Понятието екосистеми. Учението за биогеоценозите

Понятието "екосистема" е въведено през 1935 г. от А. Тансли, английски ботаник. С този термин той обозначава всяка съвкупност от организми, живеещи заедно, както и тяхната среда. Дефиницията му подчертава наличието на взаимозависимост, връзки, причинно-следствени връзки, които съществуват между абиотичната среда и биологичната общност, обединявайки ги в определено функционално цяло. Екосистемата, според биолозите, е съвкупност от всички видове популации от различни видове, които живеят на обща територия, както и неживата среда, която ги заобикаля.

Биогеоценозата е естествено образувание, което има ясни граници. Състои се от набор от биоценози (живи същества), които заемат определено място. Например, за водните организми това място е водата, за тези, които живеят на сушата, това е атмосферата и почвата. По-долу ще разгледаме кое ще ви помогне да разберете какво представлява. Ще опишем тези системи подробно. Ще научите за тяхната структура, какви видове съществуват и как се променят.

Биогеоценоза и екосистема: разлики

До известна степен понятията „екосистема“ и „биогеоценоза“ са недвусмислени. Те обаче не винаги съвпадат по обем. Биогеоценозата и екосистемата са свързани като по-малко широко и по-широко понятие. Една екосистема не е свързана с определена ограничена област от земната повърхност. Тази концепция може да се приложи към всички стабилни системи от неживи и живи компоненти, в които се извършва вътрешна и външна циркулация на енергия и вещества. Екосистемите, например, включват капка вода с микроорганизми в нея, саксия, аквариум, биофилтър, аерационен резервоар и космически кораб. Но те не могат да бъдат наречени биогеоценози. Една екосистема може също да съдържа няколко биогеоценози. Нека да разгледаме някои примери. Можем да разграничим биогеоценозите на океана и биосферата като цяло, континент, пояс, почвено-климатичен регион, зона, провинция, област. Следователно не всяка екосистема може да се счита за биогеоценоза. Разбрахме това, като разгледахме примери. Но всяка биогеоценоза може да се нарече екологична система. Надяваме се, че вече разбирате спецификата на тези понятия. „Биогеоценоза“ и „екосистема“ често се използват като синоними, но все пак има разлика между тях.

Характеристики на биогеоценозата

Много видове обикновено живеят в някое от ограничените пространства. Между тях се установява сложна и постоянна връзка. С други думи, различни видове организми, които съществуват в определено пространство, характеризиращо се с набор от специални физични и химични условия, представляват сложна система, която продължава повече или по-малко дълго време в природата. За да изясним определението, отбелязваме, че биогеоценозата е общност от организми от различни видове (исторически установени), които са тясно свързани помежду си и със заобикалящата ги среда, обмен на енергия и вещества. Специфична характеристика на биогеоценозата е, че тя е пространствено ограничена и доста хомогенна във видовия състав на живите същества, включени в нея, както и в комплекса от различни Съществуването като цялостна система осигурява постоянен приток на слънчева енергия към този комплекс. . По правило границата на биогеоценозата се установява по границата на фитоценозата (растителното съобщество), което е нейният най-важен компонент. Това са основните му характеристики. Голяма е ролята на биогеоценозата. На негово ниво протичат всички процеси на енергиен поток и циркулация на веществата в биосферата.

Три групи биоценози

Основната роля във взаимодействието между различните му компоненти принадлежи на биоценозата, тоест на живите същества. Те се разделят според функциите си на 3 групи - разлагащи, консументи и продуценти - и тясно взаимодействат с биотопа (неживата природа) и помежду си. Тези живи същества са обединени от хранителните връзки, които съществуват между тях.

Производителите са група автотрофни живи организми. Консумирайки енергията на слънчевата светлина и минералите от биотопа, те създават първични органични вещества. Тази група включва някои бактерии, както и растения.

Декомпозиторите разграждат останките от мъртви организми и също така разграждат органичните вещества до неорганични вещества, като по този начин връщат минералните вещества, „отстранени“ от производителите в биотопа. Това са например някои видове едноклетъчни гъби и бактерии.

Динамично равновесие на системата

Видове биогеоценози

Биогеоценозата може да бъде естествена и изкуствена. Типовете на последните включват агробиоценози и градски биогеоценози. Нека разгледаме по-подробно всеки от тях.

Естествена биогеоценоза

Нека отбележим, че всяка естествена биогеоценоза е система, която се е развивала в продължение на дълъг период от време - хиляди и милиони години. Следователно всички негови елементи са „заточени“ един към друг. Това води до факта, че устойчивостта на биогеоценозата към различни промени, настъпващи в околната среда, е много висока. „Силата“ на екосистемите не е неограничена. Дълбоките и резки промени в условията на живот, намаляването на броя на видовете организми (например в резултат на мащабен риболов на търговски видове) водят до факта, че балансът може да бъде нарушен и той може да бъде унищожен. В този случай настъпва промяна в биогеоценозите.

Агробиоценози

Агробиоценозите са специални общности от организми, които се развиват в райони, използвани от хората за селскостопански цели (насаждения, култури от култивирани растения). Производителите (растения), за разлика от естествените биогеоценози, тук са представени от един вид култури, отглеждани от хората, както и определен брой видове плевели. Разнообразието (гризачи, птици, насекоми и др.) определя растителната покривка. Това са видове, които могат да се хранят с растения, растящи на територията на агробиоценозите, както и да бъдат в условията на тяхното отглеждане. Тези условия определят наличието на други видове животни, растения, микроорганизми и гъби.

Агробиоценозата зависи преди всичко от дейността на човека (торене, механична обработка на почвата, напояване, третиране с пестициди и др.). Стабилността на биогеоценозата на този вид е слаба - тя ще се срине много бързо без човешка намеса. Това отчасти се дължи на факта, че култивираните растения са много по-взискателни от дивите. Следователно те не могат да се конкурират с тях.

Градски биогеоценози

Особен интерес представляват градските биогеоценози. Това е друг вид антропогенна екосистема. Пример са парковете. Основните, както и при агробиоценозите, са антропогенни. Видовият състав на растенията се определя от човека. Той ги засажда, а също така ги грижи и обработва. Промените във външната среда са най-силно изразени в градовете - повишаване на температурата (от 2 до 7 ° C), специфични особености на почвата и атмосферния състав, специален режим на влажност, светлина и действие на вятъра. Всички тези фактори формират градските биогеоценози. Това са много интересни и специфични системи.

Примерите за биогеоценоза са многобройни. Различните системи се различават една от друга по видовия състав на организмите, както и по свойствата на средата, в която живеят. Примери за биогеоценоза, на които ще се спрем подробно, са широколистна гора и езеро.

Широколистна гора като пример за биогеоценоза

Широколистната гора е сложна екологична система. Биогеоценозата в нашия пример включва растителни видове като дъбове, букове, липи, габъри, брези, кленове, офика, трепетлики и други дървета, чиито листа падат през есента. Няколко от техните нива се открояват в гората: ниски и високи дървета, почвена покривка от мъх, треви, храсти. Растенията, обитаващи горните нива, са по-светлолюбиви. Те издържат на колебания във влажността и температурата по-добре от представителите на по-ниските нива. Мъховете, тревите и храстите са устойчиви на сянка. Те съществуват през лятото в здрача, образуван след разгъването на листата на дърветата. Постелята лежи на повърхността на почвата. Образува се от полуразложени останки, клонки от храсти и дървета, паднали листа и мъртва трева.

Горските биогеоценози, включително широколистните гори, се характеризират с богата фауна. Те се обитават от много ровещи гризачи, хищници (мечка, язовец, лисица) и ровещи насекомоядни. Има и бозайници, обитаващи дървета (бурундук, катерица, рис). Сърната, лосът и еленът са част от групата на едрите тревопасни животни. Глиганите са широко разпространени. Птиците гнездят в различни слоеве на гората: по стволове, в храсти, на земята или по върховете на дърветата и в хралупи. Има много насекоми, които се хранят с листа (например гъсеници), както и дърво (короятни бръмбари). В допълнение към насекомите, горните слоеве на почвата, както и постелята, съдържат огромен брой други гръбначни животни (кърлежи, земни червеи, ларви на насекоми), много бактерии и гъбички.

Езерото като биогеоценоза

Нека сега разгледаме езерото. Това е пример за биогеоценоза, в която жизнената среда на организмите е водата. Големи плаващи или вкоренени растения (езерце, водни лилии, тръстика) се заселват в плитките води на езерата. Малки плаващи растения са разпределени в целия воден стълб, до дълбочината, където прониква светлината. Това са главно водорасли, наречени фитопланктон. Понякога има много от тях, в резултат на което водата става зелена и „цъфти“. Във фитопланктона се срещат различни синьо-зелени, зелени и диатомени водорасли. Попови лъжички, ларви на насекоми и ракообразни се хранят с растителни остатъци или живи растения. Рибите и хищните насекоми ядат малки животни. А тревопасните и по-малките хищни риби се ловуват от големите хищни риби. Организмите, които разграждат органичната материя (гъбички, камшичета, бактерии), са широко разпространени в езерото. Има особено много от тях на дъното, тъй като тук се натрупват останки от мъртви животни и растения.

Сравнение на два примера

Сравнявайки примери за биогеоценоза, виждаме колко различни са екосистемите на езерото и гората както по видов състав, така и по външен вид. Това се дължи на факта, че организмите, които ги обитават, имат различни местообитания. В езерото е вода и въздух, в гората е почва и въздух. Въпреки това функционалните групи организми са от един и същи тип. В гората производителите са мъхове, треви, храсти и дървета; В езерото има водорасли и плаващи растения. В гората потребителите включват насекоми, птици, животни и други безгръбначни, които обитават постелята и почвата. Консуматорите в езерцето включват различни земноводни, насекоми, ракообразни, хищни и тревопасни риби. В гората разложителите (бактерии и гъби) са представени от сухоземни форми, а в езерото - от водни. Нека също да отбележим, че както езерото, така и широколистната гора са естествена биогеоценоза. По-горе дадохме примери за изкуствени.

Защо биогеоценозите се заменят взаимно?

Биогеоценозата не може да съществува вечно. То неизбежно рано или късно ще бъде заменено с друго. Това се случва в резултат на промени в околната среда от живи организми, под въздействието на човека, в процеса на еволюцията и с променящите се климатични условия.

Пример за промяна в биогеоценозата

Нека разгледаме като пример случая, когато самите живи организми предизвикват промяна в екосистемите. Това е колонизацията на скалите с растителност. Изветрянето на скалите е от голямо значение в първите етапи на този процес: частично разтваряне на минерали и промени в техните химични свойства, разрушаване. В началните етапи много важна роля играят първите заселници: водорасли, бактерии, синьо-зелени. Производителите са свободно живеещи водорасли и лишеи. Те създават органична материя. Синьозелените вземат азот от въздуха и го обогатяват с него в среда, която все още е неподходяща за обитаване. Лишеите разтварят скалата със секрети от органични киселини. Те допринасят за постепенното натрупване на минерални хранителни елементи. Гъбите и бактериите унищожават органичните вещества, създадени от производителите. Последните не са напълно минерализирани. Постепенно се натрупва смес, състояща се от минерални и органични съединения и обогатени с азот растителни остатъци. Създават се условия за съществуване на храстовидни лишеи и мъхове. Процесът на натрупване на азот и органични вещества се ускорява и се образува тънък слой почва.

Формира се примитивна общност, която може да съществува в тази неблагоприятна среда. Първите заселници бяха добре приспособени към суровите условия на скалите - те издържаха на слана, топлина и сухота. Постепенно те променят местообитанието си, създавайки условия за формиране на нови популации. След появата на тревисти растения (детелина, треви, острица, камбанки и др.) конкуренцията за хранителни вещества, светлина и вода става по-интензивна. В тази борба пионерите заселници са заменени от нови видове. Храстите се установяват зад билките. Те държат появяващата се почва заедно с корените си. Горските съобщества се заменят с тревни и храстови съобщества.

По време на дългия процес на развитие и промяна на биогеоценозата броят на видовете живи организми, включени в нея, постепенно нараства. Съобществото се усложнява, става все по-разклонено.Увеличава се разнообразието от връзки, които съществуват между организмите. Общността все по-пълноценно използва ресурсите на околната среда. Така се превръща в зряло, което е добре адаптирано към условията на средата и има саморегулация. В него видовите популации се размножават добре и не се заместват от други видове. Описаната промяна на биогеоценозите продължава хиляди години. Но има промени, които се случват пред очите на само едно поколение хора. Например, това е обрастването на малки водни тела.

И така, говорихме за това какво е биогеоценоза. Представените по-горе примери с описания дават ясна представа за това. Всичко, за което говорихме, е важно за разбирането на тази тема. Видове биогеоценози, тяхната структура, характеристики, примери - всичко това трябва да се проучи, за да имате пълно разбиране за тях.

1. Концепцията за биогеоценоза и биогеоценология

В ежедневието си човек постоянно се сблъсква със специфични зони от заобикалящите го природни комплекси: полета, ливади, блата и резервоари. Всяка област от земната повърхност или природен комплекс трябва да се разглежда като определено природно цяло, където цялата растителност, фауна и микроорганизми, почвата и атмосферата са тясно свързани и взаимодействат помежду си. Тази връзка трябва да се има предвид при всяко икономическо използване на природни ресурси (растения, животни, почва и др.).

Природни комплекси, в които растителността е напълно оформена и които могат да съществуват сами, без човешка намеса и ако човек или нещо друго ги наруши, ще бъдат възстановени и то по определени закони. Такива природни комплекси са биогеоценози.

Най-сложните и важни природни биогеоценози са горите. В нито един природен комплекс, в нито един вид растителност тези взаимоотношения не са изразени така рязко и толкова многостранно, както в гората.

горапредставлява най-силният „филм на живота“. Горите играят доминираща роля в състава на растителната покривка на Земята. Те покриват почти една трета от земната площ на планетата – 3,9 милиарда хектара. Ако вземем предвид, че пустините, полупустините и тундрите заемат около 3,8 милиарда хектара, а повече от 1 милиард хектара са пусти, застроени и други непродуктивни земи, тогава става очевидно колко голямо е значението на горите за формирането на естествени комплекси и функциите, които изпълняват живата материя на Земята. Масата на органичната материя, концентрирана в горите, е 1017–1018 тона, което е 5–10 пъти повече от масата на цялата тревиста растителност.

Ето защо специално значение беше и се отдава на биогеоценологичните изследвания на горските системи и терминът "биогеоценоза" беше предложен от академик V.N. Сукачев в края на 30-те години. 20-ти век във връзка с горските екосистеми. Но това е валидно по отношение на всяка естествена екосистема във всеки географски регион на Земята.

Определение за биогеоценоза според В. Н. Сукачев (1964: 23)считан за класически - „... това е съвкупност от хомогенни природни явления на определен участък от земната повърхност (атмосфера, скали, растителност, животински свят и света на микроорганизмите, почвени и хидрологични условия), който има специална специфика на взаимодействия на тези компоненти, които го изграждат и определен тип метаболизъм и енергия: помежду си и с други природни явления и представляващи вътрешно противоречиво единство, в постоянно движение и развитие...”

Това определение отразява цялата същност на биогеоценозата, характеристики и характеристики, присъщи само на нея:

биогеоценозата трябва да бъде хомогенна във всички отношения: жива и нежива материя: растителност, животински свят, население на почвата, релеф, основна скала, свойства на почвата, дълбочина и режим на подпочвените води;

Всяка биогеоценоза се характеризира с наличието на специален, уникален тип метаболизъм и енергия,

Всички компоненти на биогеоценозата се характеризират с единството на живота и неговата среда, т.е. характеристиките и моделите на жизнената активност на биогеоценозата се определят от нейното местообитание, следователно биогеоценозата е географско понятие.

В допълнение, всяка специфична биогеоценоза трябва:

Бъдете хомогенни в своята история;

Да има сравнително дългосрочно образование;

Ясно се различават по растителност от съседните биогеоценози и тези разлики трябва да са естествени и екологично обясними.

Примери за биогеоценози:

Смесена дъбова гора в подножието на делувиалния склон с южно изложение върху планинска кафяво-горска средноглинеста почва;

Тревна поляна в котловина върху глинести торфени почви,

Смесена тревна поляна на висока речна заливна низина върху заливна дернисто-глееста средно глинеста почва,

Лиственични лишеи на Al-Fe-хумусно-подзолисти почви,

Смесена широколистна гора с лианова растителност по северния склон върху кафяви горски почви и др.

По-просто определение:„Биогеоценозата е цялата съвкупност от видове и цялата съвкупност от компоненти на неживата природа, които определят съществуването на дадена екосистема, като се вземе предвид неизбежното антропогенно въздействие.“ Последното допълнение, като се има предвид неизбежното антропогенно въздействие, е почит към модерността. По времето на В.Н. Сукачев не е имало нужда да се класифицира антропогенният фактор като основен средообразуващ фактор, както е сега.

Областта на знанието за биогеоценозите се нарича биогеоценология. За да контролирате природните процеси, трябва да знаете законите, на които те се подчиняват. Тези закономерности се изучават от редица науки: метеорология, климатология, геология, почвознание, хидрология, различни отдели на ботаниката и зоологията, микробиологията и др. Биогеоценологията обобщава, синтезира резултатите от изброените науки от определен ъгъл, като обръща основно внимание за взаимодействията на компонентите на биогеоценозите помежду си и разкриване на общи модели, управляващи тези взаимодействия.

Обектът на изследване на биогеоценологията е биогеоценозата.

Предметът на изследване на биогеоценологията е взаимодействието на компонентите на биогеоценозите помежду си и общите закони, управляващи тези взаимодействия.

2. Компонентен състав на биогеоценозите

Компонентите на биогеоценозата не само съществуват един до друг, но и активно взаимодействат помежду си. Основни и задължителни компоненти са биоценоза и екотоп.

Биоценозата или биологичното съобщество е съвкупност от три компонента, живеещи заедно: растителност (фитоценоза), животни (зооценоза) и микроорганизми (микробоценоза).

Всеки компонент е представен от много индивиди от различни видове. Ролята на всички компоненти: растения, животни и микроорганизми в биоценозата е различна.

По този начин растенията образуват относително постоянна структура на биоценозата поради тяхната неподвижност, докато животните не могат да служат като структурна основа на общността. Микроорганизмите, въпреки че повечето не са прикрепени към субстрата, се движат с ниска скорост; вода и въздух ги пренасят пасивно на значителни разстояния.

Животните зависят от растенията, защото не могат да изградят органична материя от неорганична. Някои микроорганизми (както всички зелени, така и редица незелени) са автономни в това отношение, тъй като те са способни да изграждат органична материя от неорганична материя, използвайки енергията на слънчевата светлина или енергията, освободена по време на химически реакции на окисление.

Микроорганизмите (микроби, бактерии, протозои) играят голяма роля в разграждането на мъртвите органични вещества в минерални, т.е. в процес, без който нормалното съществуване на биоценозите би било невъзможно. Почвените микроорганизми могат да играят значителна роля в структурата на сухоземните биоценози.

Разликите (биоморфологични, екологични, функционални и др.) в характеристиките на организмите, които съставляват тези три групи, са толкова големи, че методите за тяхното изучаване се различават значително. Следователно съществуването на три клона на знанието - фитоценология, зооценология и микроценология, които изучават съответно фитоценози, зооценози и микробиоценози, е съвсем законно.

Екотоп- място за живот или местообитание на биоценоза, вид "географско" пространство. Образува се от една страна от почва с характерна подпочва, с горска постеля, както и с едно или друго количество хумус (хумус); от друга, атмосфера с определено количество слънчева радиация, с известно количество свободна влага, с характерно съдържание на въглероден диоксид, различни примеси, аерозоли и др. във въздуха; във водните биогеоценози, вместо атмосферата, има вода. Ролята на околната среда в еволюцията и съществуването на организмите е извън съмнение. Неговите отделни части (въздух, вода и др.) И фактори (температура, слънчева радиация, градиенти на надморска височина и др.) Се наричат ​​абиотични или неживи компоненти, за разлика от биотичните компоненти, представени от живата материя. В.Н. Сукачев не класифицира физическите фактори като компоненти, но други автори го правят (фиг. 5).

Биотоп- това е екотоп, трансформиран от биоценозата за „себе си“. Биоценоза и биотоп функционират в непрекъснато единство. Размерите на биоценозата винаги съвпадат с границите на биотопа, а следователно и с границите на биогеоценозата като цяло.

От всички компоненти на биотопа почвата е най-близо до биогенния компонент на биогеоценозата, тъй като нейният произход е пряко свързан с живата материя. Органичното вещество в почвата е продукт на жизнената дейност на биоценозата на различни етапи на трансформация.

Съобществото от организми е ограничено от биотопа (при стридите от границите на плитчините) от самото начало на своето съществуване.

в) В. Докучаев;

г) К. Тимирязев;

д) К. Мобиус.

(Отговор:б.)

2. Ученият, който въвежда понятието „екосистема“ в науката:

а) А. Тансли;

б) В. Докучаев;

в) К. Мобиус;

г) В. Йохансен.

(Отговор:А . )

3. Попълнете празните места с имената на функционалните групи на екосистемата и царствата на живите същества.

Наричат ​​се организми, които консумират органична материя и я превръщат в нови форми. Те са представени главно от видове, принадлежащи към света. Наричат ​​се организми, които консумират органична материя и напълно я разграждат до минерални съединения. Те са представени от видове, принадлежащи към ki. Наричат ​​се организми, които консумират минерални съединения и, използвайки външна енергия, синтезират органични вещества. Те са представени главно от видове, принадлежащи към света.

(Отговори(последователно): потребители, животни, разложители, гъбички и бактерии, производители, растения.)

4. Всички живи същества на Земята съществуват благодарение на органична материя, произведена главно от:

а) гъби;

б) бактерии;

в) животни;

г) растения.

(Отговор:Ж.)

5. Попълнете пропуснатите думи.

Нарича се общност от организми от различни видове, тясно свързани помежду си и обитаващи повече или по-малко хомогенна територия. Състои се от: растения, животни. Съвкупност от организми и компоненти на неживата природа, обединени от цикъла на веществата и потока на енергия в единен природен комплекс, се нарича или.

(Отговори(последователно): биоценоза, гъби и бактерии, екосистема или биогеоценоза.)

6. От изброените организми производителите включват:

крава;

б) манатарки;

в) червена детелина;

г) лице.

(Отговор: c.)

7. Изберете от списъка имената на животните, които могат да бъдат класифицирани като потребители от втори ред: сив плъх, слон, тигър, дизентерична амеба, скорпион, паяк, вълк, заек, мишка, скакалец, ястреб, морско свинче, крокодил, гъска , лисица, костур, антилопа, кобра, степна костенурка, гроздов охлюв, делфин, колорадски бръмбар, бича тения, кенгуру, калинка, полярна мечка, медоносна пчела, кръвосмучещ комар, водно конче, троскот, листна въшка, сива акула.

(Отговор:сив плъх, тигър, дизентерийна амеба, скорпион, паяк, вълк, ястреб, крокодил, лисица, костур, кобра, делфин, бича тения, калинка, полярна мечка, кръвосмучещ комар, водно конче, сива акула.)

8. От изброените имена на организми изберете производители, консументи и разложители: мечка, бик, дъб, катерица, манатарка, шипка, скумрия, жаба, тения, гнилостни бактерии, баобаб, зеле, кактус, пеницил, дрожди.

(Отговор:производители - дъб, шипка, баобаб, зеле, кактус; консуматори - мечка, бик, катерица, скумрия, жаба, тения; разложители - манатарки, гнилостни бактерии, пеницил, дрожди.)

9. В една екосистема се предава основният поток от материя и енергия:

(Отговор: V . )

10. Обяснете защо съществуването на живот на Земята би било невъзможно без бактерии и гъбички.

(Отговор:Гъбите и бактериите са основните разлагащи вещества в екосистемите на Земята. Те разграждат мъртвата органична материя в неорганична материя, която след това се консумира от зелените растения. По този начин гъбите и бактериите поддържат цикъла на елементите в природата и следователно самия живот.)

11. Обяснете защо е икономически изгодно да се държат тревопасни риби в охладителни басейни на топлоелектрически централи.

(Отговор:Тези водоеми са силно обрасли с водна растителност, в резултат на което водата в тях застоява, което нарушава охлаждането на отпадъчните води. Рибите ядат цялата растителност и растат добре.)

12. Посочете организми, които са продуценти, но не принадлежат към Царство Растения.

(Отговор:фотосинтезиращи флагелирани протозои (например зелена еуглена), хемосинтезиращи бактерии, цианобактерии.

13. Организми, които не са абсолютно необходими за поддържане на затворен цикъл на хранителни вещества (азот, въглерод, кислород и др.):

а) производители;

б) потребители;

в) декомпозитори.

Понятието екосистеми. Учението за биогеоценозите

Съобществата от организми са свързани с неорганичната среда чрез най-тесни материални и енергийни връзки. Растенията могат да съществуват само благодарение на постоянното снабдяване с въглероден диоксид, вода, кислород и минерални соли. Хетеротрофите живеят от автотрофи, но се нуждаят от доставка на неорганични съединения като кислород и вода. Във всяко дадено местообитание запасите от неорганични съединения, необходими за поддържане на живота на организмите, които го обитават, няма да продължат дълго, ако тези запаси не бъдат подновени. Връщането на хранителни вещества в околната среда става както по време на живота на организмите (в резултат на дишане, екскреция, дефекация), така и след смъртта им, в резултат на разлагането на трупове и растителни остатъци. По този начин общността образува определена система с неорганичната среда, в която потокът от атоми, причинен от жизнената дейност на организмите, има тенденция да се затваря в цикъл.

Понятието екосистеми.Нарича се всяка съвкупност от организми и неорганични компоненти, в които може да възникне циркулация на вещества екосистема.Терминът е предложен през 1935 г. от английския еколог А. Тансли, който подчертава, че при този подход неорганичните и органичните фактори действат като равни компоненти и не можем да отделим организмите от тяхната специфична среда. А. Тансли разглежда екосистемите като основни единици на природата на повърхността на Земята, въпреки че те нямат определен обем и могат да покриват пространството във всякаква степен.

За да се поддържа циркулацията на веществата в системата, е необходимо да има запас от неорганични молекули в усвоима форма и три функционално различни екологични групи организми: производители, консументи и разлагащи.

производителиАвтотрофните организми са способни да изграждат телата си с помощта на неорганични съединения. Потребители - това са хетеротрофни организми, които консумират органична материя от производители или други потребители и я трансформират в нови форми. Разлагачи Те живеят от мъртва органична материя, превръщайки я обратно в неорганични съединения. Тази класификация е относителна, тъй като и потребителите, и самите производители частично действат като разлагащи вещества, освобождавайки минерални метаболитни продукти в околната среда през целия си живот.

По принцип цикълът на атомите може да се поддържа в системата без междинно звено - консуматори, благодарение на дейността на други две групи. Такива екосистеми обаче се срещат по-скоро като изключения, например в онези райони, където функционират общности, формирани само от микроорганизми. Ролята на консументи в природата се играе предимно от животните, тяхната дейност по поддържане и ускоряване на цикличната миграция на атомите в екосистемите е сложна и разнообразна.

Мащабът на екосистемите в природата варира изключително много. Степента на затвореност на поддържаните в тях цикли на материята също е различна, тоест многократното участие на едни и същи атоми в цикли. Като отделни екосистеми можем да разгледаме например възглавница от лишеи върху ствол на дърво, гниещ пън с населението му, малко временно водно тяло, ливада, гора, степ, пустиня, целия океан, и накрая, цялата повърхност на Земята, заета от живот.

В някои видове екосистеми преносът на материя извън техните граници е толкова голям, че стабилността им се поддържа главно от притока на същото количество материя отвън, докато вътрешният кръговрат е неефективен. Те включват течащи резервоари, реки, потоци и райони по стръмни планински склонове. Други екосистеми имат много по-пълен кръговрат на веществата и са относително автономни (гори, ливади, степи в равнинни райони, езера и др.). Въпреки това нито една, дори и най-голямата екосистема на Земята няма напълно затворена циркулация. Континентите интензивно обменят материя с океаните и атмосферата играе голяма роля в тези процеси и цялата ни планета получава част от материята от космоса и освобождава част в космоса.

В съответствие с йерархията на общностите, животът на Земята се проявява и в йерархията на съответните екосистеми. Екосистемната организация на живота е едно от необходимите условия за неговото съществуване. Запасите от биогенни елементи, от които живите организми изграждат телата си на Земята като цяло и във всяка конкретна област на нейната повърхност, не са неограничени. Само система от цикли може да даде на тези резерви свойството безкрайност, необходимо за продължаване на живота. Само функционално различни групи организми могат да поддържат и осъществяват цикъла. По този начин функционалното и екологично разнообразие на живите същества и организацията на потока от вещества, извлечени от околната среда в цикли, е най-древното свойство на живота.

Учението за биогеоценозите.Успоредно с развитието на концепцията за екосистемите успешно се развива учението за биогеоценозите, чийто автор е академик В. Н. Сукачев (1942 г.).

„Биогеоценоза- това е съвкупност от хомогенни природни явления (атмосфера, скали, растителност, фауна и света на микроорганизмите, почвени и хидроложки условия) на определена територия от земната повърхност, които имат свое специфично взаимодействие на тези компоненти и определен вид на обмен на вещества и енергия между себе си и другите явления на природата и представляващи вътрешно противоречиво единство, в постоянно движение и развитие” (В. Н. Сукачев, 1964).

„Екосистема“ и „биогеоценоза“ са по същество сходни понятия, но ако първото от тях е приложимо за обозначаване на системи, които осигуряват циркулация от всякакъв ранг, тогава „биогеоценозата“ е териториално понятие, отнасящо се до такива области от земя, които са заети от определени единици растителна покривка - фитоценози . Науката за биогеоценозите - биогеоценология – произлиза от геоботаниката и е насочена към изучаване на функционирането на екосистемите в специфични ландшафтни условия в зависимост от свойствата на почвата, топографията, естеството на околната среда на биогеоценозата и нейните първични компоненти - скали, животни, растения, микроорганизми.

В биогеоценозата В. Н. Сукачев разграничава два блока: екотоп –набор от условия на абиотичната среда и биоценоза- съвкупността от всички живи организми.

Екотопчесто се разглежда като абиотична среда, нетрансформирана от растенията (първичният комплекс от фактори на физико-географската среда) и биотоп– като съвкупност от елементи на абиотичната среда, модифицирани от средообразуващите дейности на живите организми. Във вътрешния състав на биогеоценозата се разграничават такива структурни и функционални единици като парцели (терминът е предложен от N.V. Dylis). Биогеоценотични парцели включват растения, животински популации, микроорганизми, мъртва органична материя, почва и атмосфера по цялата вертикална дебелина на биогеоценозата, създавайки нейната вътрешна мозайка. Биогеоценотичните парцели се различават визуално по растителност: височина и плътност на слоевете, видов състав, жизнен статус и възрастов спектър на популациите на доминиращи видове. Понякога те са добре ограничени от състава, структурата и дебелината на горския под. Те обикновено са кръстени на растенията, които доминират в различни нива. Например, в дъбово-смърчова гора с космат острица могат да се разграничат такива парцели като смърчово-космат острица, смърч-оксалис, голяма папрат в прозорците на дървесния слой, дъб-острица, дъб-трепетлика-дробница, бреза-смърч- мъртва покривка, трепетлика-сняг и др.

Всеки парцел създава свой собствен фитоклимат.През пролетта снегът лежи по-дълго в сенчести смърчови петна, отколкото в райони под широколистни дървета или в прозорци. Следователно активният живот през пролетта в парцелите започва по различно време и обработката на детрита също се извършва с различна скорост. Границите между парцелите могат да бъдат относително ясни или замъглени. Връзката възниква както в резултат на кондициониране на условията на околната среда (топлообмен, промени в осветлението, преразпределение на валежите и др.), така и в резултат на обмен на вещества и енергия. Има разпръскване на растителни отпадъци, пренасяне на прашец, спори, семена и плодове от въздушни течения и животни, движение на животни, повърхностен отток на валежи и стопена вода, движещи се минерални и органични вещества. Всичко това поддържа биогеоценозата като единна, вътрешно хетерогенна екосистема.

Ролята на различните парцели в структурата и функционирането на биогеоценозите не е еднаква; най-големите парцели, заемащи големи пространства и обеми, се наричат главните.Малко са те. Те определят облика и структурата на биогеоценозата. Парцелите, заемащи малки площи, се наричат допълващи се.Броят им винаги е по-голям. Някои колети са по-стабилни, други са обект на значителни и бързи промени. Тъй като растенията растат и стареят, парцелите могат значително да променят своя състав и структура, ритмите на сезонно развитие и да участват в цикъла на веществата по различни начини.

Ориз. 145.Прозорец на подновяване на основните видове в горската биогеоценоза (по О. В. Смирнова, 1998)

Мозаичният характер на горските биогеоценози и появата на нови парцели често се свързват с образуването на прозорци в горите, т.е. нарушаване на дървесния слой поради падане на стари дървета, огнища на масови вредители - насекоми, гъбични инфекции и др. дейността на едрите копитни животни. Създаването на такава мозайка е абсолютно необходимо за устойчивото съществуване на гората и възобновяването на доминиращите дървесни видове, чийто растеж често не може да се развие под майчините корони, тъй като изисква различни условия на осветление и минерално хранене. Прозорци за възобновяванеза различните породи трябва да има достатъчна пространствена степен (фиг. 145). В източноевропейските широколистни гори нито един вид не може да започне плододаване в прозорци, сравними само с проекциите на короните на едно или две възрастни дървета. Дори най-сенкоустойчивите от тях - букове, кленове - изискват осветени парцели от 400-600 м2, а пълното развитие на светлолюбивите видове - дъб, ясен, трепетлика може да бъде завършено само в големи прозорци от поне 1500-2000 м2. м2.

Въз основа на подробно проучване на структурата и функционирането на биогеоценозите наскоро се разви екологията концепция за мозаично-циклична организация на екосистемите. От тази гледна точка устойчивото съществуване на много видове в една екосистема се постига благодарение на естествените нарушения на местообитанията, които постоянно се случват в нея, което позволява на нови поколения да заемат новоосвободеното пространство.

Биогеоценологията разглежда земната повърхност като мрежа от съседни биогеоценози, свързани помежду си чрез миграцията на веществата, но въпреки това, макар и в различна степен, автономни и специфични в своите цикли. Специфичните свойства на района, зает от биогеоценоза, му придават оригиналност, отличавайки го от други от оригиналния тип.

И двете понятия - екосистеми и биогеоценози - се допълват и обогатяват взаимно, позволявайки ни да разгледаме функционалните връзки на общностите и заобикалящата ги неорганична среда в различни аспекти и от различни гледни точки.