Биогеоценоз и экосистемы

Массовое размножение  вида в биогеоценозе регулируется прямыми и обратными связями, существующими в пищевых цепях. Нередко благодаря хорошим погодным условиям создается высокий урожай растений, которыми питается определенная популяция травоядных животных. В связи с хорошим питанием численность популяции возрастает. Травоядные сами могут быть пищей для хищников. Чем многочисленнее жертвы, тем более обеспечен едой хищник и тем интенсивнее он размножается. Следовательно, чем больше в нынешнем году жертв, тем больше на следующий год будет хищников. Возрастание количества хищников приводит к снижению численности жертв. Снижение численности жертв ведет к тому, что размножение хищника замедляется и количество хищника и жертвы возвращается к нормальному — исходному соотношению.

Колебания количества растительной пищи, травоядных животных и хищников, питающихся этими животными, сопряжены друг с другом. Классический пример — циклы изменения численности леммингов в тундре. Раз в несколько лет на огромной территории тундры их численность резко возрастает, вслед за тем, часто за один сезон, столь же резко падает. В соответствии с этим численность песцов, лис и сов, питающихся леммингами, либо увеличивается, либо уменьшается.

Колебания численности  леммингов связаны с их кормовой базой. В годы повышения численности  леммингов они сильно объедают растительность. Большое количество частей растений, содержащих питательные элементы, поступает  в детрит. На следующий год из-за значительного повреждения растительного  покрова пищи становится меньше и  питательная ценность ее уменьшается. В связи с этим рост и выживание  молодых леммингов снижается. Год  становится малокормным для хищников, и они почти не размножаются.

В течение последующих  лет растительные остатки, богатые  питательными веществами, минерализуются; питательные элементы поглощаются  растениями; количество пищи- леммингов  и ее питательная ценность возрастают; численность леммингов вновь  стремительно идет вверх; хищники, хорошо кормясь, начинают быстро размножаться. Таким образом, в биогеоценозе популяции  организмов взаимно ограничивают свою численность, благодаря чему данная экосистема существует длительное время.

Каково значение саморегуляции численности, мы понимаем особенно хорошо, сталкиваясь с явлениями, когда саморегуляция нарушается. Это обычно происходит в тех случаях, когда человек нарушает сложившуюся  структуру сообществ. Примером может  служить история с кроликами  в Австралии.

Когда человек из Европы стал переселятся на другие континенты, он повез с собой и  домашних животных, в том числе  кроликов. В 1859 г. на одной из ферм Австралии  выпустили 12 пар привезенных зверьков. В биогеоценозах Австралии было слишком мало хищников, чьей пищей  могли бы быть кролики. Через 40 лет  численность кроликов достигла нескольких сот миллионов особей. Они расселились  почти по всему континенту, разоряя  луга и пастбища, выедая проростки  местной сосны, и нанесли урон экономике страны.

Таким образом, численность  особей в природных экосистемах  саморегулируется. Нарушение естественных цепей питания под воздействием антропогенного фактора, неразумное вмешательство  в экосистемы может привести к  неконтролируемому росту численности  особей отдельных популяций и  к нарушению природных экологических  сообществ.

3. СМЕНА ЭКОСИСТЕМ

Конкретный биогеоценоз  не существует вечно. Рано или поздно он сменяется другим. Смены происходят под влиянием изменения среды  самими живыми организмами, при смене  климатических условий, в процессе эволюции жизни на Земле, под влиянием человека.

Саморазвитие и  смена экосистемы. Как пример изменения  среды под влиянием самих живых  организмов рассмотрим заселение растительностью  скальных пород. На первых стадиях заселения  большое значение имеет выветривание горных пород: разрушение, частичное  растворение и изменение химических свойств минералов. Уже на самых  начальных стадиях велика роль первых поселенцев: бактерий, сине-зеленых, водорослей, накипных лишайников. Сине-зеленые, свободноживущие водоросли и водоросли в составе лишайников являются продуцентами — создателями органического вещества. Многие сине-зеленые фиксируют из воздуха азот и обогащают им среду, еще мало пригодную для жизни. Лишайники выделениями органических кислот растворяют скальную породу и способствуют накоплению элементов минерального питания. Бактерии и грибы разрушают органические вещества, созданные продуцентами.

Органические вещества минерализуются не полностью. Постепенно накапливается смесь из различных  органических и минеральных соединений и растительных остатков, обогащенных  азотом. Создаются условия для  поселения мхов и кустистых лишайников. Процесс накопления органического  вещества и азота ускоряется, формируется  тонкая почвенная прослойка.

Образуется примитивное  сообщество, способное существовать в неблагоприятной обстановке.

Первые поселенцы  хорошо приспособлены к суровым  условиям голых скал — они выдерживают и сушь, и жару, и мороз. Медленно, но неуклонно они изменяют среду своего обитания и тем самым создают условия для внедрения других популяций. С приходом травянистых растений (осоки, злаки, клевер, колокольчик и др.) конкуренция за воду, свет, питательные элементы ужесточается. Пионеры-поселенцы в этой борьбе вытесняются новыми пришельцами. За травами поселяются кустарники, которые скрепляют корнями образующуюся почву. Травяно-кустарниковые сообщества сменяются лесными.

В ходе длительного  развития и смены экосистемы число  видов живых организмов, входящих в нее, постепенно растет. Сообщество становится более сложным, его пищевая  сеть все более разветвленной. Разнообразие связей между организмами увеличивается, сообщество все полнее использует ресурсы  среды. Наступает этап зрелого сообщества, наиболее хорошо приспособленного к  окружающим условиям и обладающего  саморегуляцией. Популяции видов  в зрелом сообществе хорошо воспроизводятся  и не замещаются другими видами.

Описанная смена  экосистем длится тысячи лет. Однако есть смены, протекающие на глазах одного поколения людей, например зарастание мелких водоемов.

Смена экосистем  под влиянием человека (антропогенного фактора).

Мощным фактором изменения экосистем является хозяйственная  деятельность человека. Воздействие  человека на природные экосистемы началось давно. Оно все время усиливалось  вместе с увеличением населения  Земли. В последнем столетии в  связи с быстрым развитием  промышленности, сельского хозяйства, ростом городов влияние человека приобрело решающее значение. Большие  изменения происходят, например, в  «зеленых зонах» . вокруг городов, которые  используются для отдыха горожан. Растительность такой территории постоянно вытаптывается  людьми, гуляющими по лесу, собирающими  ягоды и грибы. Надземные органы растений травмируются, почва уплотняется, снижается ее способность к удержанию  влаги. Все эти факторы отрицательно влияют на лесные травы, у которых  корневища располагаются прямо  под лесной подстилкой.

Сильное вытаптывание повреждает подрост деревьев. У кустарников  и взрослых деревьев начинают сохнуть  верхушки, они легко поражаются грибными заболеваниями и вредителями. В  результате лес изреживается, осветляется. Создаются благоприятные условия  для внедрения луговых трав, которые  светолюбивы и меньше боятся вытаптывания, так как образуют дернину. Лесные травы становятся неконкурентоспособными и выпадают из травостоя.

Очень сильно изменяет луговые, степные и пустынные  экосистемы интенсивный выпас скота. Животные поедают определенные виды трав, что приводит к распространению  «не поедаемых» растений. На пастбищах  разрастаются чемерица, щавель, синеголовник, полынь. Снижается обилие ценных в  кормовом отношении злаков. Многие растения не успевают зацвести и дать семена. Уменьшается количество видов, упрощается сообщество. Многолетние  травы замещаются однолетними растениями, корневые системы которых развиты  слабее. Почва, не сдерживаемая корнями, начинает размываться потоками воды или развеваться ветром. Разрушение почвы приводит к обеднению среды  питательными элементами и водой, что  резко ухудшает условия жизни  растений и снижает их продуктивность. Богатые разнотравные высокопродуктивные луга и степи при неумеренном  выпасе превращаются в бедные пустоши.

Смена биогеоценозов  под воздействием антропогенного фактора  самая быстрая. Она происходит за несколько лет, а часто скачком. .К таким скачкообразным сменам относятся  вырубка лесов, распашка земель с  созданием агроценозов, строительство  водохранилищ, когда сухопутные экосистемы превращаются в водные.

Смена экосистем под влиянием абиотических факторов. Климат земного шара неоднократно менялся. При потеплении в экосистемах вследствие естественного — отбора начинали преобладать более теплолюбивые виды растений, животных и микроорганизмов, при похолодании — холодоустойчивые. Периоды с малым количеством осадков характеризовались увеличением численности организмов, устойчивых к недостатку влаги. Периоды с обильными атмосферными осадками приводили к расцвету организмов с повышенными требованиями к содержанию влаги.

При климатогенных  сменах экосистем в результате естественного  отбора численность одних видов  организмов сокращается, сокращается  их ареал, они испытывают биологический  регресс. Другие виды, оказавшиеся более  устойчивыми в борьбе за существование, увеличивают численность, расширяют  ареал обитания, т. е. испытывают биологический  прогресс.

4. АГРОЦЕНОЗЫ

Структура агроценоза. Леса, тундры, степи, пустыни, реки, моря и т. д. — естественные экосистемы. Поля, огороды, сады, парки, лесные насаждения, пастбища — созданные человеком экосистемы. Их называют агроценозами.

Агроценозы — такие экосистемы, структуру и функцию которых создает, поддерживает и контролирует человек в своих интересах.

Пример агроценоза — поле пшеницы. Его растительный покров состоит в основном из растений пшеницы с примесью сорняков. Животных значительно меньше, чем в естественных экосистемах, но они есть (личинки мух, жуки, дождевые черви и др.). Иногда резко повышается численность насекомых-вредителей. Живут в норках полевки, за ними охотятся немногочисленные лисы, прилетают зерноядные и хищные птицы. Осенью урожай зерна с поля вывозят. На поле остаются солома и корневые остатки, которые разлагаются грибами и бактериями, населяющими почву.

В агроценозе, как  и в любой природной экосистеме, существуют те же самые группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. В агроценозе пшеничного поля продуцентами являются растения пшеницы и сорняков. Насекомые, птицы, полевки, лисы поедают  растения или животных, т. е. принадлежат  к консументам. Грибы и бактерии минерализуют органические вещества, выполняя работу редуцентов. В агроценозе складываются пищевые цепи, как и  в природной экосистеме. Обязательным звеном этой пищевой цепи является человек, возделывающий поля и собирающий урожай зерна.

Энергия и питательные  вещества, аккумулированные растениями, проходят по всей пищевой цепи агроценоза. Часть энергии растрачивается в  процессе дыхания организмов, часть  ее выносится вместе с зерном из агроценоза, часть закрепляется в  органическом веществе почвы. Питательные  вещества частично удаляются с урожаем, частично возвращаются в почву. Как  видно из этого описания, структура  и функции сообщества в агроценозе и естественном биогеоценозе похожи. Агроценоз является такой же сложной  экологической системой, как лес  или луг.

5. ЭКОСИСТЕМЫ ЛЕСНОЙ  ЗОНЫ УМЕРЕННЫХ ШИРОТ

Зона лесов в  северном полушарии охватывает громадную  территорию па материках Северной Америки  и Евразии. Здесь они тянутся  непрерывной полосой от побережья  Тихого до Атлантического океана. В  южном полушарии леса занимают небольшие  площади на юге Чили и Аргентины, в Новой Зеландии, горных районах  Австралии и Тасмании.

Климатические условия  здесь гораздо более благоприятны для существования растительности, чем в тундрах. Так, вегетационный  период длится около 4 месяцев, средняя  температура июля равна +10-23 °С. Количество осадков от 250 мм в центральных  частях материков до 1000 мм в год  на побережьях океанов, и, что особенно важно, значительная часть из них  выпадает летом. Такой режим выпадения  осадков очень благоприятен для  древесной растительности, и поэтому  она здесь широко распространена.

В пределах зоны выделяют экосистемы темнохвойных, светлохвойных, смешанных, широколиственных и мелколиственных  лесов. Темнохвойные и светлохвойные  леса называют тайгой.

Древесная растительность оказывает большое воздействие  на окружающую среду и изменяет ее. Густые кроны деревьев задерживают  значительную часть солнечных лучей, и поэтому под пологом леса всегда сумрачно, кроны деревьев снижают  скорость ветра, и в лесу царит  постоянное затишье, влажность воздуха  всегда высока, дождевые и талые  воды хорошо впитываются рыхлой лесной подстилкой, и поэтому лесная почва  хорошо увлажняется. Она же надежно  предохраняет почву от пересыхания. Зимой в лесу снежный покров толще, чем на рядом расположенном луговом  участке, поэтому лесная почва промерзает на незначительную глубину.

Большое воздействие  оказывают деревья и на кустарниковые  и травянистые растения, произрастающие в лесу. Леса умеренных широт имеют  ярусное строение. Первый ярус составляют высокие деревья, во втором ярусе  расположены кустарники, третий — образуют травянистые растения. Иногда различают даже два яруса древесных растений: ярус высоких и ярус низких деревьев. Часто мхи, покрывающие поверхность почвы зеленым ковром, образуют отдельный ярус. Корни тоже располагаются по ярусам, образуя так называемую подземную ярусность. Такое многоэтажное строение помогает растениям полнее использовать ресурсы среды обитания — свет, влагу, пищу и одновременно ослабить конкуренцию за них. Действительно, если бы все растения (деревья, кустарники и травы) брали воду и питательные элементы с одинаковой глубины, то конкурентная борьба была бы очень острой. При ярусном расположении корневых систем деревья берут воду и пищу из наиболее глубоких горизонтов, кустарники из средних, а травянистые растения — из самых верхних. Таким образом они создают минимальные помехи друг другу.