Экосистема и биогеоценоз

Экосистема и биогеоценоз – близкие понятия, в обоих случаях подразумевают взаимосвязь сообщества живых организмов с окружающей их неживой природой. Однако термины были введены разными учеными, сделавшими акцент на разном.

Термин "экосистема" ввел А. Тенсли в 1935 году. В учении об экосистемах особое внимание уделяется круговороту веществ и потоку энергии.

В 1942 году В. Н. Сукачевым было заложено учение о биогеоценозах, в которых важна привязка к местности, определенным фитоцинозам, описанию биотических и абиотических составляющих.

Экосистема – это совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой с помощью потока энергии поддерживается биологический круговорот веществ.

Биогеоценоз – природный комплекс, включающий однородный участок земной поверхности и населяющих его живых организмов.

Организмы связаны с неживой природой не только потому, что она служит им местом обитания, также для осуществления своей жизнедеятельности животные, растения и микроорганизмы постоянно нуждаются в различных веществах и энергии. И хотя гетеротрофные виды многое получают с пищей в форме органических веществ, на начальном этапе автотрофы синтезируют органику из неорганических соединений, переводя при этом в энергию химических связей энергию светового излучения или, реже, полученную в результате хемосинтеза.

Следовательно, живое изымает из окружающей их неживой природы вещества. Если бы атомы рано или поздно не возвращались обратно, то были бы давно исчерпаны. Поэтому в биоценозах происходит также обратный процесс – разрушение сложных органических веществ до неорганических и выделение их в окружающую среду. Таким образом, растения снова могут использовать простые соединения для синтеза органики и фиксации с их помощью новой порции поступающей на Землю энергии. Все вместе это называется биологическим круговоротом веществ. Как и любой другой процесс он требует постоянных затрат энергии.

В свою очередь, когда говорят об энергии, вместо слова "круговорот" используют слово "поток". Делается это не просто так. В случае энергии, переходя из одной формы в другую, она уже не может вернуться в окружающую среду в неизменном виде. В конце концов вся энергия, которую растения связали в органических веществах, постепенно на разных этапах пищевых цепей превращается в тепловую. Поэтому говорят о потоке энергии, подразумевая при этом его однонаправленный характер.

На Земле основным источником физической энергии, используемой в экосистемах, является поступающее сюда солнечное излучение. Растения переводят световую энергию в химические связи органических веществ. При этом следует помнить, что существуют хемосинтезирующие бактерии, которые получают энергию не за счет Солнца, а в результате химических превращений одних неорганических соединений в другие, то есть более "энергетически богатых" в менее. Такие бактерии сами могут начинать пищевые цепи и лежать в основе особых экосистем.

Пищевые связи отражают передачу энергии от одного организма к другому в результате потребления. В экосистемах трофические связи переплетены в сложную сеть, так как разные животные и растения служат пищей для многих других. А одно животное может поедать разные виды пищи. Однако конкретные цепи питания достаточно короткие и обычно включают всего несколько звеньев. Связано это с тем, что энергия быстро расходуется самим организмом, и на каждое следующее звено передается ее малое количество.

Трофический уровень – место звена (организма) в цепи питания. На первом обычно находятся растения, то есть продуценты, так как они создают органическое вещество. Второй трофический уровень – растительноядные консументы. Третий – плотоядные животные, которые поедают растительноядных. Четвертый уровень и последующий – плотоядные, питающиеся плотоядными. Всеядные животные могут присутствовать на разных трофических уровнях.

В качестве первого трофического уровня могут выступать и остатки растений. В таком случае говорят о цепях разложения. В случае, когда первый уровень начинается с живых растений, речь идет о цепях выедания.

На каждом этапе энергия теряется за счет неполного усвоения пищи, а также "трат на дыхание" – выделения тепла и поддержания жизнедеятельности организма.

Хищник получает от жертвы только ту долю энергии, которая накопилась там в виде прироста. Существует правило десяти процентов, которое говорит, что на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи их теряется около 90%.

Годовой прирост растений всегда больше, чем растительноядных животных, а у последних больше, чем у хищников. Однако биомасса этих групп может не соответствовать пирамиде биологической продуктивности. В сухопутных экосистемах пирамида продуктивности похожа на пирамиду биомассы. Но в океанах пирамида биомассы нередко оказывается перевернутой, так как водоросли быстро размножаются и быстро выедаются, не успевая накопиться. Фильтраторы и водные хищники поедаются медленнее, живут дольше, в результате их масса может оказаться больше.

Продуценты, консументы и редуценты – три функциональных компонента экосистемы, обеспечивающие в ней круговорот веществ и поток энергии. Разделение организмов на три группы от части условное, так как даже на уровне продуцентов происходит разрушение органики до неорганики, например, в процессе дыхания.

Редуценты – организмы, разрушающие органические соединения до минеральных. В основном роль редуцентов выполняют бактерии, грибы и другие сапрофиты, которые перерабатывают мертвые остатки растений и животных.

Редуценты перерабатывают не только то, что остается от консументов последнего порядка. Только часть фитомассы уходит на питание растительноядных животных. Существенная доля может сразу перерабатываться редуцентами, например, опавшая листва. Насколько много – зависит от типа сообщества. Это может быть и до 90% в лесах. И только 30% в степях.

Животные остатки разлагать проще, чем растительные. Поэтому чем значительнее роль консументов в экосистеме, тем быстрее в ней происходит круговорот веществ.

Почва играет роль резервуара веществ, которые необходимы для существования экосистемы. Биогеоценозы без почв неустойчивы.

Неустойчивые экосистемы возникают в следствии несбалансированности круговорота веществ. Так в болотах растения не успевают перерабатываться и образуют торф. То есть органические и неорганические вещества консервируются.

Несмотря на то, что круговорот веществ является центральной концепцией теории экосистем, ни один реально существующий биогеоценоз полностью не замкнут в этом смысле и поэтому является открытой системой. В него как поступают вещества, так и покидают его. Большую роль здесь играет атмосфера. Однако есть достаточно автономные экосистемы, например, леса. В мелких биогеоценозах часть неорганического вещества может на регулярной основе как поступать извне, так и теряться.

Мелкие биогеоценозы входят в состав более крупных. Общая экосистема Земли называется биосферой. И хотя в ней поддерживается относительно полный круговорот веществ, он также не абсолютен, так как некоторое количество вещества попадает на Землю из космоса, что-то наоборот уходит туда.

Каждый биогеоценоз имеет свою специфику как вовлекаемых в круговорот веществ, так и его скорости.