Искусственный биоценоз - биоценоз, созданный человеком в своих интересах, например, агроценоз , т.е. поле, засеянное какой-либо сельскохозяйственной структурой, или зооценоз - животноводческая ферма, птицеферма, пруд.
Искусственные биоценозы характеризуются высокой продуктивностью: например, агроценозы занимают 10% суши и поставляют 90% питательных веществ, сырья. Однако, это продуктивность одного вида растений или животных, а поэтому для искусственного биоценоза не характерны саморегуляция и устойчивость . Он не может длительно существовать без помощи человека. В этом случае он исчезает.
Агроценоз - искусственно созданный человеком биоценоз. Он не способен длительное время существовать без вмешательства человека, не обладает саморегуляцией и в то же время характеризуется высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких видов (сортов) растений либо пород животных.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.Какие оболочки Земли входят в состав биосферы, какие - не входят?
2.Кто впервые ввел название “биосфера” и кто создал учение о биосфере?
3.Из каких слоев состоит атмосфера и чем они характеризуются?
4.Из каких горных пород сложена литосфера?
5.Какова доля Мирового океана по сравнению с сушей?
6.Каковы верхние и нижние пределы жизни во всех оболочках Земли?
7.Что такое биомасса и какую долю от массы биосферы она составляет?
8.Каковы свойства биомассы?
9.Как изменяется плотность жизни в различных природных зонах?
10.Какими признаками биогеоценоза характеризуется почва?
11.Как изменяется мощность почвы в различных природных зонах?
12.Какие биологические, химические и физические процессы происходят в почве?
13.Что такое круговорот веществ в природе?
14.Какую роль в круговороте веществ и превращении энергии играют зеленые растения и животные?
15.Какое значение имеет наука - биология - в сохранении жизни на Земле?
16.Почему В.И.Вернадский назвал современную биосферу - ноосферой (сферой разума)?
Основные термины и понятия
Биосфера - часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Включает верхнюю часть литосферы, гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Учение о биосфере развито акад. В.И.Вернадским.
Биомасса Земли - совокупность всех живых организмов (живого вещества) планеты. Выражается в единицах массы или энергии, отнесенной к единице площади или объема. Биомасса Земли составляет 2,423 х 10 12 степени тонн, из которых растений 97%, животных - 3%.
Биомасса поверхности суши - совокупность всех живых организмов - растений, животных, микроорганизмов, населяющих сушу.
Биомасса почвы - совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе формирования почвы. Почвенные организмы включают в кругооборот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
Гумус - органическое вещество почвы, образующееся за счет разложения растительных и животных остатков и продуктов их жизнедеятельности. Количество гумуса служит показателем плодородия почвы, так как в нем находятся все основные элементы питания растений (гумусовый горизонт черноземных почв содержит до 30% гумуса).
Биомасса Мирового океана - совокупность всех живых организмов, населяющих основную часть гидросферы Земли. Биомасса его в 1000 раз меньше, чем биомасса суши, так как использование солнечной энергии в воде составляет 0,04% , на суше - 0,1 - 0,3%.
Биологическая продуктивность - количество органического вещества, производимого за определенное время организмами, входящими в состав того или иного биогеоценоза (луга, леса, поля, водоема). Измеряется в единицах массы, времени и площади.
Живое вещество - совокупность живых организмов (биомассы) биосферы. Представляет собой открытую систему, для которой характерны рост, размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой.
Всем известно, что на определённом участке земли или водоёма уживается вместе определённое количество организмов, растений и животных. Их совокупность, а так же взаимоотношение и взаимодействие между собой и с другими абиотическими факторами принято называть биоценозом. Это слово образовано путём слияния двух латинских слов «биос» — жизнь и «ценоз» — общие. Любое биологическое сообщество состоит из таких компонентов биоцеоза как:
- — зооценоз;
- — фитоценоз;
- микроорганизмы — микробиоценоз.
Следует отметить, что фитоценоз является главенствующим компонентом, определяющим зооценоз и микробиоценоз.
Происхождение понятия «биоценоз»
В конце ХІХ века немецкий учёный Карл Мёбиус изучал места проживания устриц в Северном море. В ходе изучения он установил, что эти организмы могут существовать только в конкретных условиях, которые включают глубину, скорость течения, содержание соли и температуру воды. Помимо этого он отметил, что вместе с устрицами проживают строго определённые виды морских обитателей. Так в 1877 году с выходом его книги «Устрицы и устричное хозяйство» в научной среде появился термин и понятие биоценоза.
Классификация биоценозов
Сегодня бытует ряд признаков, в соответствии с которыми классифицируют биоценоз. Если мы говорим о систематизации на основе размеров, то это будет:
- макробиоценоз, который изучает горные массивы, моря и океаны;
- мезобиоценоз — леса, болота, луга;
- микробиоценоз — отдельно взятый цветок, лист или пень.
Так же биоценозы могут классифицироваться в зависимости от среды обитания. Тогда будут выделены следующие типы:
- морские;
- пресноводные;
- наземные.
Самой простой систематизацией биологических сообществ является их деление на природные и искусственные биоценозы. К числу первых относятся первичные, образованные без влияния человека, а так же вторичные, на которые повлияли природные стихии. Ко второй группе относятся те, кто претерпел изменения вследствие антропогенных факторов. Давайте более детально остановимся на их особенностях.
Природные биоценозы
Природные биоценозы представляют собой объединения живых существ, созданные самой природой. Такие сообщества являются исторически сложившимися системами, которые создаются, развиваются и функционируют по своим особенным законам. Немецкий учёный В. Тишлер обозначил следующие характеристики подобных образований:
- Возникают биоценозы с готовых элементов, которыми могут являться как представители отдельных видов, так и целые комплексы;
- отдельные части сообщества могут быть заменены другими. Так один вид может быть вытеснен другим, без негативных последствий для всей системы;
- с учётом того, что в биоценозе интересы разных видов противоположны, то вся надорганизменная система основана и держится благодаря действию силы противодействия;
- каждое природное сообщество строится путём количественной регуляции одного вида другим;
- размеры любых надорганизменных систем зависят от внешних факторов.
Искусственные биологические системы
Искуственные биоценозы формируются, поддерживаются и регулируются человеком. Профессор Б.Г. Иоганзен ввёл в экологию определение антропоценоза, то есть умышленно созданной человеком природной системы. Это может быть парк, сквер, аквариум, террариум и т.д.
Среди рукотворных биоценозов выделяют агробиоценозы — это биосистемы, созданные для получения продовольствия. К ним причисляют:
- водохранилища;
- каналы;
- пруды;
- пастбища;
- поля;
- лесопосадки.
Типичной особенностью является тот факт, что он не в состоянии существовать длительный период времени без человеческого вмешательства.
Вернуться к графической версии учебника...
§ 5. Биоценоз. Многообразие биоценозов
Понятие биоценоза. Живые организмы встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, как независимые особи, а образуют закономерные комплексы (сообщества). Впервые на возможность выделения таких сообществ обратил внимание немецкий биолог Карл Август Мёбиус (1825- 1908). В 1877 г. он предложил для обозначения комплекса живых организмов, постоянно встречающихся вместе, при наличии одинаковых условий существования, термин биоценоз (от греч. bios - жизнь и koinos - общий, делать что-либо общим).
Биоценоз - это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема) (рис. 2.1).
Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но мы знаем, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.
В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории - фитоценоз (от греч.phyton - растение), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, - зооценоз (от греч.zoon - животное), микробоценоз - совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз (от греч. mykes - гриб) - совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.
Каждый биоценоз развивается в пределах однородного пространства, которое характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов, таких как количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп - это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие.
Масштабы биоценозов могут быть различны - от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев, моховых кочек на болоте или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т.д.
В водной среде биоценозы обычно выделяют в соответствии с экологическими подразделениями водоемов - биоценоз прибрежных песчанистых или
илистых грунтов, биоценоз приливной зоны моря, биоценоз крупных водных растений прибрежной зоны озера, биоценоз пресного водоема и т.д. (рис. 2.2).
В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь, хоть и обитают в других биоценозах.
Например, многие насекомые размножаются в водоемах, где являются важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут наземный образ жизни, т.е. выступают как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а обитать в лесу. То же касается и многих видов лесных птиц, которые ищут себе пропитание не только в лесу, а и на прилегающих лугах или болотах.
Видовая структура биоценоза. Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов. Видовое разнообразие различных биоценозов разное, что обусловлено их разным географическим положением. Установлено: оно уменьшается по направлению от тропиков в сторону высоких широт, что объясняется ухудшением условий жизни организмов.
Например, во влажных тропических лесах Малайзии на 1 га леса можно насчитать до 200 видов древесных пород. Биоценоз соснового леса в условиях Беларуси может включать максимум до десяти видов деревьев на 1 га, а на севере таежной области на такой же площади присутствует 2-5 видов. Наиболее бедными биоценозами по набору видов являются альпийские и арктические пустыни, самыми богатыми - тропические леса.
Если какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность или численность), то такой вид называется доминантным, или доминирующим.
Доминантные виды есть в любом биоценозе. В дубраве это могучие дубы. Используя основную долю солнечной энергии и наращивая наибольшую биомассу, они затеняют почву, ослабляют движение воздуха и создают особые условия для жизни других обитателей леса.
Однако кроме дубов в дубраве проживает большое количество других организмов. Например, дождевые черви, живущие здесь, улучшают физические и химические свойства почвы, пропуская через пищеварительную систему частицы отмерших растений и опавших листьев. Дуб и червь вносят свой особый вклад в жизнедеятельность биоценоза, однако роль дуба здесь определяющая, поскольку вся жизнь дубового леса обусловливается этой древесной породой и связанными с ней растениями. Поэтому именно дуб является доминирующим видом в таком лесу.
Пространственная структура биоценоза. Виды распределяются в пространстве в соответствии с их потребностями и условиями местообитания. Такое распределение в пространстве видов, составляющих биоценоз, называется пространственной структурой биоценоза. Различают вертикальную и горизонтальную структуру биоценоза.
Вертикальная структура биоценоза образована отдельными его элементами, особыми слоями, которые называются ярусами. Ярус - совместно произрастающие группы видов растении, различающиеся по высоте и положению в биоценозе ассимилирующих органов (листья, стебли, подземные органы - клубни, корневища, луковицы и т.п.). Как правило, разные ярусы образованы разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, кустарничками, травами, мхами). Наиболее четко ярусность выражена в лесных биоценозах (рис. 2.3). Так, первый ярус здесь обычно формируют самые большие деревья с высоко расположенной листвой, которая хорошо освещается солнцем. Неиспользованный свет может поглощаться деревьями поменьше, образующими второй, подпологовый, ярус. Около 10 % солнечной радиации перехватывается ярусом подлеска, который образуют различные кустарники, и только от 1 до 5 % - растениями травяного покрова (травяно-кустарничковый ярус).
Напочвенный слой мхов и лишайников формирует мохово-лишайнико-вый ярус. Итак, схематично в лесном биоценозе выделяется 5 ярусов.
Подобно распределению растительности разные виды животных в биоценозах также занимают определенные уровни (рис. 2.4). В почве живут почвенные черви, микроорганизмы, землеройные животные. В листовом опаде, на поверхности почвы живут различные многоножки, жужелицыклещи и другие мелкие животные. В верхнем пологе леса гнездятся птицы, причем одни могут питаться и гнездиться ниже верхнего яруса, другие - в кустарниках, а третьи - возле самой земли. Крупные млекопитающие обитают в нижних ярусах.
Ярусность наблюдается также в биоценозах океанов и морей. Разные виды планктона держатся на разной глубине, в зависимости от освещения, а разные виды рыб - в зависимости от того, где они находят себе пропитание.
Живые организмы распределены в пространстве неравномерно. Обычно они составляют группировки, что является приспособительным фактором в их жизни. Такие группировки организмов определяютгоризонтальную структуру биоценоза.
Расчлененность в горизонтальном направлении - мозаичность - свойственна практически всем биоценозам. Примеров такого распределения можно привести множество. Огромными косяками передвигаются с места на место многие виды рыб. В большие стаи собираются водоплавающие и воробьиные птицы, готовящиеся к дальним перелетам. Североамериканские олени карибу в условиях тундры образуют огромные стада. В южноамериканских тропиках группы муравьев, вооруженные могучими челюстями и жалами, выстраиваются фронтом 20-метровой ширины и идут в атаку, истребляя всех, кто замешкался и не в силах спастись бегством.
Такие же примеры можно привести и для растений: пятнистое размещение особей клевера на лугу, пятна мхов и лишайников, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых опушках.
Наличие мозаичности имеет важное значение для жизни сообщества. Мозаичность позволяет более полно использовать различные типы микроместообитаний. Особям, образующим группировки, свойственна высокая выживаемость, они наиболее эффективно используют пищевые ресурсы. Это ведет к увеличению численности и разнообразию видов в биоценозе, способствует его устойчивости и жизнеспособности.
Отношения организмов в биоценозах. Особи разных видов существуют в биоценозах не изолированно; они вступают между собой в разнообразные прямые и косвенные отношения. Прямые отношения разделяют на четыре типа: трофические, топические, форические, фабрические.
Трофические отношения возникают тогда, когда один вид в биоценозе питается другим (либо мертвыми остатками особей этого вида, либо продуктами их жизнедеятельности). Божья коровка, питающаяся тлей, корова на лугу, поедающая сочную траву, волк, охотящийся на зайца, - это все примеры прямых трофических связей между видами.
Топические отношения характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Ель, затеняя почву, вытесняет светолюбивые виды из-под своей кроны, ракообразные поселяются на коже китов, мхи и лишайники располагаются на коре деревьев. Все эти организмы связаны друг с другом топическими связями.
Форические отношения - участие одного вида в распространении другого. В этой роли обычно выступают животные, переносящие семена, споры, пыльцу растений. Так, обладающие цепляющимися шипами семена лопуха или череды могут захватываться шерстью крупных млекопитающих и переноситься на большие расстояния.
Фабрические отношения - тип связей, при которых особи одного вида используют для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки либо даже живых особей другого вида. Например, птицы строят гнезда из сухих веточек, травы, шерсти млекопитающих и т.п. Личинки ручейников для строительства своих домиков используют кусочки корыпесчинки, обломки раковин или же сами раковины с живыми моллюсками мелких видов.
Из всех типов биотических отношений между видами в биоценозе наибольшее значение имеют топические и трофические связи, поскольку они удерживают друг возле друга организмы разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разного масштаба.
По размеру биоценозы могут быть разными - от мелких (кочка на болоте, муравейник, подушки лишайников на стволах деревьев, небольшой пруд) до очень больших (биоценоз леса, луга, озера, болота, ковыльной степи).
Биоценозы чаще всего не имеют четких границ. В природе они переходят друг в друга постепенно, благодаря чему невозможно определить, где кончается один биоценоз и начинается другой. Например, биоценоз сухого леса постепенно переходит в биоценоз увлажненного луга, который сменяется болотом. Визуально мы можем отграничить лесной биоценоз от лугового и болотного, но сказать четко, где проходит линия границы, мы не в состоянии. В подавляющем большинстве случаев мы будем иметь дело со своеобразной переходной полосой различной ширины и длины, потому что жесткие, резкие границы в природе - редкое исключение. Такая переходная полоса (или зона) между смежными физиономически различимыми сообществами называется экотоном.
Исторически сложившиеся группировки совместно обитающих и взаимосвязанных организмов разных видов называются биоценозами. В состав биоценоза входят фитоценоз, зооценоз, микоценоз и мик-робоценоз. Каждый биоценоз характеризуется видовой и пространственной (вертикальной и горизонтальной) структурой и различными биотическими взаимоотношениями организмов.
В природе все живые организмы находятся в постоянной взаимосвязи друг с другом. Как же она называется? Биоценоз - это сложившаяся совокупность микроорганизмов, грибов, растений и животных, которая сформировалась исторически на относительно однородном жизненном пространстве. Причем все эти живые организмы связаны не только между собой, но и с окружающей их средой. Биоценоз может существовать как на суше, так и в воде.
Происхождение термина
Впервые понятие было использовано известным немецким ботаником и зоологом Карлом Мебиусом в 1877 г. Он применил его для описания совокупности и взаимоотношений организмов, заселяющих определенную территорию, которую называют биотопом. Биоценоз - это один из главных объектов исследования современной экологии.
Суть взаимосвязей
Биоценоз - это взаимосвязь, возникшая на основе биогенного круговорота. Именно он обеспечивает его в конкретных условиях. Какая структура биоценоза? Данная динамическая и саморегулирующаяся система состоит из следующих взаимосвязанных составляющих:
- Продуценты (афтотрофы), являющиеся производителями органических веществ из неорганических. Некоторые бактерии и растения в процессе фотосинтеза преобразуют солнечную энергию и синтезируют органику, которую потребляют живые организмы, называемые гетеротрофами (консументы, редуценты). Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы, который выделяют другие организмы, и вырабатывают кислород.
- Консументы, которые являются основными потребителями органических веществ. Травоядные животные поедают растительную пищу, в свою очередь, становясь обедом для плотоядных хищников. Благодаря процессу пищеварения консументы осуществляют первичное измельчение органики. Это начальная ступень ее распада.
- Редуценты, окончательно разлагающие органические вещества. Они утилизируют отходы и трупы продуцентов и консументов. Редуценты - это бактерии и грибы. Результатом их жизнедеятельности становятся минеральные вещества, которые снова потребляют продуценты.
Таким образом, можно проследить все связи в биоценозе.
Основные понятия
Всех членов сообщества живых организмов принято называть определенными терминами, происходящими от греческих слов:
- совокупность растений на конкретной территории, - фитоценоз;
- все виды животных, проживающих в пределах одной площади, - зооценоз;
- все микроорганизмы, обитающие в биоценозе, - микробоценоз;
- сообщество грибов - микоценоз.
Количественные показатели
Самые важные количественные показатели биоценозов:
- биомасса, представляющая собой совокупную массу всех живых организмов в конкретных природных условиях;
- биоразнообразие, которое являет собой общее количество видов в биоценозе.
Биотоп и биоценоз
В научной литературе часто используются такие термины, как «биотоп», «биоценоз». Что они означают и чем отличаются друг от друга? На самом деле всю совокупность живых организмов, входящих в конкретную экологическую систему, принято называть биотическим сообществом. Такое же определение имеет и биоценоз. Это совокупность популяций живых организмов, обитающих на определенной географической территории. Она отличается от других по ряду химических (почва, вода) и физических (солнечное облучение, высота над уровнем моря, размер площади) показателей. Участок абиотической среды, занятый биоценозом, называютбиотопом. Так что оба эти понятия применяются для описания сообществ живых организмов. Иными словами, биотоп и биоценоз - это практически одно и то же.
Структура
Существует несколько видов структур биоценоза. Все они характеризуют его по разным критериям. К ним относятся:
- Пространственная структура биоценоза, которую подразделяют на 2 типа: горизонтальную (мозаичность) и вертикальную (ярусность). Она характеризует условия обитания живых организмов в конкретных природных условиях.
- Видовая структура биоценоза, отвечающая за определенное многообразие биотопа. Она представляет собой совокупность всех популяций, которые входят в его состав.
- Трофическая структура биоценоза.
Мозаичность и ярусность
Пространственная структура биоценоза определяется расположением живых организмов разных видов относительно друг друга в горизонтальном и вертикальном направлении. Ярусность обеспечивает наиболее полное использование окружающей среды и равномерное распределение видов по вертикали. Благодаря этому достигается их максимальная продуктивность. Так, в любых лесах выделяют следующие ярусы:
- наземный (мхи, лишайники);
- травянистый;
- кустарниковый;
- древесный, включающий деревья первой и второй величины.
На ярусность накладывается соответствующее расположение животных. Благодаря вертикальной структуре биоценоза растения наиболее полно используют световой поток. Так, в верхних ярусах растут светолюбивые деревья, а в нижних - теневыносливые. В почве также выделяют различные горизонты в зависимости от степени насыщенности корнями.
Под действием растительности биоценоз леса создает свою микросреду. В ней наблюдается не только повышение температуры, но и изменение газового состава воздуха. Такие трансформации микросреды благоприятствуют образованию и ярусности фауны, включая насекомых, животных и птиц.
Пространственная структура биоценоза имеет и мозаичность. Под этим термином понимают изменчивость флоры и фауны по горизонтали. Мозаичность по площади зависит от многообразия видов и их количественного соотношения. Также на нее влияют почвенные и ландшафтные условия. Зачастую человек создает искусственную мозаичность, вырубая леса, осушая болота и т. д. Из-за этого на данных территориях образуются новые сообщества.
Мозаичность присуща почти всем фитоценозам. В их пределах выделяют следующие структурные единицы:
- Консорции, представляющие собой совокупность видов, объединенных топическими и трофическими связями и зависящих от ядра этой группировки (центрального члена). Чаще всего ее основой выступает растение, а компонентами - микроорганизмы, насекомые, животные.
- Синузии, являющие собой группу видов в фитоценозе, принадлежащую близким жизненным формам.
- Парцели, представляющие структурную часть горизонтального сечения биоценоза, отличающуюся от других его компонентов своим составом и свойствами.
Пространственная структурированность сообщества
Наглядным примером для понимания вертикальной ярусности у живых существ являются насекомые. Среди них есть такие представители:
- обитатели почв - геобии;
- жители поверхностного слоя земли - герпетобии;
- проживающие во мхах бриобии;
- размещающиеся в травостое филлобии;
- обитающие на деревьях и кустарниках аэробии.
Горизонтальная структурированность вызывается целым рядом различных причин:
- абиогенной мозаичностью, к которой относятся факторы неживой природы, такие как органические и неорганические вещества, климат;
- фитогенной, связанной с произрастанием растительных организмов;
- эолово-фитогеннаой, представляющей собой мозаичность по абиотическим и фитогенным факторам;
- биогенной, связанной в первую очередь с животными, которые способны рыть землю.
Видовая структура биоценоза
Количество видов в биотопе напрямую зависит от стойкости климата, времени существования и производительности биоценоза. Так, например, в тропическом лесу такая структура будет намного шире, чем в пустыне. Все биотопы отличаются друг от друга количеством видов, населяющих их. Самые многочисленные биогеоценозы называют доминантными. В некоторых из них определить точное число живых существ просто невозможно. Как правило, ученные определяют количество разных видов, сосредоточенных на конкретной территории. Этот показатель характеризует видовое богатство биотопа.
Данная структура дает возможность определить качественный состав биоценоза. При сравнении одинаковых по площади территорий определяют видовое богатство биотопа. В науке существует так называемый принцип Гаузе (конкурентного исключения). В соответствии с ним считается, что если в однородной среде существуют 2 вида похожих живых организмов вместе, то при постоянных условиях один из них постепенно вытеснит другой. При этом у них возникают конкурентные взаимоотношения.
Видовая структура биоценоза включает в себя 2 понятия: «богатство» и «разнообразие». Они несколько отличаются между собой. Так, видовое богатство являет общий набор обитающих в сообществе видов. Он выражается перечнем всех представителей разных групп живых организмов. Видовое разнообразие представляет собой показатель, характеризующий не только состав биоценоза, но и количественные взаимоотношения между его представителями.
Ученые различают бедные и богатые биотопы. Эти виды биоценоза отличаются между собой количеством представителей сообществ. В этом немаловажную роль играет возраст биотопа. Так, молодые сообщества, которые начали свое формирование сравнительно недавно, включают небольшой набор видов. С каждым годом число живых существ в нем может увеличиваться. Наиболее бедными являются биотопы, созданные человеком (огороды, сады, поля).
Трофическая структура
Взаимодействие различных организмов, имеющих свое определенное место в круговороте биологических веществ, называюттрофической структурой биоценоза. Она состоит из следующих составляющих:
Особенности биоценозов
Популяции и биоценозы являются предметом тщательного изучения. Так, ученые установили, что большинство водных и практически все наземные биотопы имеют в своем составе микроорганизмов, растений и животных. Они установили такую особенность: чем больше различия в двух соседних биоценозах, тем более разнородные условия на их границах. Также установлено, что численность какой-то группы организмов в биотопе в значительной степени зависит от их размеров. Иными словами, чем мельче особь, тем больше численность этого вида. Установлено и то, что группы разных по размеру живых существ живут в биотопе в различных масштабах времени и пространства. Так, жизненный цикл некоторых одноклеточных протекает в пределах одного часа, а крупного животного - в пределах десятилетий.
Численность видов
В каждом биотопе выделяют группу основных видов, самых многочисленных в каждом размерном классе. Именно связи между ними являются определяющими для нормальной жизнедеятельности биоценоза. Те виды, которые преобладают по численности и продуктивности, считаются доминантами данного сообщества. Они господствуют в нем и являются ядром этого биотопа. Примером может служить трава мятлик, которая занимает максимальную площадь на пастбище. Она является основным продуцентом этого сообщества. В самых богатых биоценозах почти всегда все виды живых организмов малочисленны. Так, даже в тропиках на одной небольшой площади редко встречаются несколько одинаковых деревьев. Поскольку такие биотопы отличаются своей высокой стабильностью, в них редко встречаются вспышки массового размножения некоторых представителей флоры или фауны.
Все виды сообщества составляют егобиоразнообразие. У биотопа есть определенные принципы. Как правило, в его состав входят несколько основных видов, отличающихся высокой численностью, и большое количество редких видов, характеризующихся незначительным количеством его представителей. Это биоразнообразие является основой равновесного состояния конкретной экосистемы и ее устойчивости. Именно благодаря ему в биотопе происходит замкнутый круговорот биогенов (питательных веществ).
Искусственные биоценозы
Биотопы формируются не только естественным путем. В своей жизнедеятельности люди давно научились создавать сообщества с полезными для нас свойствами. Примеры биоценоза, созданного человеком:
- рукотворные каналы, водохранилища, пруды;
- пастбища и поля для сельскохозяйственных культур;
- осушенные болота;
- возобновляемые сады, парки и рощи;
- полезащитные лесопосадки.
Что же такое биоценоз.
Слово это образовано путем слияния двух латинских слов: "биос" - жизнь и "ценоз" - общие. Обозначает этот термин совокупность обитающих на одной территории, взаимосвязанных и взаимодействующих между собой микроорганизмов, грибов, растений и животных. Любое биологическое сообщество включает в себя такие компоненты биоценоза: микроорганизмы (микробиоценоз); растительность (фитоценоз); животные (зооценоз). Каждая из этих составляющих играет важную роль и может быть представлена особями разных видов. Однако следует отметить, что фитоценоз является ведущим компонентом, определяющим микробиоценоз и зооценоз.
Биоценозы искусственные создаются, поддерживаются и управляются человеком. Профессор Б.Г. Иоганзен ввел в экологию понятие антропоценоза, то есть искусственно сотворенной людьми природной системы, например, сквера, террариума или аквариума. Среди искусственных биоценозов выделяют агробиоценозы (агроценозы) - сообщества, созданные человеком для получения каких-либо продуктов. К ним относятся: водохранилища; каналы; пруды; осушенные болота; пастбища; поля для выращивания различных сельскохозяйственных культур; полезащитные лесные полосы; искусственно возобновляемые лесопосадки. Характерными особенностями агроценозов являются: Подобные искусственные системы экологически довольно неустойчивы, и без человеческого участия агроценозы овощных и зерновых культур просуществуют около года, агробиоценозы многолетних трав продержатся примерно три года. Наиболее устойчивы биоценозы искусственные плодовых культур, так как без воздействия человека они смогут существовать несколько десятилетий. агрофитоценоз как основа жизнедеятельности; отсутствие саморегуляции системы; низкое видовое разнообразие; доминирование домашних животных или окультуренных растений; получение дополнительной поддержки от человека (борьба с сорняками и вредителями, внесение удобрений и другое); невозможность длительного существования без человеческого участия. Однако следует отметить, что даже самые бедные в видовом разнообразии агроценозы имеют в своем составе десятки видов организмов, относящихся к различным экологическим и систематическим группам. Любое поле, засеянное человеком кормовыми или сельскохозяйственными культурами, - это населенный разными живыми организмами биоценоз. Примеры - это и поле ржи или пшеницы, где кроме основной культуры "обитают" и сорняки; и различные насекомые (как вредители, так и их антагонисты); и множество микроорганизмов и беспозвоночных.
Урбаэкосистемы - экосистемы поселений человека. По своей структуре это сложные системы, содержащие кроме собственно жилых зданий сооружения, которые обслуживают человека (промышленные предприятия, транспорт и дороги, парки и т.д.). Значительная часть всего населения мира проживает в городах (около 75%). Процесс увеличения численности городских поселений, приводящий к росту и развитию городов, получил название урбанизации. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды - атмосферу, растительность, почву, рельеф, гидрографическую сеть, подземные воды, грунты и даже климат. Климатические условия в городах значительно отличаются от окружающих районов. Перепады температур, относительной влажности, величины солнечной радиации между городом и его окрестностями иногда соизмеряются с передвижением в естественных условиях на 20° по широте. На метеорологический режим города влияют следующие факторы: изменение альбедо (отражательной способности) земной поверхности, приводит к нагреву зданий и сооружений в городе и образованию "острова тепла".
Средняя температура воздуха в большом городе обычно выше температуры окружающих районов на 1-2, ночью - 6-8°С; в черте города заметно уменьшается скорость ветра что приводит к формированию очагов с высокими концентрациями загрязняющих веществ в воздухе; загрязнение атмосферы различными примесями, способствует образованию антропогенного аэрозоля, что приводит к резкому уменьшению количества солнечной радиации (инсоляции), поступающей на земную поверхность на 15%, ультрафиолетового излучения - в среднем на 30%, способствует увеличению частоты туманов - в среднем в 2-5 раз, увеличению облачности и вероятности выпадения осадков.
Увеличение количества осадков над городом идет в ущерб другим районам, усиливая засушливость сельской местность; уменьшение средней величины испарения с земной поверхности приводит к значительному снижению влажности воздуха зимой на 2%, летом на 20-30%. Проблема современных крупных городов усугубляется резкой недостаточностью природно-пространственных ресурсов. Поэтому большое значение должно уделяться вопросам планировки городов. Под планировкой населенных мест (городской планировкой) понимается отрасль архитектуры, рассматривающая вопросы комплексного упорядочения жизненного пространства на уровне регионов, групп населенных мест и отдельных городов и поселков городского типа. В последние годы появилось направление экологической планировки, в котором доминируют именно экологические требования, - экологическая архитектура. Экологическая архитектура стремится максимально учесть экологические и социально-экологические потребности конкретного человека от его рождения до глубокой старости. Современные формы пространственной организации и концентрации производства дают возможность изолировать наиболее агрессивные по отношению к окружающей природной среде и человеку хозяйственные объекты, а ценные природные комплексы сделать более доступными.
Для этого разрабатываются функциональные зоны. Жилая (селитебная) зона предназначена для размещения жилых районов, общественных центров (административных, научных, учебных, медицинских и др.), зеленых насаждений. В ней запрещено строительство промышленных, транспортных и иных предприятий, загрязняющих окружающую человека среду. Жилую зону размещают с наветренной стороны для ветров преобладающего направления, а также выше по течению рек по отношению к промышленным и сельскохозяйственным предприятиям с технологическими процессами, являющимися источником выделения в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ. В районах с противоположным направлением преобладающих ветров в летний и зимний периоды года жилые районы располагают слева и справа от указанных направлений ветров по отношению к промышленным предприятиям.
Промышленная зона предназначается для размещения промышленных предприятий и связанных с ними объектов. Промышленные зоны формируют с учетом производственно-технологических, транспортных, санитарно-гигиенических и функциональных требований. Наиболее вредные предприятия, в том числе взрывоопасные и пожароопасные, располагают в отдалении от жилой зоны, причем с подветренной стороны, т.е. таким образом, чтобы господствующие ветры дули от жилой зоны на промышленную. Промышленные зоны с предприятиями, загрязняющими поверхность воды, размещаются по течению реки ниже жилой зоны и зоны отдыха. Для улучшения процессов рассеивания выбросов в атмосферу предприятия располагают на более высоких отметках местности, увеличивая тем самым фактическую высоту выброса. Наоборот, предприятия с загрязненными промышленными площадками во избежание смыва загрязнений ливневыми водами на жилую территорию должны размещаться на более низких отметках, чем жилая территория и зона отдыха.
Санитарно-защитная зона предназначена для уменьшения отрицательного влияния промышленных и транспортных объектов на население. Эта зона пространства и растительности специально выделяется между промышленными предприятиями и районом проживания населения. Санитарно-защитная зона обеспечивает пространство для безопасного рассеивания вредных промышленных отходов. Ширина санитарно-защитной зоны определяется рассчитывается на основе научных материалов по закономерности распространения воздушных загрязнений, наличию в атмосфере процессов самоочищения, а также норм предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ.
В соответствии с экологическими требованиями не менее 40% санитарно-защитной зоны должно быть озеленено. Коммунально-складская зона предназначена для размещения торговых складов, складов для хранения овощей и фруктов, предприятий по обслуживанию транспорта (депо, автопарки), предприятий бытового обслуживания (фабрики-прачечные и фабрики химической чистки) и т.д. Коммунально-складскую зону размещают вне жилой территории, зачастую на территории санитарно-защитных зон промышленных предприятий. Зона внешнего транспорта служит для размещения транспортных коммуникаций пассажирских и грузовых железнодорожных станций, портов, пристаней и др.
Жилую застройку городов и других населенных пунктов рекомендуется отделять от железнодорожных линий санитарно-защитной зоной шириной 100 м, от края проезжей части скоростных дорог и дорог грузового движения до красной линии жилой застройки не менее 50 м, или дополнительно должны сооружаться шумозащитные ограждения или лесополосы. Зона отдыха включает городские и районные парки, лесопарки, спортивные комплексы, пляжи, дачные поселки, курорты, места туризма.
Особое место среди возможных воздействий в современных селитебных зонах занимают воздействия, связанные с изменением физических параметров. Физическое загрязнение - это загрязнение, обусловленное изменением физических параметров среды: температурно-энергетических (тепловое), волновых (световое, шумовое и электромагнитное загрязнения), радиационных (радиационное и радиоактивное загрязнения). Тепловое загрязнение формируется при использовании человеком дополнительной энергии ископаемого топлива. Под влиянием дополнительного тепла происходят изменения гидрохимического состава грунтовых вод (засоление почв), нарушения микробиологического и почвенно-поглощающего комплексов, деградации и изменения видового состава растительности.
Нарушение геологической среды наблюдается в пределах городских территорий до глубины 10-30 м. Повышение температуры увеличивает их фильтрующую способность, уменьшает вязкость, пластичность и влагоемкость. Проявляются опасные геологические процессы и явления, прежде всего в условиях многолетнемерзлых пород: термопросадки, термокарст, солифлюкция, деградация мерзлоты, образование наледей и морозное пучение.
При повышении температуры в организме человека и животных наблюдается ускорение абсорбции вредных веществ и поступления их в кровь, что приводит к быстрому развитию токсического процесса, увеличивается чувствительность к отравляющему действию ядов, нарушение метаболизма, функционального состояния нервной системы. Световое загрязнение - это осветление ночного неба искусственными источниками света, чей свет рассеивается в нижних слоях атмосферы. Иногда это явление также называют световым смогом.
Световое загрязнение влияет на цикл роста и развития многих растений. Распространённые источники белого света с большим удельным весом спектрального голубого света мешают ориентации многих видов насекомых, ведущих ночной образ жизни, а также сбивают с пути перелётных птиц, старающихся облетать очаги цивилизации. Не до конца исследовано воздействие светового загрязнения на хронобиологию человеческого организма. Возможны отклонения в гормональном балансе, тесно связанным с воспринимаемым циклом дня и ночи.
Шумовое загрязнение. Естественные природные звуки на экологическом благополучии человека не отражаются: шелест листвы и мерный шум морского прибоя соответствуют примерно 20 дБ. Звуковой дискомфорт создают антропогенные источники шума с высокими (более 60 дБ) уровнями шума, которые вызывают многочисленные жалобы. Уровни шума менее 80 дБ не вызывают опасности для слуха, при 85 дБ начинается некоторое ухудшение слуха, а при 90 дБ - серьезное нарушение слуха; при 95 дБ вероятность потери слуха составляет 50%, а при 105 дБ потеря слуха отмечается практически у всех лиц, подвергшихся шумовому воздействию. Уровень шума 110-120 дБ считается болевым порогом, а свыше 130 дБ - является разрушительным пределом для органа слуха Допустимый шум уличного движения у стен домов не должен превышать днем 50 дБ и ночью 40 дБ, а общий уровень шума в жилых помещениях - 40 дБ днем и 30 дБ ночью.
Для снижения шума на пути его распространения, применяются различные мероприятия: организацию необходимых территориальных разрывов, рациональную планировку и застройку территории, использование рельефа местности в качестве естественных природных экранов, шумозащитное озеленение.
Электромагнитное загрязнение. Электромагнитные поля (ЭМП) являются одним из постоянных элементов среды обитания человека и всех живых существ, в условиях которого происходила многовековая эволюция организмов.
Так, в периоды магнитных бурь увеличивается число сердечно-сосудистых заболеваний. Постоянные магнитные поля в повседневной жизни создаются различными промышленными установками, некоторыми аппаратами и др.
Наиболее мощные источники электромагнитного излучения - телевизионные и радиостанции, радиолокационные станции, линии передач электрического тока сверх - и ультравысокого напряжения на большие расстояния.
Транспортировка электроэнергии, осуществляемая магистральными линиями электропередач (ЛЭП) напряжением свыше 500 кВ, создает проблему биологического действия, поэтому вдоль данных сооружений рекомендуется создавать полосы отчуждения шириной 60-90 м. кроме этого контролируется напряженность электрического поля в жилых помещениях, на участках пересечения ЛЭП с автомобильными дорогами и т.д.
Для обеспечения санитарно-гигиенических норм качества городской среды необходимо создавать экологический каркас - систему объединенных и переходящих друг в друга участков природы различной площади, неразрывная взаимосвязь которых позволяет поддерживать экологическое равновесие и среду жизни, биологическое разнообразие.
Основу данного каркаса составляют зеленые насаждения. Зеленые растения играют огромную роль в обогащении окружающей среды кислородом и поглощении образующегося диоксида углерода.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает, что на 1 горожанина должно приходиться 50 м2 городских зеленых насаждений и 300 м2 пригородных. Зеленые насаждения улучшают микроклимат городской территории, предохраняют от чрезмерного перегревания почву, стены зданий, тротуары, увеличивают влажность воздуха, задерживают пылевые частицы, осаждают мелкодисперсные аэрозоли, поглощают газообразные загрязняющие вещества.
Многие растения выделяют фитонциды - летучие вещества, способные убивать болезнетворные бактерии или тормозить их развитие. Хорошо защищают прилегающие территории от шумовых воздействий. Благотворно влияют на психическое и эмоциональное состояние человека.
Для повышения эффективности влияния зеленых насаждений на микроклимат прилегающих территорий рекомендуется создавать в городах зеленые полосы шириной 75-100 м через каждые 400-500 м. Эстетическую ценность урбанизированных ландшафтов повышают природные и искусственные акватории.
Гармоничное сочетание водного зеркала с прибрежной зеленью делает эти уголки природы привлекательными для всех горожан.