Учебно-методический комплекс дисциплины «Экология популяций и сообществ» (стр. 6 )

Внезапное увеличение численности происходит при временном повышении емкости среды для данной популяции и может быть связано с улучшением климатических условий (факторов) и пита­ния или резким уменьшением численности хищников (включая охотников). После превышения новой, более высокой емкости сре­ды в популяции возрастает смертность и ее размеры резко сокраща­ются.

Лекция 4.  Экосистемы и их компоненты

Краткое содержание. Популяции разных видов в природных условиях объединяются в системы более высокого ранга — сообщества и биоценозы.

Любой биоценоз занимает определенный участок абиотической среды. Биотоп — пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов. Размеры биоценотических группировок организмов чрезвычай­но разнообразны — от сообществ на стволе дерева или на болотной моховой кочке до биоценоза ковыльной степи. Биоценоз не просто сумма образующих его видов, но и совокупность взаимодействий между ними. В пределах биоценоза различают фитоценоз, зооценоз и микробиоценоз.

Биоценоз формируют межвидовые связи, обеспечивающие структуру биоценоза — численность особей, распределение их в пространстве, видовой состав и тому подобное, а также структуру пищевой сети, продуктивность и биомассу. Для оценки роли от­дельного вида в видовой структуре биоценоза используют обилие вида — показатель, равный числу особей на единицу площади или объема занимаемого пространства.

Провести четкую грань между биоценозом, всегда занимающим какой-то определенный биотоп, и экоси­стемой, представляющей собой единство биоценоза и биотопа, до­статочно сложно.

Экосистема — совокупность популя­ций различных видов растений, животных и микробов, взаимодей­ствующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время. Одним из фундаментальных правил, которым подчи­няются все экологические системы, является принцип Ле-Шателье - Брауна. При изучении экосистем анализируют прежде всего поток энер­гии и круговорот веществ между соответствующими биотопом и биоценозом. Биогеоценоз - это совокупность одно­родных природных элементов на определенном участке поверхности Земли. Контур биогеоценоза устанавливается по границе раститель­ного сообщества. Понятие «экосистема» шире и полностью охватывает понятие «биогеоценоз» или «биогеоценоз» — частный случай «экосисте­мы». Самая крупная природная экосистема на Земле — биосфера.

Биамы — наиболее крупные наземные экосистемы, соответ­ствующие основным климатическим зонам Земли; водные экосистемы — основные экосистемы, существующие в водной сфере. Четкие границы между экосистемами встре­чаются редко, обычно между ними находится переходная зона со своими особенностями.

Структура экосистем. Любую экосистему прежде всего можно разделить на совокуп­ность организмов и совокупность неживых (абиотических) факто­ров окружающей природной среды.

В свою очередь экотоп состо­ит из климата во всем его многообразии и геологической среды, называемой эдафотопом. Структура живой части биогеоценоза определяется трофоэнергетическими связями и отношениями, в соответствии с которыми вы­деляют три главных функциональных компонента:

комплекс автотрофных организмов-продуцентов, обеспечи­вающих органическим веществом и, следовательно, энергией остальные организмы (фитоценоз (зеленые растения), а также фото - и хемосинтезирующие бактерии); комплекс гетеротрофных организмов - консументов, живущих за счет питательных веществ, созданных продуцентами (зоо­ценоз (животные) и бесхлорофилльные растения); комплекс организмов - редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мертвым орга­ническим веществом).

Пространственная структура биоценозов. Пространственная структура наземного биоценоза определяется закономерностью распределения надземных и подземных органов растительности по ярусам (расчленением растительных сообществ по высоте). Ярусное строение растительности (фитоценоза) позво­ляет максимально использовать лучистую энергию Солнца и зави­сит от теневыносливости растений. Ярусность хорошо выражена в лесах умеренного пояса. Например, в широколиственном лесу вы­деляют пять-шесть ярусов: деревья первой, второй величины, под­лесок, кустарник, высокие травы, низкие (приземные) травы. Су­ществуют межъярусные растения — лишайники на стволах и ветках, лианы и др. Ярусность существует и в травянистых сообществах лу­гов, степей, саванн.

Ярусное строение подземных органов определяется разной глу­биной проникновения корневых систем. В каждом ярусе раститель­ности обитают характерные животные из состава биоценоза. Также существует разделение птиц на экологические группы по месту их пи­тания (воздух, листва, ствол, почва). Несмотря на то что каждый вид стремится обзавестись собствен­ной нишей, некоторая межвидовая конкуренция за доступные ре­сурсы между ними неизбежна.

Ярусное строение наземных биоценозов тесно связано с их функциональной активностью. Так, пастбищные пищевые цепи преобладают в надземной части биоценозов, а детритные — в под­земной.

В водных экосистемах крупномасштабная вертикальная структу­ра задается в первую очередь абиотическими условиями. Определя­ющими факторами являются градиенты освещенности, температу­ры, концентрации биогенов и т. п. На значительных глубинах уси­ливается влияние гидростатического давления. В донных биоценозах важны состав грунтов, гидродинамика придонных течений. Осо­бенности вертикальной структуры выражаются в видовом составе, смене доминирующих видов, показателях биомассы и продуктивно­сти.

Пространственная структура биоценозов по горизонтали прояв­ляется в их мозаичности и реализуется в виде неравномерного рас­пределения популяций по площади из-за неоднородности почвенно-грунтовых условий, микроклимата, рельефа и т. п. Основой горизонтальной структуры могут служить особи одного вида, обла­дающего средообразующими свойствами, например сосна со всеми связанными с ней микроорганизмами, грибами, лишайниками, на­секомыми, птицами и т. д.

Лекция 5.  Трофическая структура биоценозов

Краткое содержание. Экологические категории организмов. Важнейший вид взаимоотношений между организмами в биоце­нозе, фактически формирующими его структуру, — это пищевые связи хищника и жертвы: одни — поедающие, другие — поедаемые. При этом все организмы, живые и мертвые, являются пищей для других организмов.

Продуценты - организмы, способные синтезировать органи­ческие вещества из неорганических с использованием внешних ис­точников энергии. Так как продуценты сами производят органиче­ское вещество, их называют автотрофами — самопитающимися, в отличие от всех остальных организмов, которые называют гетеротрофами — питаемыми другими.

В соответствии с источниками энергии, используемыми для син­теза органического вещества, автотрофы подразделяются на фототрофов и хемотрофов.

Консументы - организмы, не способные строить свои организмы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище. Это органическое ве­щество создается автотрофами. Пища используется консументами и как источник энергии, и как материал для построения их тела.

Среди консументов выделяют растительноядных животных (консументы первого порядка), мелких и крупных хищни­ков (консументов второго, третьего порядка и др.). Роль консументов - животных в сообществах определяется их подвижностью и относи­тельно быстрой адаптацией, что способствует распространению жизни на планете. Кроме того, животные активно регулируют био­массу и рост растений. Консументы также подразделяют на сапрофаги, фитофаги, зоофаги, некрофаги, детритофаги.

Редуценты - организмы, ис­пользующие в качестве пищи органическое вещество и подверга­ющие его минерализации. Поэтому данная категория организмов также называется деструкторами, ибо они окончательно разру­шают органические вещества до относительно простых неорганиче­ских соединений, используемых консументами в качестве пищи. Тем самым осуществляется возврат вещества в начало природной цепи питания.

К редуцентам относятся многие виды бактерий и грибов, разла­гающих в процессе метаболизма мертвое органическое вещество до минеральных составляющих. Именно редуценты завершают биологические циклы вещества в биосфере, возвращая в почву, воду и воздух биогены, ко­торые вновь могут быть использованы растениями. Таким образом, поддерживается непрерывное течение жизни при ограниченном коли­честве, но многократном использовании биогенных элементов.

Пищевая цепь — это последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Она представляет со­бой путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной при фотосинтезе малой части высокоэффек­тивной солнечной энергии, поступившей на Землю. В конечном итоге эта цепь возвращается в окружающую природную среду в виде низкоэффективной тепловой энергии. По ней также движутся пи­тательные вещества от продуцентов к консументам и далее к реду­центам, а затем обратно к продуцентам. 

Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего — вторич­ными консументами и т. д. Обычно бывают четыре или пять трофи­ческих уровней и редко более шести. Существуют два главных типа пищевых цепей — пастбищные (или «выедания») и детритные (или «разложения»).

Экологические пирамиды. Пирамида численности. Для построения пирамиды численно­сти подсчитывают число организмов на некоторой территории, группируя их по трофическим уровням:

продуценты — зеленые растения;

первичные консументы — травоядные животные;

вторичные консументы — плотоядные животные;