Примерное время на чтение статьи: 37 минуты

ПОПУЛЯЦИЯ. СООБЩЕСТВА. ЭКОСИСТЕМЫ.

ВИД И ЕГО ПРИЗНАКИ.

Вид – это совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область – ареал.

Виды, обладающие широким ареалом, называются космополитами (мышь полевая, пырей, крыса, воробей). Вида, обладающие узким ареалом, называются эндемиками (муха це-це, кенгуру, утконос, сахарный тростник).

Характерные для вида признаки и свойства называют критериями вида. Различают несколько критериев вида: морфологический, физиологический, биохимический, генетический, географи-ческий, экологический. Все перечисленные критерии не являются абсолютными и достаточными. Разработаны и другие критерии вида, позволяющие точнее определить место вида в системе органического мира (ДНК-критерий, репродуктивная изоляция и др.). Установление видовой принадлежности производится по совокупности признаков.

ПОПУЛЯЦИЯ: основные характеристики.

Популяцией называют совокупность особей одного вида, живущих на одной территории длительное время и свободно скрещивающихся между собой. Популяция – это наименьшая экологи-ческая единица вида, элементарная единица эволюции. Эволюционный процесс возможен лишь в группировках особей. Изоляция (географическая, репродуктивная, генетическая, экологи-ческая) способствует этому процессу.

Популяция характеризуется такими показателями, как численность, плотность, рождаемость, смертность, естественный прирост, половая структура, возрастная структура, распределение в пространстве, миграционные процессы, динамика численности и др.

Под численностью популяции понимают общее число особей в пределах их естественных мест обитания. Под плотностью популяции понимают число особей, приходящихся на единицу площади или объема.  Рождаемость– это увеличение числа особей в популяции за счет размножения на некоторой территории за определенный период.  Смертностью называют интенсивность процесса гибели особей в популяции.  Естественный прирост популяции – разность между числом родившихся и числом умерших.

Половая структура – соотношение численности самцов и самок. Особи разного пола имеют различную экологическую значимость, поэтому их вклад в жизнеспособность популяции будет различной. Существенное изменение соотношения полов в ту или иную сторону имеет большое экологическое значение. Например, увеличение числа самок может привести к быстрому росту популяции, а увеличение числа самцов – увеличить внутривидовую конкуренцию.

Возрастная структура – соотношение численности особей различного возраста. При характеристике популяций выделяют, как правило, три возрастных группировки: с момента рождения до половой зрелости; с начала половой активности и до ее окончания; со времени прекращения размножения до смерти. Для сравнения возрастного состава популяций используют возра-стные пирамиды. В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи; в популяциях, находящихся в стабильном состоянии, возрастное распределение относитель-но равномерно; в отмирающих популяциях молодые особи составляют меньшую долю от общей численности популяции.

Пространственная структура – закономерность распределения в пределах ареала: определяется разнородностью ресурсов среды. Распределение особей может быть равномерным, моза-ичным, случайным. Особи в популяции распределены по местам обитания так, чтобы иметь преимущества в обеспечении пищей, убежищем, могли защитить себя от хищников или найти жертву.

Когда плотность популяции в определенных частях ареала падает ниже определенного уровня, особи испытывают трудности в поиске партнеров, и рождаемость может упасть. При высокой плотности популяции, резко уменьшается количество и снижается качество пищи, ухудшается здоровье особей. При перенаселенности у некоторых видов наблюдаются стрессовые реакции, при этом рождаемость падает даже при избытке пищи. Особи многих видов животных избегают или уменьшают перенаселенность, покидая территорию обитания и мигрируя в другие части ареала с более благоприятными экологическими условиями.

СООБЩЕСТВО.

Популяции разных видов в природных условиях объединяются в системы более высокого ранга – сообщества (биоценоз).

Сообщество – совокупность популяций живых организмов, объединенных различными видами взаимодействий. Однородный участок абиотической среды, занятый биоценозом, называют: биотопом. Размеры биоценотических группировок организмов чрезвычайно разнообразны – от сообществ на стволе дерева или на болотной моховой кочке до биоценоза ковыльной степи.

В пределах биоценоза различают фитоценоз – устойчивое сообщество растительных организмов, зооценоз – совокупность взаимосвязанных видов животных и микробиоценоз – сообщество микроорганизмов:

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.

Видовая структура – это количество видов, образующих биоценоз, и соотношение их численностей. Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используют  обилие  вида – показатель, равный числу особей на единицу площади или объема занимаемого пространства. Виды, преобладающие по численности, массе и развитию, называют доминантными. Эдификаторы – виды, которые своей жизнедеятельностью в наибольшей степени формируют среду обитания, предопределяя существование других организмов.

Видовой состав и насыщенность биоценоза зависят от условий среды. На Земле существуют как резко обедненные сообщества полярных пустынь, так и богатейшие сообщества тропических лесов, коралловых рифов и т. п. Самыми богатыми по видовому разнообразию являются биоценозы влажных тропических лесов, в которых одних растений фитоценоза насчитываются сотни видов. 

Видовое разнообразие – количество видов и их обилие в сообществе.

БИОЦЕНОЗ.

Биогеоценоз – это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических усло-вий) на определенном участке поверхности Земли. Термин в 1940 г. предложил русский ботаник, географ, лесовед Владимир Николаевич Сукачев. Границы биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).Размеры биоценотических группировок организмов чрезвычайно разнообразны – от сообществ на стволе дерева или на болотной моховой кочке до биоценоза ковыльной степи.

Важнейший вид взаимоотношений между организмами в биоценозе, формирующие его структуру – это пищевые (трофические) связи типа хищника–жертва. Трофические отношения создают структурную основу, помогающую понять поток энергии через экосистему.

Владимир Николаевич Сукачев -геоботаник, лесовод и эколог академик, предложивший свою трактовку структурной организации биосферы. В.Н. Сукачев посвятил свою жизнь разработке общих вопросов фитоценологии — науки о растительных сообществах (фитоценозах). В своих работах он придавал большое значение изучению межвидовых и внутривидовых взаимоотно-шений растений в растительных сообществах. По В.Н.Сукачеву, биогеоценоз — это элементарная ячейка насыщенных организмами слоев биосферы, маркируемая фитоценозом — раститель-ным сообществом. Это эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система живых организмов и абиотической среды, в которой происходит постоянный обмен веществом и энергией. Сущность биогеоценоза В.Н.Сукачев видел в процессе взаимного обмена веществом и энергией между составляющими его компонентами, между ними и окружающей внешней средой, а также между самими биогеоценозами. Исходным понятием при определении биогеоценоза был геоботанический термин «фитоценоз» — растительное сообщество, группировка растений с однородным характером взаимоотношений между ними самими и между ними и средой. Растения (автотрофные организмы) развиваются на вполне конкретном субстрате — почве, представляющем собой органико-минеральное естественноисторическое природное образование, которое населено микроорганизма-ми. Еще одним природным компонентом, с которым непосредственно контактируют растения, является атмосфера. Любой фитоценоз всегда населен разнообразными животными (гетеро-трофными организмами).

Объединяя все указанные составляющие в одно целое получаем структуру биогеоценоза. Она включает пять основных функционально связанных частей. Это фитоценоз — растительное сообщество (автотрофные организмы, продуценты); зооценоз — животное население (гетеротрофы, консументы) и микробоценоз — различные микроорганизмы, представленные бактериями, грибами, простейшими (редуценты). Эту живую часть биогеоценоза В.Н.Сукачев относил к биоценозу. Неживую, абиотическую часть биогеоценоза слагают совокупность климатических факторов данной территории — климатоп и биокосное образование — эдафотоп (почва). В последнее время в структуру абиотической среды биогеоценоза включают также и гидрологические факторы — гидротоп (Рис. ). Такая совокупность абиотических компонентов биогеоценоза носит название биотоп.

Все взаимодействия компонентов биогеоценоза связаны между собой совокупностью пищевых цепей и взаимообусловлены. Каждый компонент в природе неотделим от другого. Главным созидателем живого вещества в пределах биогеоценоза является фитоценоз — зеленые растения. Используя солнечную энергию, зеленые растения создают огромную массу органического вещества. Состав и масса такого вещества зависят главным образом от особенностей атмосферы и почвенных условий, которые определяются, с одной стороны, географическим положением (зональность, отражающаяся существованием определенных типов биомов), а с другой — рельефом местности и расположением фитоценоза. От состава и характеристики растительности зависит существование комплекса гетеротрофов. В свою очередь биоценоз в целом определяет состав и количество органического вещества, попадающего в почву (степные богатые черно-земы, слабогумусированная почва бореальных лесов и крайне бедные почвы влажного тропического леса). Животные в процессе своей жизнедеятельности также оказывают разнообразное влияние на растительность. Исключительно важны взаимодействия между микроорганизмами и растительностью, микроорганизмами и позвоночными и беспозвоночными животными.

В.Н.Сукачев под биогеоценозом понимал сообщество животных и растений вместе с отвечающими ему условиями почвы и атмосферы. Сукачев в своей статье «Основы теории биогеоценоло-гии», написанной в 1947 г., определяет биогеоценоз как участок земной поверхности с однородными природными явлениями (атмосфера, горная порода, растительность, животный мир, микроорганизмы, почва, гидрологические условия), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Предложенная структурная единица биосферы сходна с тем, что Тенсли понимал под экосистемой. Действительно, оба эти понятия тождественны. В основе обеих формулировок лежит прин-цип единства живых и неживых компонентов биологических систем. Для экологов, предпочитающих термин «экосистема», более привлекательным является такой ее признак, как относитель-ность границ. При таком подходе возможно выделение микро-, макро- и мезоэкосистем. В этом случае под определение биогеоценоза может подходить только последний экосистемный уровень, например конкретный тип леса.

Биогеоценоз и экосистема – понятия сходные, но не одинаковые. Биогеоценоз следует рассматривать как иерархически элементарную комплексную, т.е. состоящую из биотопа и биоценоза, экосистему. Важно понять, что каждый биогеоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема соответствует биогеоценозу, хотя в основе обеих формулировок лежит принцип единства живых и неживых компонентов биологических систем.

Биогеоценоз выделяется только на суше. На море, в океане, и вообще в водной среде биогеоценозы не выделяются. Биогеоценоз имеет конкретные границы. Они определяются границами растительного сообщества – фитоценоза. Биогеоценоз существует только в рамках фитоценоза. Там, где нет фитоценоза, нет и биогеоценоза. Понятия экосистема и биогеоценоз совершенно тождественны (одинаковы) только для таких природных образований, как лес, луг, болото, поле. Лесной биогеоценоз = лесная экосистема; луговой биогеоценоз = луговая экосистема и т.п. Для природных образований, меньших или больших по объему, нежели фитоценоз, либо там, где фитоценоз выделить нельзя, применяется только понятие экосистема. Например, кочка на болоте – экосистема, но не биогеоценоз. Текущий ручей – экосистема, но не биогеоценоз. Точно также только экосистемами являются море, тундра, влажный тропический лес и т.п. В тундре, в лесу можно выделить не один фитоценоз, а множество. Это совокупность фитоценозов, представляющих более крупное образование, нежели биогеоценоз.

Помимо пяти основных крупных слагающих компонентов биогеоценоза, которые составляют его функциональную структуру в его пределах можно вычленить более мелкие морфологические структурно-функциональные элементы. Одним из таких элементов является консорция (от лат.consortium — соучастие, сообщество). Консорция является основной ячейкой трансформации энергии в биогеоценозе. Обычно консорция включает отдельную особь или популяцию автотрофного растения и популяции видов, связанные с ней трофически (пищевыми взаимосвязями).

Консорция – это совокупность разнородных организмов, жизнедеятельность которых в пределах биогеоценоза связана на основе пищевых (трофических) и пространственных (топических) связей с центральным видом (консоргентом) – автотрофным организмом (зеленое растение).

ЭКОСИСТЕМА.

Экосистема – это комплекс живых организмов и среды их обитания, в котором живые и неживые компоненты объединены обменом веществ и потоком энергии. Термин «экосистема» ввел английский фитоценолог А. Тенсли в 1935 г.

По происхождению все экосистемы делят на естественные и искусственные. По размерам экосистемы делятся на микро-, мезо- и макроэкосистемы. К микроэкосистеме могут относиться: ствол гниющего дерева, лужа, гнездо птицы, нора животного. К мезоэкосистеме относятся: луг, озеро, коралловый риф, лес, болото. К макроэкосистеме относятся: океан, пустыня, континент, остров, тундра, море.

Широко используется классификация экосистем по биомам, основанная на типе растительности и физических чертах ландшафта. В соответствии с данной классификацией все экосистемы относятся к трем группам: наземные, пресноводные и морские. Наземные: тундра, тайга, листопадный лес умеренной зоны, степь, саванна, чапарраль, пустыня, полувечнозеленый тропический лес, вечнозеленый тропический дождевой лес. Типы пресноводных экосистем: лентические (стоячие воды), лотические (текучие воды), заболоченные угодья. Типы морских экосистем: открытый океан, континентальный шельф, районы апвеллинга, эстуарии.

По количеству и качеству поступающей энергии выделяют экосистемы: природные: движимые Солнцем, несубсидируемые; природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками; искусственные, движимые Солнцем и субсидируемые человеком; искусственные, индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным).

Структурные компоненты экосистемы:

Абиотический компонент: климатоп; эдафотоп.

Биотический компонент: фитоценоз; зооценоз; микробиоценоз.

Экосистема – это природная открытая по энергии, закрытая по биомассе система. Обязательными условиями функционирования экосистемы являются: круговорот веществ– непрерывное превращение и перемещение веществ во времени и пространстве; поток энергии – это переход энергии в виде пищи по цепям питания с одного трофического уровня на другой более высокий. Существование постоянного потока энергии поддерживается за счет практически неисчерпаемой и чистой солнечной энергии; запас биогенных элементов; наличие продуцентов, консументов, редуцентов.

Пищевые цепи.

Пищевая цепь – это последовательность переноса энергии в виде пищи от одного организма к другому. Она представляет собой путь движущегося через живые организмы однонаправлен-ного потока поглощенной при фотосинтезе солнечной энергии. В конечном итоге эта энергия возвращается в окружающую природную среду в виде тепловой энергии.

Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Количество трофических уровней варьирует от 3 до 6. Трофические уровни формируют организмы, обязательно принадле-жащие к трем группам: продуцентам, консументам, редуцентам.

Первый трофический уровень занимают продуценты – организмы способные производить органические вещества из неорганических (автотрофных зеленых растений, фото- и хемосин-тезирующие бактерии).

Консументы – это организмы, потребляющие готовые органические вещества, но не доводящие их разложение до неорганических. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Консументы второго, третьего и более высоких порядков могут быть хищниками (охотиться, схватывая и убивая жертву), могут питаться падалью или быть паразитами. В последнем случае они по величине меньше своих хозяев, в результате чего пищевые цепи паразитов необычны по ряду параметров. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные становятся крупнее на каждом трофическом уровне.

Организмы, окончательно разрушающие органические вещества до неорганических – это редуценты (бактерии, грибы).

По сходству начальных этапов пищевые цепи подразделяют на: пастбищные (выедания), детритные (разложения). Пищевая цепь, в которой поток энергии идет от растений через расти-тельноядных животных, называется пастбищной. Пищевая цепь, по которой поток энергии берет начало от мертвого органического вещества и проходит через систему разлагателей, называется детритной. Совокупность пищевых цепей в экосистеме называют пищевой сетью.

Экологические пирамиды.

Для характеристики взаимоотношений между организмами различных видов в экосистеме принято использовать экологические пирамиды: численности, биомасс и энергии. Если представить каждый трофический уровень в виде блока, величина которого соответствует продуктивности данного уровня, а затем поставить эти блоки друг на друга, начиная с первичных продуцентов, то получится пирамида, графически отображающая трофическую структуру изучаемой экосистемы.

Соотношение численности организмов, занимающих разное положение в пищевой цепи, называют пирамидой численности. Согласно правилу пирамиды численности общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается. Для построения пирамиды численности подсчитывают число организмов на некоторой территории, группируя их по трофическим уровням. Пирамида численностей крайне неустойчива.

Экологическую пирамиду биомасс показывает количество живого вещества (биомассу – суммарную массу организмов) на каждом трофическом уровне. В этом случае размер прямоугольников пропорционален массе живого вещества соответствующего уровня, отнесенной к единице площади или объема. Согласно правилу пирамиды биомасс биомасса растений больше, чем биомасса всех растительноядных животных, биомасса растительноядных животных превышает биомассу всех хищников.

При отборе образцов определяют биомассу на корню или урожай на корню (т. е. в данный момент времени), которая не содержит информации о скорости образования или потребления биомассы. Одним из следствий данной методики расчета являются «перевернутые пирамиды». К примеру, зоопланктон чаще всего обладает большей биомассой, чем фитопланктон, однако скорость размножения зеленых водорослей настолько велика, что в течение суток они восстанавливают всю съеденную зоопланктоном биомассу.

Наиболее объективным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и функциональной организации биоценозов является пирамида энергий, в которой размер прямоугольников пропорционален энергетическому эквиваленту в единицу времени, т. е. количеству энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за принятый период.

Р. Линдеман (1942) сформулировал закон пирамиды энергий, или правило 10%: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень, в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды.

Продукция экосистем.

Способность живых организмов к созданию новой биомассы называется продуктивностью. Скорость образования биомассы за единицу времени на единице площади называется продук-цией. Биологическую продукцию выражают в джоулях на 1 м² за одни сутки, калориях на 1 м² за одни сутки, килограммах на 1 га за один год.

Органическая масса, создаваемая растением за единицу времени называется первичная продукция. Валовой первичной продукцией называют общее количество вещества и энергии, произ-водимых автотрофами экосистемы. Чистая первичная продукция–скорость накопления органического вещества в растительных тканях после вычета расходов на дыхание. Консументы могут использовать только чистую первичную продукцию.

Вторичная продукция в экосистемах образуется консументами. Вторичная продукция сообщества всегда меньше первичной продукции. Согласно правилу пирамиды биологической продук-ции на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы создаваемой за единицу времени больше, чем на последующем.

Количество энергии, поступающей за год в определенную местность, зависит от широты этой местности и от облачного покрова, т.е. от факторов способствующих фотосинтезу. Средняя продуктивность наземных площадей соответствует ассимиляции примерно 0,3% световой энергии, достигающей поверхности Земли.

Выявлены четыре группы районов, отличающиеся первичной продуктивностью экосистем: 1) открытые моря и пустыни (продуктивность обычно менее 500-1000 ккал/м² в год; 2) травянистые полуаридные формации, некоторые агроценозы, глубокие озера, высокогорные леса, морская литораль (500-3000 ккал/м² в год; 3) влажные леса, неглубокие озера, пастбищные угодья и большинство агроценозов (300-10000 ккал/м² в год); 4) некоторые эстуарии, коралловые рифы (более 10000 ккал/м² в год).

Качество пищи и распределение энергии для выполнения различных функций организмов определяет характер потока энергии через сообщество. Наиболее сильные различия в этом отно-шении существуют между водными и наземными экосистемами. Наивысшего уровня продуктивность достигает в тех местах, где в изобилии есть свет, тепло, вода и минеральные питатель-ные вещества.

Первыми по значимости факторами, ограничивающими продуктивность наземных систем, обычно выступают влажность и температура, вторыми – минеральные элементы. Обеспеченность влагой для погашения таких потерь – основной детерминант продуктивности суши. Существует почти линейная зависимость между количеством осадков и чистой первичной продукцией, возрастающей с увеличением среднегодовой суммы осадков. В экосистемах умеренных и арктических областей низкие зимние температуры и длинные ночи сокращают продуктивность. Экосистемы болот и маршей находятся на грани между наземными и водными местообитаниями, а по продуктивности растений соответствуют тропическим лесам. Растения, обитающие на маршах, высокопродуктивны, так как их корни постоянно находятся под водой, а листья – на свету и в воздухе. Кроме того, они в изобилии снабжаются питательными веществами, потому что смываемый в марши детрит быстро разлагается бактериями.

В водных экосистемах энергия быстро и весьма эффективно переносится от одного трофического уровня к другому, что создает возможность для образования длинных пищевых цепей. Главный фактор ограничивающий продуктивность водных экосистем – небольшое количество минеральных питательных веществ. Это ограничивает продуктивность практически на один порядок по сравнению с продуктивностью лесов умеренной зоны. Фосфор один из наиболее дефицитных элементов минерального питания в водах открытого океана.

В зонах апвеллинга (где питательные вещества выносятся на поверхность из глубины моря вертикальными течениями) и континентального шельфа (где происходит активный обмен между донными осадками и поверхностными водами) продукция выше, в среднем составляя соответственно 500 и 360 г/м² в год. Продукция мелководных эстуариев, коралловых рифов и прибреж-ных зарослей водорослей приближается к продукции соседних наземных местообитаний. Экосистемы пресных вод имеют достаточно широкий диапазон продукции. Наивысшая продуктив-ность отмечается на границе суши и воды: в определенных сырых или водных сообществах суши и в некоторых прибрежных и мелководных сообществах водных экосистем.

Гомеостаз экосистем.

Устойчивость и сбалансированность процессов, протекающих в экосистемах, позволяет констатировать, что им в целом свойственно состояние гомеостаза, подобно входящим в их состав популяциям и каждому живому организму. Нестабильность среды обитания в экосистемах компенсируется биоценотическими адаптивными механизмами.

Основной причиной неустойчивости экосистем является: несбалансированность круговорота веществ. Выпадение из состава биоценоза основных массовых видов приводит к: разрушению биоценоза, смене биоценоза.

Правило экологического дублирования: исчезающий или уничтожаемый вид живого в рамках одного уровня экологической пирамиды заменяет другой функционально-биоценотически аналогичный. Наиболее устойчивыми являются экосистемы, в которых большое видовое разнообразие; наличие неспециализированных видов; относительная изоляция от соседних экосистем; большая биомасса; большое количество цепей питания.

Динамика экосистем.

Параметры экосистемы испытывают циклические изменения: суточные и сезонные, флуктуации. Флуктуации – кратковременные обратимые смены экосистем с циклом менее 10 лет. Характерно, что при такой динамике сохраняются принципиальные свойства экосистемы, в том числе целостность и функциональная устойчивость.

При сукцессиях функциональные свойства экосистем изменяются в определенном направлении. Сукцессией называется последовательная во времени направленная смена одних сообществ другими на определенном участке среды.

Причиной начала сукцессии являются изменения фундаментальных свойств среды обитания: извержения вулканов, пожары, расчистка лесных угодий, распашка участков степи, открытая добыча полезных ископаемых, создание прудов и водохранилищ.

Сукцессионный ряд – цепь сменяющих друг друга биоценозов. Процессы сукцессии занимают определенные промежутки времени. Чаще всего это – годы и десятки лет, но встречаются и очень быстрые смены сообществ, например, во временных водоемах, и очень медленные – вековые изменения экосистем, связанные с эволюцией на Земле.

В сукцессионном ряду выделяют незрелые (промежуточные) и зрелое сообщества. Незрелые сообщества характеризуются: неустойчивостью; ограниченным числом видов; простыми цепями питания; избытком растительной продукции. Зрелые сообщества характеризуются: устойчивостью; видовым разнообразием; сложными цепями питания; нарастанием общей биомассы и продукции. Зрелые сообщества наиболее адаптированы по отношению к комплексу сложившихся климатических условий данной местности.

По общему характеру сукцессии делят на первичные и вторичные. Первичная сукцессия начинается на горной породе, лишенной почвы; поверхности, где прежде не было автотрофов (обрастание голой скалы лишайниками, поселение злаков на горных дюнах). Вторичные сукцессии развиваются на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов, существовавших на данном месте ранее – до пожара, наводнения, вырубки и т. п. (превращение озера в болото, превращение болота в мокрый луг, смена луга лесом, смена березового леса дубовым, развитие леса на заброшенном поле).

АНТРОПОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ.

Агроэкосистемы.

Агроэкосистема (сельскохозяйственная экосистема, агроценоз, агробиоценоз) — биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сель-скохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования. Характерная особенность агроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного или нескольких видов (или сортов культивируемых растений) или животных. К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими пастбищами и т.д.

Агроэкосистемы, как и природные экосистемы характеризуются набором составляющих их видов (т.е. обладают определенным составом организмов) и определенными взаимоотношениями между организмами и средой обитания. В агроценозе складываются те же цепи питания, что и в естественных экосистемах. Например, трофическую структуру ржаного поля определяет набор продуцентов (рожь, сорняки), консументов (насекомые, птицы, полевки, лисы) и редуцентов (грибы, микроорганизмы). Однако, в отличие от естественной экосистемы, обязательным звеном пищевой цепи здесь является человек, который формирует агроценозы, исходя из их практической значимости и обеспечивает их высокую продуктивность.

Агроэкосистемы представляют собой искусственные системы и отличаются от естественных экосистем рядом особенностей.

Первым отличием является то, разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции. На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить разве что несколько видов малообильных сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктив-ность уступает засеянному полю во много раз.

Академик А. Тахтаджян в свое время пришел к выводу, что победа цветковых растений в борьбе за существование была обеспечена их способностью образовывать многоярусные сложные сообщества. Внедряя монокультуры, мы идем против эволюционных традиций живой природы. Агроэкосистемы будущего должны быть многообразны, многокомпонентны.

Второе отличие – пути отбора организмов в агроценозе. Виды сельскохозяйственных растений и животных получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора, что в значительной мере влияет на сужение их генетической базы. Всего четыре сорта пшеницы обеспечивают 75% урожая зерновых в канадских прериях, причем более половины площадей, отведенных под пшеницу, засевается всего одним сортом. То же касается и картофеля: 72% его сборов в США обеспечиваются всего лишь четырьмя сортами, а все производство культуры гороха основывается на двух сортах. Таким образом, в агроэкосистемах произошло резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовым размножениям вредителей и болезням.

Третье отличие, собственно говоря, и отличающее агроэкосистему от природной экосистемы, состоит в получении дополнительной энергии для нормального функционирования. Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимый в агроэкосистему. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные виды горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д. Под дополнительной энергией можно также понимать новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистемы.

Если проанализировать мировое производство основных пищевых растений, то окажется, что их количество ограничивается цифрой 30. Эти 30 растений составляют 95% нашей пищи. Львиную долю среди этих культур составляют пшеница, кукуруза и рис. К ним можно отнести еще картофель. В то же время такие наши повседневные спутники как капуста, лук и горох, в пищевом рационе человечества занимают соответственно 25, 26 и 28-е место. Оказывается, для большинства землян они более экзотичны, нежели бананы, апельсины, кокосы, не говоря уже о таких массовых тропических как бататы и кассава, занимающие 6-ю и 7-ю строчки в этом списке.

Выведение новых пород крупного рогатого скота в настоящее время преследует строго утилитарные цели. Получение тех или иных конкретных качеств (мясные и молочные породы) неизбежно ведет к вытеснению тех пород, характеристики которых в данное время имеют меньшую ценность. Не так давно в каждом районе и практически в каждой деревне средиземноморского бассейна были свои особые породы коров, коз, лошадей или овец, каждая из которых идеально отвечала местным потребностям, а значит, и генетическое разнообразие видов домашних животных было высоким. Теперь же из 145 пород крупного рогатого скота Европы и Средиземноморья не менее 115 находятся под угрозой исчезновения. Во Франции черно-пестрые коровы бретонской породы молочного направления начинают постепенно вытесняться новыми, получаемыми путем скрещивания с американской голштинской породой. Такое положение дел заставило французских экологов разрабатывать меры по сохранению отечественных пород.

Четвертое отличие: для агроценозов, по сравнению с естественными биоценозами, характерна большая открытость. В естественных экосистемах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. Агроценозы же более открыты, и из них изымается вещество и энергия с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв. Смена растительного покрова в агроценозах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия.

Почва является важнейшей системой жизнеобеспечения и существования сельскохозяйственного производства. Однако продуктивность сельскохозяйственных экосистем зависит не только от плодородия почвы и поддержания ее качества. В не меньшей мере на нее влияет сохранность среды обитания полезных насекомых (опылители) и других представителей животного мира. К тому же в этой среде обитают многие естественные враги скохозяйственных вредителей. Так, уже стал хрестоматийным пример массовой гибели опылителей полей гречихи в США, происходившей при столкновении их с автомобилями в местах близкого расположения сельскохозяйственных угодий к автотрассам. Печально известна также «антиворобьевая» кампания в Китае, когда были уничтожены тысячи особей этих якобы вредящих урожаю зерновых птиц. А вслед за этим последовала вспышка размножения вредителей злаковых культур, которая нанесла по-настоящему серьезный урон земледельцам страны.

Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживае-мые человеком. В агросистемах используется именно их свойство производить высокую чистую продукцию, так как все конкурентные воздействия на культивируемые растения со стороны сорняков сдерживаются агротехническими мероприятиями, а формирование пищевых цепей за счет вредителей пресекается с помощью различных мер, например, химической и биологи-ческой борьбы. Но эти сообщества неустойчивы, не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней. Для их поддержания необходима постоянная деятельность людей.

Урбосистемы. 

Индустриально-городские – искусственные системы (экосистемы), возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышлен-ных, бытовых, культурных объектов и т.д. В их составе можно выделить следующие территории: промышленные зоны, где сосредоточены промышленные объекты различных отраслей хо-зяйства и являющиеся основными источниками загрязнения окружающей среды; селитебные зоны (жилые или спальные районы) с жилыми домами, административными зданиями, объек-тами быта, культуры и т.п.; рекреационные зоны, предназначенные для отдых людей (лесопарки, базы отдыха и т.п.); транспортные системы и сооружения, пронизывающие всю городскую систему (автомобильные и железные дороги, метрополитен, заправочные станции, гаражи, аэродромы и т.п.). Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.

Основные компоненты урбоэкосистемы

Абиотические компоненты

• Здания, дороги, коммуникации.
• Изменённый климат (тепловые острова, загрязнение воздуха).
• Антропогенные ландшафты.

Биотические компоненты

• Человек и его деятельность.
• Приспособленное животные (голуби, крысы, воробьи).
• Растения зелёных зон (парки, скверы).

Особенности урбоэкосистем

Урбоэкосистемы имеют ряд специфических особенностей:

• Высокая плотность населения и застройки, что изменяет природный ландшафт и влияет на климатические условия (например, появление «островов тепла» в городах).
• Преобладание искусственных поверхностей (асфальт, бетон), которые нарушают естественный водный баланс, уменьшают испарение и поглощение влаги.
• Загрязнение окружающей среды из-за выбросов промышленности, транспорта, коммунальных отходов, что влияет на качество воздуха, воды и почвы.
• Сокращение биологического разнообразия из-за уничтожения естественных местообитаний, что приводит к исчезновению некоторых видов растений и животных.Москва — город с типичными урбоэкосистемными особенностями

В урбоэкосистемах человек является главным потребителем ресурсов и влияет на все компоненты системы. Для поддержания жизнедеятельности городов необходимо значительное поступление энергии и материалов из внешней среды, а также вывоз отходов.

Урбоэкосистема — это экосистема города, характеризующаяся высокой плотностью населения и инфраструктурой, созданной человеком. В связи с этим, урбоэкосистемы имеют свои особенности структуры и функционирования. Осознание значимости экосистемных процессов и влияние человека на них важно для сохранения экологического баланса и устойчивого развития городов.