Биоценоз

Биоценоз, или биотическое сообщество — это надорганизменная система, состоящая из растительности, животных и микроорганизмов. Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный — зооценозом, микробный — микробиоценозом. Взаимодействуя в непрерывном единстве, биоценоз и биотоп образуют биогеоценоз, или экосистему, представляющую собой более высокий уровень организации, чем популяция, являющаяся составной частью биоценоза. К экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба — от пруда до Мирового океана или от пня в лесу до крупного лесного массива. Поэтому выделяются следующие уровни экосистем: микроэкосистемы (подушка лишайника), мезоэко-системы (пруд, озеро, степь), макроэкосистемы (континент, океан), биосфера или глобальная экосистема.

Природные экосистемы являются открытыми: они должны получать извне и отдавать наружу вещества и энергию. Например, биосфера Земли часть веществ отдает в Космос, но при этом и получает вещества из Космоса. Однако запасы усваиваемых организмами веществ небезграничны, поэтому эти вещества используются организмами многократно в результате вовлечения их в круговорот. При отсутствии вечного круговорота веществ и энергии жизнь на Земле была бы невозможна. Сложные биологические взаимодействия в экосистемах осуществляются на основе следующих основных компонентов:

  1. неорганические вещества, участвующие в круговоротах;
  2. органические соединения, связывающие биотическую и абиотическую части;
  3. абиотическая среда — воздушная, водная, почвенная и др.;
  4. продуценты—автотрофные организмы, в основном зеленые растения;
  5. консументы—гетеротрофы, в основном животные;
  6. редуценты или сапротрофы (питающиеся гнилью), в основном бактерии и грибы.

Фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы создают продукцию— органические вещества в количестве 100 млрд. тонн в год. Примерно столько же веществ должно превратиться в С02 и Н20 в результате дыхания растений. Дыхание — это гетеротрофный процесс окисления накопленного при фотосинтезе органического вещества. Без процессов дыхания и разложения, как и без фотосинтеза, жизнь на Земле была бы невозможна. Различают аэробное дыхание, когда газообразный кислород присоединяет водород; анаэробное дыхание, когда окислителем служат неорганические вещества; и брожение, когда окислителем является органическое вещество. Продуктивность экосистемы — это скорость усвоения продуцентами солнечного света в процессе фотосинтеза и образования органического вещества, которое может быть использовано затем в качестве пищи. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост в единицу времени массы консументов — вторичной продукцией. Все живые компоненты экосистемы составляют общую массу сообщества в целом. Если скорость изъятия первичной продукции консументами отстает от скорости прироста растений, то происходит прирост биомассы продуцентов и возникает избыток мертвого органического вещества, что приводит к заторфовыванию болот, зарастанию мелких водоемов и т. д.

Трофическая структура экосистемы может быть выражена в виде экологической пирамиды, основанием которой служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Различают следующие виды пирамид:

  1. пирамида чисел (Элтона), отражающая численность организмов на каждом уровне
  2. пирамида биомассы, отражающая массу живого вещества;
  3. пирамида продукции (энергии), показывающая изменение первичной продукции (энергии) на каждом трофическом уровне.

Пирамида чисел отражает закономерность того, что количество особей неуклонно уменьшается от продуцентов к консументам. Правило пирамиды биомасс гласит, что суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает биомассу хищников. Правило пирамиды продукции показывает, что на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.

Гомеостаз — способность экосистем и их составляющих противостоять изменениям и сохранять равновесие. Экосистема — это саморегулирующаяся система с множеством управляющих механизмов на основе положительных и отрицательных связей. Например, в системе «хищник—жертва» положительная обратная связь усиливает отклонение, или чрезмерно увеличивает популяцию жертвы, а отрицательная связь уменьшает отклонение, ограничивая рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции хищника.