности земногошара, он дает только 1/3 всей продукции биосферы.
Саморазвитиеэкосистемы
Экологическаясукцессия.Экологической сукцессией (буквально – преемственность) называют закономернуюпоследовательную смену одних сообществ другими на определенной территории.
Сообщество,в котором общий прирост биомассы автотрофов за единицу времени в энергетическомвыражении точно соответствует количеству энергии, необходимому для поддержания жизнивсех составляющих его организмов, называется равновесной системой.
Главнаяособенность экологической сукцессии состоит в том, что изменения сообщества всегдапроисходят в направлении, возвращающем его к равновесному состоянию. Если прекратитьвозделывать когда-то отвоеванное у леса пахотное поле, то лес, ранее занимавшийэту территорию, вновь вернется сюда. При этом произойдет последовательная сменасообществ, которые, сменяя друг друга, подготовят дорогу лесу.
Развитиелеса на оставленном поле является примером сукцессии, происходящей в ясно выраженномавтотрофном состоянии, т.к. в первый момент появляются автотрофные организмы.
Каждаястадия сукцессий представляет собой определенное сообщество с преобладанием техили иных видов и жизненных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояниеравновесия. Сукцессия, которая начинается на лишенном жизни месте (например,поселение накипных и листоватых лишайников на камнях), называется первичнойсукцессией. Термин вторичная сукцессия относится к сообществам,которые развиваются на месте уже существовавшего ранее сформированного сообщества(примером может служить рассмотренное ранее развитие леса на брошенном поле).
Значениесукцессий. В ходе сукцессии облик сообщества постоянно меняется. Меняется и функционированиеэкосистемы. Сукцессия – это закономерный и направленный процесс, поэтому общие изменения,происходящие на той или иной ее стадии, свойственны любому сообществу и не зависятот его видового состава или географического местоположения. В качестве главных можноназвать следующие четыре свойства сукцессионных изменений.
Первое:виды растений и животных в процессе сукцессии непрерывно меняются (рис. 5).
Второе:сукцессионные изменения всегда сопровождаются повышением видового богатства, т.е.разнообразия организмов. Это объясняется тем, что происходящие в ходе сукцессииизменения экосистемы создают благоприятные условия для колонизации сообщества новымивидами.
Ктретьему следует отнести увеличение биомассы органического вещества. Население какбы уплотняется по мере увеличения видового богатства.
Наконец,четвертое изменение состоит в снижении скорости прироста биомассы сообщества (продукциисообщества) и в увеличении количества энергии, требуемой для поддержания его жизни.Это наиболее важное явление сукцессии.
Продолжительностьсукцессии. Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества.Изучение первичной сукцессии на таких местах, как песчаные дюны, свидетельствуето том, что в этих условиях для достижения равновесия требуется многие сотни лет.Вторичные сукцессии, например на вырубках, протекают гораздо быстрее. Все же требуетсяне менее 200 лет, чтобы в условиях умеренного влажного климата смог восстановитьсялесной массив.
Есликлимат особенно суров (климат пустыни, тундры или степи), продолжительность сукцессийневелика, т.к. сообщество не может существенно изменить неблагоприятное физическоеокружение. Вторичная сукцессия в степи, например, продолжается около 50 лет.
Зрелыестадии сукцессии являются более стойкими по сравнению с ранними. Засуха может сильноповлиять на раннюю стадию сукцессии, например, на посевы ржи или пшеницы. На леснойбиоценоз в устойчивой фазе существования она оказывает гораздо меньшее влияние.
Значениеэкологической сукцессии. Зрелое сообщество отличается от молодого высокой насыщенностьюорганизмами, их разнообразием, более развитой трофической структурой, уравновешенностьюмежду энергией, получаемой извне и используемой для поддержания жизни. Это позволяетему противостоять изменениям многих физических факторов и даже некоторым видам химическихзагрязнений. Молодые сообщества, наоборот, более уязвимы по отношению к внешнимвоздействиям. Однако молодое сообщество способно продуцировать новую биомассу вгораздо больших количествах, чем зрелое. Экологическая сукцессия, преобразуя молодоесообщество в зрелое, тем самым повышает его устойчивость.
Чрезвычайноважно, чтобы человек уделял одинаковое внимание обоим типам сообществ. Если уничтожитьлес в погоне за временным доходом от древесины, уменьшатся запасы воды и почва будетснесена со склонов. Это снизит продуктивность равнинных районов. Иными словами,леса представляют для человека ценность не только как поставщики древесины или источникдополнительных площадей, которые могут быть заняты культурными растениями.
Людивсе еще слабо осознают последствия экологических нарушений, совершаемых в погонеза экономической выгодой. Даже тех знаний, которые накоплены экологией в настоящеевремя, достаточно для уверенности в том, что превращение нашей биосферы в один обширныйковер пахотных земель таит в себе огромную опасность. Для нашего собственного выживанияопределенные ландшафты должны быть представлены естественными сообществами.
сообществобиогеоценоз экологическая сукцессия
Списокиспользованной литературы
1.Энциклопедия для детей.Т. 2. Биология. – 5-е изд., перераб. и доп. / Глав. ред. М. Д. Аксёнова. – М.: Аванта+,2003. – 704 с.: ил.
2.Биология. Введение вобщую биологию и экологию: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений / А. А.Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник. – 4-е изд. стереотип. – М.: Дрофа,2003. – 304 с.: ил.
3.Тайны живой природы. Mysteries& Marvels of Nature. Издание на русском языке / Перевод с англ. А. М. Голова – М.:Росмэн, 1995. – 198 с.: ил.
4.Материалы из Интернета.