чем определяется устойчивость биоценозов
Биология в лицее
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Биоценоз и его устойчивость
Биоценоз – сложная природная система
Весь комплекс совместно живущих и связанных друг с другом видов называют биоценозом ( “биос” – жизнь, “ценос” – сообщество).
Название «биоценоз» ввел в науку немецкий ученый Карл Мебиус в 1877 г. Изучая, как увеличить продуктивность устричного хозяйства на отмелях Северного моря, он обнаружил, что устрицы образуют вместе с другими видами морских животных тесные сообщества, которые приурочены к определенному грунту, солености и температуре воды. В этих сообществах происходит борьба за существование и регуляция численности видов, поэтому их продуктивность имеет пределы. Отсюда следовал практический вывод: «Если желательно увеличить число животных и растений против того, что имеется в естественных сообществах, то следует защитить яйца и молодь от врагов, дать им необходимую пищу и достаточное пространство. Это имеет место при искусственном разведении устриц, в рыболовстве, в лесном, полевом и садовом хозяйстве. В них мы имеем дело с искусственными жизненными сообществами, в которых важным фактором является работа человеческой мысли и работа рук».
Биоценозы – не случайные собрания разных организмов. В сходных природных условиях и при близком составе фауны и флоры возникают сходные, закономерно повторяющиеся биоценозы. Мы с уверенностью можем предполагать, что в разных дубравах в полосе широколиственных лесов мы можем встретить также липу, клен, лещину, среди трав – сныть, ветреницу дубравную и другие совершенно определенные виды растений, среди животных – белку, кабана, желтогорлую мышь, синицу-лазоревку, мухоловку-пеструшку, сойку, желудевого долгоносика. В еловых лесах – другой набор видов, при этом часть из них может быть общей с другими сообществами, а часть – встречается только в ельниках.
Состав и структура биоценозов испытывают регулярные циклические изменения, связанные со сменой времен года. Зимой многолетние растения переходят в состояние глубокого покоя, а однолетники отмирают, оставляя семена. Холоднокровные животные впадают в оцепенение. Активны лишь теплокровные – птицы и млекопитающие, но часть их также впадает в спячку или мигрирует на юг. От весны к осени также закономерно меняется и растительный покров, проявляя последовательность в цветении и плодоношении разных видов, и деятельность животных, и активность микроорганизмов. На эту регулярную цикличность накладывается изменчивость погодных условий в разные годы. Холодные или жаркие, засушливые или дождливые периоды отклоняют ход численности отдельных видов, нарушая правильную цикличность. Биоценозы, таким образом, находятся в состоянии постоянной изменчивости. Их устойчивость основана на регуляторных связях, которые поддерживают примерные соотношения численностей основных видов.
Таким образом, вся живая природа состоит не только из отдельных организмов и видов, но и из разнообразных биоценозов, в которые группируются представители различных видов. Биоценозы, как и популяции, – это надорганизменный уровень организации жизни.
Общее число видов, способных ужиться в одном биоценозе, в природе очень велико. Самые богатые видами – тропические леса. Их разнообразие до сих пор не описано достаточно полно. Приблизительно считают, что на площади в квадратный километр в тропическом лесу обитает несколько сотен тысяч видов растений и животных, не считая микроорганизмов и грибов. Но и в тех природных сообществах, которые формируются в достаточно суровых условиях, например в тундрах или высокогорьях, вместе живут тысячи видов организмов.
Члены биоценоза связаны прямыми или косвенными пищевыми отношениями, создают среду обитания друг для друга и взаимно ограничивают численность. Виды приспособились к совместному обитанию в ходе длительной эволюции. В биоценозах идут процессы борьбы за существование и естественного отбора.
Любой биоценоз – это сложная природная система, которая поддерживается за счет связей между видами и имеет сложную внутреннюю структуру.
Видовая структура биоценоза
Виды, входящие в биоценоз, очень неравноценны по численности. Одни из них массовые, другие малочисленны, третьи – совсем редки. Наиболее массовые виды биоценоза называют доминантами или доминирующими видами. Например, в ельнике-черничнике среди деревьев постоянно доминирует ель, среди наземных растений – черника, зеленые мхи, среди птиц – пеночка-теньковка, синица-гаичка, из куриных птиц – рябчик, а среди мышевидных грызунов преобладает рыжая полевка.
Массовые виды составляют основное ядро биоценоза. Ряд видов достигает высокой численности лишь периодически, временами включаясь в состав массовых. В еловых лесах это зяблики, клесты-еловики, лесные мыши. Наиболее разнообразны в биоценозах редкие и малочисленные виды.
Если построить график, отражающий долю видов с разной численностью, то для большинства биоценозов в той части шкалы, где представлены редкие виды, кривая резко уходит вверх. Это означает, что в устойчивом биоценозе редких видов много, а очень многочисленных – мало. В тропическом лесу, например, так велико разнообразие деревьев, что на площади в 1 км 2 иногда с трудом можно найти несколько деревьев одного вида.
Кривая соотношения видов по численности в биоценозе
Какую же роль играют в биоценозах массовые и малочисленные виды? Виды-доминанты определяют главные связи в сообществе. Они создают его основную структуру и внешний облик.
Таким образом, биоценоз сохраняет свою устойчивость и не разрушается при разных погодных колебаниях и других внешних воздействиях, включая умеренные антропогенные воздействия.
Соотношение видов по численности создает видовую структуру биоценоза. Для каждого типа биоценозов она вполне закономерна.
Распределение видов в пространстве
Для биоценозов характерно также закономерное распределение видов в пространстве. Основу этого распределения формирует растительность. Растения создают в биоценозах ярусность, располагая друг под другом листву в соответствии со своей формой роста и светолюбием. В лесах умеренного климата может быть до 5–6 ярусов растений.
Ярусность существует не только в надземной, но и в подземной части биоценоза. Корни разных растений проникают на различную глубину. Таким образом растения частично избегают конкуренции, разделяя ресурсы. Почвенные животные также осваивают разные подземные «этажи». Среди дождевых червей, например, одни роют вертикальные норы до метра глубиной и затаскивают туда перепревающую листву. Другие не проникают глубже 20–30 см, питаясь почвенным перегноем. Третьи вообще не встречаются в минеральных слоях, а всю жизнь проводят в слое лесного опада, перерабатывая его на месте.
Для видового разнообразия биоценозов важно также, однородно или мозаично распределена растительность на территории. В лесах, где много полян и опушек, видовой состав и растений, и птиц, и насекомых намного богаче, чем в обширных однотонных насаждениях. Это явление называется опушечным эффектом и часто используется при создании парков и других искусственных лесных насаждений, где хотят восстановить видовое разнообразие.
Экологическая ниша вида
Как уже обсуждалось, виды уживаются в одном биоценозе в тех случаях, когда они расходятся по экологическим требованиям и ослабляют тем самым конкуренцию друг с другом. Таким образом, каждый вид использует ресурсы по-своему и имеет свои особенности связей с другими видами.
В степях и пустынях среди млекопитающих возможны следующие группы видов со сходным образом жизни: 1) постоянные подземные обитатели, 2) роющие виды, кормящиеся на поверхности, 3) скачущие травоядные, 4) быстро бегающие травоядные, 5) быстро бегающие хищники. Эти экологические ниши млекопитающих в открытых ландшафтах разных континентов занимают разные виды, имеющие близкую жизненную форму. Таким образом, сходные типы биоценозов могут возникать на разной видовой основе.
Экологические ниши совместно живущих видов могут частично перекрываться, но полностью никогда не совпадают, так как при этом вступает в действие закон конкурентного исключения и один вид вытесняет другой из данного биоценоза.
Устойчивость биоценозов
Изменения, возникающие в биоценозах, по-разному связаны с их устойчивостью. Если, например, один конкурирующий вид вытеснит другой, существенных изменений в биоценозе не произойдет, особенно если этот вид не относится к числу массовых. Соответствующая экологическая ниша просто окажется занятой другим видом. Например, соболь, живущий в хвойных лесах Сибири, – многоядный хищник, питающийся мелкими грызунами, птицами, орешками кедровой сосны, ягодами и насекомыми, добывая свою пищу как на земле, так и на деревьях. Такую же роль в северных европейских лесах играет лесная куница. Поэтому, если вместо куниц в лесу будут жить соболи, лесной биоценоз сохранит все свои основные черты.
Для сравнения биоценозов используют разные методы, например расчеты по формуле Жаккара:
К = C * 100% : (A + B – C)
где А – число видов данной группы в первом сообществе, В – во втором, а С – число видов, общих для обоих сообществ.
Биоценозы сравнивают попарно, сопоставляя видовой состав по систематическим группам, например спискам цветковых растений, мхов, лишайников, птиц, млекопитающих, насекомых и др. Сходство выражается в процентах. Так, если в каждом биоценозе по 10 видов данной группы и 5 из них встречается как в одном, так и другом сообществе, то видовое сходство составит 33%, а если общих видов 8 – то 66%.
Малочисленные виды – наиболее уязвимая часть биоценоза. Их популяции часто находятся на пределе выживаемости. Поэтому они в первую очередь исчезают из сообществ при антропогенных влияниях, ухудшающих условия существования биоценоза.
Потери редких и малочисленных видов также до определенного времени не меняют существенно основных биоценотических связей. Так, еловый лес или дубрава возле большого города могут долго сохраняться и даже возобновляться несмотря на то, что из-за постоянного посещения людьми, вытаптывания, сбора плодов и цветов и т. п. из них исчезают многие виды растений, птиц, насекомых. Состав таких лесов беднеет, а устойчивость ослабевает постепенно и незаметно. Ослабленный, обедненный лесной биоценоз может разрушиться внезапно, за короткий срок из-за внешне, казалось бы, незначительных причин. Например, начинает накапливаться опад из-за недостатка или малой активности почвенных обитателей, деревья исчерпывают запасы минерального питания, ослабевают, подвергаются нападению массовых вредителей и гибнут.
Выпадение из состава биоценоза основных видов-средообразователей ведет к разрушению всей системы и смене сообществ. Такие изменения в природе часто производит человек, вырубая леса, создавая перевыпас скота в степях и на лугах или перевылов рыб в водоемах.
Внезапное разрушение прежде устойчивых сообществ – свойство всех сложных систем, у которых постепенно ослабевают внутренние связи. Знание этих закономерностей важно для создания искусственных сообществ и поддержания природных биоценозов. При восстановлении степей, лесов, посадке лесопарков стремятся создать сложную видовую и пространственную структуру сообществ, подбирая дополняющие друг друга и уживающиеся вместе виды, добиваются появления разнообразного круга малочисленных форм для стабилизации складывающегося сообщества.
Биоценозы. Факторы среды и их влияние на биоценозы
Урок 33. Биология 7 класс. Животные. ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Биоценозы. Факторы среды и их влияние на биоценозы»
Термин «биоценоз» происходит от греческих слов биос — жизнь и ценоз — общий, совместный. Биоценоз — это природное сообщество, которое состоит из животных, растений, грибов и бактерий, которые приспособлены к совместному обитанию на относительно однородном участке пространства.
Живые организмы достаточно редко встречаются в природных условиях изолированно друг от друга. Это наблюдается только при заселении какой-либо свободной от живых существ территории, например на скалах.
В природе организмы разных видов связаны друг с другом. Составными частями биоценоза являются фитоценоз (это устойчивое сообщество растений), зооценоз (совокупность взаимосвязанных видов животных), микоценоз (сообщество грибов) и микробоценоз (сообщество микроорганизмов).
Размеры биоценозов различны — от сообществ на стволе дерева или на болотной кочке до населения участка соснового или берёзового леса или озера.
Биоценозы бывают естественные и искусственные. Естественные биоценозы созданы природой, а искусственные биоценозы созданы человеком. Естественные биоценозы — это водоём, луг, лес, тундра. Искусственные — поле или сад. Состав обитателей в каждом биоценозе не случаен: он хорошо приспособлен к жизни в тех условиях, которые имеются у данной территории.
Различают бедные и богатые биоценозы. Например, в полярных ледяных пустынях и тундрах при дефиците тепла, в безводных жарких пустынях состав сообществ крайне беден, поскольку лишь немногие виды могут приспособиться к таким неблагоприятным условиям.
В местах с благоприятными условиями обитания возникают чрезвычайно богатые видами сообщества. Например, влажные тропические леса. Общее число видов в таких биоценозах составляет от нескольких сотен до многих тысяч. Чем выше численность видов в биоценозе, тем более устойчив он к различным вмешательствам.
Устойчивость биоценозов также обеспечивается ярусностью. Она бывает двух видов — пространственная и временная.
Основной фактор, который определяет вертикальное распределение растений, — количество света, обусловливающее температурный режим и режим влажности на разных уровнях. Растения верхних ярусов более светолюбивы, нижние ярусы образуют менее требовательные к свету растения.
Например, в широколиственном лесу можно выделить 5-6 ярусов: первый ярус образуют деревья первой величины (дуб, липа, хвойные), второй — деревья второй величины (рябина, черёмуха), третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками, четвёртый состоит из высоких трав и кустарничков, в шестом ярусе царствуют мхи и лишайники.
Пространственная ярусность характерна и для животных. Например, среди птиц есть виды, которые гнездятся только на земле (тетерева), в кустарниковом ярусе (дрозды и малиновки) или в кронах деревьев (зяблики, щеглы и корольки).
Временной ярусности растений соответствует таковая у животных. Это происходит в связи с особенностями питания животных, наличием кормов и необходимых укромных мест для строительства гнёзд и нор. Сроки прилёта птиц к местам гнездовий различны и зависят от наличия кормов. Животные хорошо чувствуют влияние климатических факторов, и в случае длительных холодов птицы не приступают к строительству гнёзд и откладыванию яиц.
В естественных биоценозах долго сохраняется определённый видовой состав организмов, а между видами, его населяющими, устанавливаются определенные отношения. Организмы связаны между собой общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Сейчас мы рассмотрим подробнее, как осуществляется эта связь.
Главным источником энергии для большинства живых организмов является Солнце. Фотосинтезирующие (или автотрофные) организмы (это зелёные растения, водоросли и цианобактерии) поглощают энергию Солнца и создают из простых неорганических веществ (углекислого газа и воды) сложные органические соединения — углеводы, богатые энергией. Эти организмы являются главнейшим звеном биоценоза и называются «производители» (или «продуценты») — производители и накопители органических веществ.
Органические вещества, которые образовали автотрофы, используются гетеротрофными организмами, или гетеротрофами. К этому звену принадлежат все животные, насекомоядные и паразитические растения, неспособные к фотосинтезу. Дадим определение: гетеротрофы — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Они используют органические вещества, созданные автотрофами.
Гетеротрофы делятся на несколько групп. Животных, питающихся продуцентами (растениями), называют консументами 1-го порядка или растительноядными (например, кузнечик). Их самих поедают консументы 2-го порядка (лягушка). Лягушку поедает уж — консумент 3-го порядка, ужа — хищная птица — консумент 4-го порядка.
Следовательно, пищевые и энергетические связи идут в направлении: продуценты — консументы — редуценты.
Для примера рассмотрим биоценоз водоёма. Продуцентами в водоёме являются все виды растений — от микроскопических водорослей до цветковых растений. Зелёные растения и водоросли в большинстве своём располагаются в верхних, доступных солнечному свету слоях воды.
Микроскопические водоросли образуют фитопланктон. Им питается зоопланктон — консументы 1-го порядка (циклопы, дафнии, личинки комаров и другие микроорганизмы), которые зависят от развития фитопланктона.
Жизнь рыб, питающихся ракообразными и насекомыми, зависит от обилия зоопланктона, хищных рыб — от растительноядных животных. Зоопланктон и другие животные выделяют непереваренные остатки пищи, которые опускаются на дно и вместе с отмёршими организмами становятся кормом для редуцентов, разлагающих их до неорганических веществ — углекислого газа и минеральных солей.
Если продуценты обитают в верхних слоях водоёма, то консументы могут обитать на различных глубинах, в том числе на дне. Редуценты — в основном донные обитатели.
Развитие всех организмов в водоеме происходит неодновременно. Первыми появляются представители фитопланктона, за ними — ракообразные и зоопланктон. Когда зоопланктона будет накоплено достаточно, начинается нерест некоторых рыб.
Вы уже знаете, что в природе, помимо естественных биоценозов (леса, моря, пустыни, степи), существуют искусственные биоценозы. Они формируются в результате хозяйственной деятельности человека. Примерами являются поля, парки, огороды и сады.
Земледелие привело к уничтожению естественных биоценозов на больших площадях и выращиванию на них растений одного вида, например ржи, подсолнечника или овощных культур. Связи между видами резко сократились, устойчивость искусственного биоценоза незначительна, так как ярусность, как временная, так и пространственная, отсутствует. Поэтому без участия человека, его активного вмешательства в их жизнь, искусственные биоценозы существуют недолго. Например, биоценоз подсолнечника и зерновых культур существует не более года.
От естественных биоценозов искусственные отличаются неспособностью к длительному самостоятельному существованию. Он не способен к самовозобновлению и саморегулированию, подвержен угрозе гибели от массового размножения вредителей или возбудителей болезней.
В искусственных биоценозах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно выращивают один или несколько видов растений. Это приводит к обеднению видового состава животных, грибов и микроорганизмов. Однообразие культурных растений, которые занимают огромные площади, приводит к формированию специфичного состава животных, преимущественно насекомых-вредителей, например: колорадский жук, саранча, хрущ или чернотелка.
Для борьбы с ними человек применяет различные методы борьбы, использует ядохимикаты, загрязняя при этом среду обитания. Яды убивают не только вредных, но и полезных животных. Для поддержания искусственного биоценоза необходимы большие финансовые затраты, чтобы обрабатывать почву, бороться с сорняками, использовать агротехнику.
Живые организмы неразрывно связаны с окружающей их средой. В понятие природной среды входят все условия живой и неживой природы, в которых существует организм. Среда обитания организмов в разных биоценозах различна: водная, наземно-воздушная, почвенная и внутренняя среда самих организмов, где живут многочисленные паразиты.
Условия среды, влияющие на живые организмы, называются экологическими факторами или факторами среды обитания. Факторы среды делят на абиотические, зависящие от неживой природы, биотические, зависящие от жизнедеятельности самих организмов, и антропогенные, зависящие от деятельности человека.
Абиотическими факторами называются все компоненты неживой природы, влияющие на живые организмы. Это свет, температура и влажность воздуха, ветер, давление, структура и состав почвы, рельеф местности, а также физические и химические свойства воды, радиоактивное излучение.
Биотические факторы связаны с влиянием живых существ друг на друга. Каждый организм испытывает на себе постоянно прямое или косвенное воздействие со стороны микроорганизмов, грибов, растений и животных своего и других видов. Например, дождевые черви значительно улучшают почву, а стада копытных, наоборот, разрушают структуру почвы, вытаптывают её.
Воздействие биотических факторов может быть прямым и косвенным. Например, прямое влияние имеет место, когда зелёные растения поедаются растительноядными животными. Размножившийся на картофельном поле колорадский жук и его личинки, уничтожая зелёную массу картофеля, снижают его урожай.
Косвенное влияние проявляется при изгнании животных одного вида из нор или мест обитания другими видами, при уничтожении их кормовой базы или наличии постоянного беспокойства.
Антропогенные факторы — вся разнообразная деятельность человека, которая приводит к изменению природы как среды обитания всех живых организмов. На протяжении своего существования человек оказывал и оказывает в настоящее время чрезвычайно разнообразное воздействие на различные биоценозы и в целом на всю природу Земли.
Получая из природы все жизненные ресурсы (воздух, пищу, воду, энергию и строительные материалы), человек возвращает в окружающую среду бытовые и промышленные отходы. Наблюдается изменение облика Земли, происходит истощение природных ресурсов в результате промысла животных и сбора растений, распашки земель и осушения болот. И как результат — вымирание многих видов живых организмов, загрязнение и отравление среды ядохимикатами, отходами, разрушение биоценозов (лесов, болот и озёр).
Вредные вещества попадают в воздух, почву и водоёмы, передаются от животных к другим животным и накапливаются в тканях растений и животных и в итоге попадают в организм человека, вызывая различные заболевания.
Выброс огромного количества отходов в виде газа, пыли, жидких аэрозолей большими промышленными предприятиями отражается на фотосинтезе зелёных растений, при этом снижается процентное содержание кислорода в воздухе, которым дышат обитатели Земли, в том числе и человек.