Биологические понятия

Определение «биогеоценоз» в биологию предложил ввести советский ученый В. Н. Сукачев в 1940 году. Академик не только предложил использовать этот термин, но и создал развернутую теорию о природных сообществах, ограниченных собственным ареалом. Экологическое учение, популярное на западе, использует более широкое понятие «экосистема», которое придумал англичанин А. Тенсли. Главное различие между терминами:

• биогеоценоз является сообществом растений, животных и абиотических факторов, составляющих единый растительный комплекс, например, лиственный лес или пресный водоем;
• экосистема может описывать как процессы, происходящие в капле воды, так и охватывать огромные площади природной среды.

Агроценоз представляет собой искусственную экосистему. Она создается людьми, поэтому в ней не могут сформироваться устойчивые связи, тогда как естественные биогеоценозы образовывались на протяжении столетий под влиянием естественного отбора и существуют за счет только солнечной энергии. Искусственный отбор осуществляется людьми и отличается дополнительными энергетическими веществами, которыми они снабжают свои поля и плантации.

Биоценоз — более узкое понятие, включающее только совокупность всех живых организмов, населяющих определенное пространство, и не учитывающее неорганические компоненты окружающей среды. Термины «экосистема» и «биогеоценоз» можно считать тождественными при биологическом описании лесов, лугов и степей. Природные сообщества, лишенные фитоценоза (растительности), являются экосистемами. Можно сказать, что биогеоценоз — это всегда экосистема, но не в каждой экосистеме существует биогеоценоз.

Показатели и свойства

К неорганическим компонентам биогеоценоза (БГЦ) относят состав атмосферы и почвы, температуру и давление окружающей среды, влажность и другие гидрологические параметры, под воздействием которых живые организмы приобретают присущие их виду черты. Если в природные комплексы с полностью сформировавшейся растительностью вмешивается человек, то их восстановление происходит по законам, которые определяют основными свойствами биогеоценоза. К ним относятся:

1. Целостность. Заключается в обеспечении солнечной энергией и питательными веществами всех живых организмов и непрерывном переносе неиспользованной пищи обратно в круговорот веществ.
2. Устойчивость. Способность сложившегося БГЦ выдерживать воздействия со стороны внешней среды.
3. Саморегуляция. Поддержание численности живых существ в различных пищевых цепочках на определенном уровне.
4. Самовоспроизводство. Организмы, составляющие БГЦ должны быть способны к размножению для сохранения и воссоздания популяций.
5. Изменение. Количество организмов зависит от сезонных чередований погодных условий.

Для нормального существования БГЦ должны соблюдаться три показателя. Первый — видовое разнообразие, под которым подразумевается совокупность организмов всех классов и групп, обитающих в определенном природном комплексе. Нарушение какого-либо трофического уровня (звена в пищевой цепи) оказывает влияние на всю систему. Второй показатель — плотность популяций.

Она находится в прямой зависимости от обеспеченности участников питанием и характеризуется продуктивностью БГЦ — его общей биомассой, состоящей из живого вещества всех разновидностей животных и растений, в него входящих.

Чтобы экосистема считалась БГЦ, она должна представлять собой географическое образование и быть однородной по всем параметрам: микроорганизмам, населяющими почвенный слой, флоре и фауне, рельефу, глубине залегания и режиму грунтовых вод, почвообразующей породе. Кроме того, вид обмена веществ у каждого БГЦ особенный, присущий только ему.

Структурный состав

БГЦ состоит из материальных тел, которые называются его компонентами. Их подразделяют на 2 группы:

1. Живые или биотические (биоценоз).
2. Косные или абиотические вещества (сырье) — экотоп, биотоп.

К последним относятся углекислый газ, вода, кислород и другое. Биотические компоненты БГЦ могут жить под землей или водой, вести наземный образ жизни. Каждому из них отведено определенное место в пищевой цепи (трофический уровень), они находятся в тесной взаимосвязи друг с другом и по-разному участвуют в процессах обмена веществ. В структуру биогеоценоза входят:

• продуценты;
• консументы;
• редуценты.

Продуценты выполняют роль преобразователей солнечной энергии в органику и минералы, т. е. обеспечивают питание обитателям БГЦ. Это растения, основным процессом в которых выступает фотосинтез. Они являются источником пищи для консументов, к которым относятся травоядные животные, насекомые и некоторых разновидности паразитирующих растений.

Консументы одних видов могут употреблять в пищу другие виды консументов — крупные хищники нападают на травоядных животных, грызунов и мелких хищников. Органические останки используются для питания другими животными или растениями. Даже на самого грозного хищника после смерти нападают редуценты — бактерии и грибки. Их задача — разложить органику до неорганического состояния. Таким образом, редуценты замыкают круг взаимосвязей между флорой и фауной.

Кратко схему БГЦ можно представить как передачу переработанной растениями энергии Солнца животным, которые преобразуют ее в органические вещества.

Микроорганизмы, минерализующие органику, дают возможность представителям флоры усваивать соединения азота: растениям усваивать азот. В этом круговороте участвуют практически все химические элементы, присутствующие на планете.

Взаимоотношения между компонентами

В каждом БГЦ существуют сложные связи между участниками, носящие разветвленный характер. Симбиоз и мутуализм относятся к взаимополезным, так как в этих случаях обе стороны получают выгоду. Некоторые участники системы квартируют у других видов или являются по отношению к ним нахлебниками. Такие взаимоотношения, когда преимущество оказывается у одного организма без нанесения им ущерба другому, считаются полезно нейтральными.

Если один участник получает пользу за счет причинения вреда другому, то связь является полезно вредной. В эту категорию входят паразитизм и хищничество. Антагонизм и конкуренция, при которых организмы враждуют друг с другом, относятся к взаимо вредным взаимодействиям. Аменсализм является нейтрально вредной связью, а отношениями, от которых нет ни вреда, ни пользы обеим сторонам, считаются нейтральными. Каждый вид взаимосвязей — это ограничивающий фактор, играющий важную роль для поддержания в БГЦ динамического равновесия.

Механизм саморегуляции

Сложной системе БГЦ, где каждый участник процесса является важным и необходимым, присущ механизм саморегуляции, или динамического равновесия. Его действие легко понять на примере. Если погодные условия предполагают интенсивный рост растений, то увеличивается и количество органических питательных веществ, что вызывает ощутимый рост популяций животных, потребителей растительной пищи. Хищники активно охотятся, и количество травоядных уменьшается, но разрастается их собственная популяция.

Пищи становится недостаточно, и часть хищников вымирает. В результате экосистема возвращается в состояние равновесия. Об устойчивости БГЦ можно судить и по косвенным признакам. Динамическое равновесие характеризуется видовым разнообразием, широким жизненным пространством, отсутствием антропогенного воздействия, межвидовым взаимодействием в большом диапазоне.

Общие черты и особенности

Все БГЦ являются долговременными образованиями, которые складывались не одно столетие. Они имеют между собой хорошо выраженные отличия по видовому составу растительности, которые всегда закономерны и объяснимы с биологической точки зрения. Существующие в природе экосистемы имеют естественное происхождение. Типичные примеры биогеоценоза — луг или степь. На них первичным звеном в качестве продуцента выступают луговые (степные) травы, перерабатывающие энергию Солнца.

Вторичным звеном в цепи питания могут быть кустарники и другие растения, значение которых в производстве глюкозы для БГЦ невелико. Травы и кустарники становятся пищей для птиц, мелких зверей и насекомых, которыми, в свою очередь, питаются хищники. Останки мертвых растений и животных попадают в почву, где микроорганизмы их перерабатывают до неорганического состояния.

В отличие от лугов и степей, фитоценозы лиственных лесов разделены на нескольких ярусов. Высокие деревья, как обитатели верхнего яруса, имеют намного лучший доступ к солнечной энергии, чем растения, живущие в тени на более низких ярусах. Еще ниже кустарников и трав находится слой опади (сухих и гнилых листьев), в котором обитают грибы. Для среды обитания животных в лиственном лесу тоже характерна ярусность. Примеры фитоценозов:

• разнотравные луга и дубняки;
• злаковые луга;
• лишайниковые лиственничники;
• широколиственные леса.

Интересный вариант БГЦ — пруд. Его участники живут в воде, над водой и на дне водоема. Растительность пруда представлена классом водорослей, часть из которых постоянно находится под водой, а часть плавает на поверхности. Ими питаются разнообразные представители фауны — рыбы, ракообразные, брюхоногие, насекомые.

Хищникам нетрудно найти себе добычу, а микроорганизмы обитают не только в придонных почвах, но и в толще воды.

Искусственные системы

Примерами рукотворных БГЦ могут выступать агробиоценозы, организация которых осуществляется в процессе хозяйственной деятельности человека, а их состояние характеризуется рядом антропогенных факторов. В аграрном секторе к ним относятся виды посевного материала, успешность борьбы с сорняками, уничтожение вредителей, состав и количество удобрений, способы полива.

Искусственные биокомплексы без человеческого участия быстро вырождаются — заброшенные посевы зарастают сорняками, подвергаются нашествию активно размножающихся вредителей и в итоге погибают. Во время этого происходит изменение свойств БГЦ — без антропогенного фактора он теряет способность к саморегуляции и устойчивости.

Условия формирования

В отличие от искусственных, возникающих за короткое время, формирование естественных продолжается намного дольше и иногда достигает сотен и тысяч лет. Участникам необходимо долго приспосабливаться друг к другу, а высокая устойчивость определяется стабильным характером взаимодействия между участниками БГЦ. Динамическое равновесие в таких системах может нарушиться только в результате масштабных природных катаклизмов, значительных техногенных катастроф или грубого антропогенного вмешательства, связанного с разрушениями в биосфере.

Несмотря на то что естественным БГЦ свойственна устойчивость, их свойства со временем могут изменяться, преобразовываясь из одних в другие. Иногда реорганизация происходит быстро, например, в случае обмеления и зарастания небольших водоемов, которые за короткое время превращаются в болота или полностью пересыхают.

В других случаях БГЦ изменяется в течение длительного периода. Например, скальные породы постепенно зарастают мхами, на них появляются трещины, заполненные гумусом. В нем начинает появляться другая растительность, еще больше разрушающая скальную породу. В итоге меняется общий ландшафт, который заселяют новые представители фауны.

Таким образом, свойства БГЦ без антропогенного влияния меняются постепенно, но неуклонно, и только человек способен резко увеличить скорость этих изменений, что довольно часто приносит вред экологии.