§ 81. Экологические сообщества

1. Какие экологические сообщества вам известны?

Ответ. Экосистема, или экологическая система — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз) , среды их обитания (биотоп) , системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии.

Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённого состава лесной подстилкой, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

2. Чем фитоценоз отличается от биоценоза?

Ответ. Фитоценоз отличается от биоценоза тем, что фитоценоз - это совокупность растительных организмов биоценоза.

Термин «биоценоз» был предложен немецким зоологом К. Мебиусом и обозначает организованную группу популяций растений, животных и микроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию в пределах определенного объема пространства.

Любой биоценоз занимает определенный участок абиотической среды. Биотоп – пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов.

Размеры биоценотических группировок организмов чрезвычайно разнообразны – от сообществ на стволе дерева или на болотной моховой кочке до биоценоза ковыльной степи. Биоценоз (сообщество) – не просто сумма образующих его видов, но и совокупность взаимодействий между ними. Экология сообществ (синэкология) – это также научный подход в экологии, в соответствии с которым прежде всего исследуют комплекс отношений и господствующие взаимосвязи в биоценозе. Синэкология занимается преимущественно биотическими экологическими факторами среды.

В пределах биоценоза различают фитоценоз – устойчивое сообщество растительных организмов, зооценоз – совокупность взаимосвязанных видов животных и микробиоценоз – сообщество микроорганизмов:

фитоценоз + зооценоз + микробиоценоз = биоценоз.

При этом в чистом виде ни фитоценоз, ни зооценоз, ни микробиоценоз в природе не встречаются, как и биоценоз в отрыве от биотопа.

3. В чем различие между биоценозом и экосистемой?

Ответ. В биологии используются три близких по значению понятия:

Биогеоценоз - система из сообщества живых организмов (биота) и его биотического окружения на ограниченном участке земной поверхности с однородными условиями (биотоп)

Биогеоценоз — биоценоз, который рассматривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и в свою очередь изменяющимися под его воздействием. Биоценоз имеет синоним сообщество, ему также близко понятие экосистема.

Экосистема — группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой круговоротом веществ.

Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва) . Биотоп — это территория, которую занимает биогеоценоз. Экотоп — это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.

Биогеоценоз исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (экотопом) ; граница биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза) – важнейшего компонента биогеоценоза. Для каждого биогеоценоза характерен свой тип вещественно-энергетического обме

Понятие экосистемы шире, чем понятие биогеоценоза. Выделяют: микроэкосистемы (подушка лишайника и т. п.) ; мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.) ; макроэкосистемы (континент, океан) и, наконец, глобальную экосистему, или экосферу – интеграцию, всех экосистем мира (биосфера Земли) Биогеоценоз занимает среднее положение между микро- и мезоэкосистемой. Всегда надо помнить: биогеоценоз должен занимать участок однородный по рельефу, подстилающей почвообразующей породе, по свойствам почвы, по глубине и режимам грунтовых вод и должен быть однородным по своей истории. Это должно быть достаточно долговременное сложившееся образование. Растительность на участке должна ясно отличаться от растительности смежных площадей и эти отличия должны быть закономерно повторяющимися и экологически объяснимыми.

Вопросы после § 81

1. Какие вы знаете биоценозы и экосистемы?

Ответ. Биоценоз (от био. и греч. koinos - общий) (ценоз), совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (напр. , биоценоз озера, леса) . Экосистема (от греч. oikos - жилище, местопребывание и система), единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоем и т. п.), в котором живые и косные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии. Понятие экосистема применяется к природным объектам различной сложности и размеров: океан или небольшой пруд, тайга или участок березовой рощи. Термин "экосистема" ввел английский фитоценолог А. Тенсли (А. Tansley, 1935). Часто термины "экосистема" и "биогеоценоз" употребляют как синонимы.

2. В чем отличие биоценоза от экосистемы?

Ответ. Биоценоз – не просто сумма образующих его видов, но и совокупность взаимодействий между ними. Как и популяция, биоценоз имеет собственные свойства, например видовое разнообразие, структуру пищевой сети, биомассу, продуктивность. Одна из главных задач экологии – выяснить взаимосвязи между свойствами и структурой (составом) сообщества, которые проявляются независимо от того, какие виды входят в него.

Другой объект экологического исследования – экосистема. Это любое сообщество живых существ вместе с его физической средой обитания, функционирующее как единое целое. Примером экосистемы может служить пруд, включающий сообщество гидробионтов (организмов, жизнь которых протекает в воде), физические свойства и химический состав воды, особенности рельефа дна, состав и структуру грунта, взаимодействующий с поверхностью воды атмосферный воздух, солнечную радиацию.

Рассмотрение экосистемы важно в тех случаях, когда речь идет о потоках вещества и энергии, циркулирующих между живыми и неживыми компонентами природы, о динамике элементов, поддерживающих существование жизни, об эволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество в целом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, по сути, это то, что мы называем природой.

Экосистема – понятие очень широкое и применимое как к естественным (например, тундра, океан), так и к искусственным комплексам (например, аквариум). Поэтому для обозначения элементарной природной экосистемы экологи также используют термин «биогеоценоз»

3. Какие абиотические факторы влияют на растительный и животный мир сообщества?

Ответ. Абиотические факторы среды - компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы: климатические, почвенные и гидрографические факторы.

Основными абиотическими факторами среды являются: температура, свет, вода, соленость, кислород, магнитное поле земли, почва.

Итого: ураганы, засухи, наводнения, проливные дожди, пожары, извержения вулканов, землетрясения, эрозия, заболачивание или засоление почвы, изменения климата (похолодания или потепления) , магнитные бури, выбросы больших объемов ядовитых газов.

4. Какие экосистемы называются антропогенными?

Ответ. На протяжении многих тысячелетий человек жил в естественной среде обитания, не оказывая серьезного воздействия на процессы, происходящие в биосфере. С развитием цивилизации отношения человека и природы существенно изменялись. Человек все шире использовал природные ресурсы, разрушал сложившиеся экосистемы и создавал искусственные экосистемы (антропогенные).

Наиболее распространенными искусственными экосистемами являются агробиоценозы. Они занимают около 10 % всей поверхности суши, создаются для получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаются человеком.

В агробиоценозе (например, поля, огорода, сада, пастбища) складываются те же пищевые цепи, что и в естественной экосистеме: продуценты (культурные растения, сорняки), консументы (насекомые, птицы, грызуны, хищники) и редуценты (бактерии и грибы). Человек является обязательным звеном этой пищевой цепи. Он создает условия для высокой продуктивности агроценоза, а затем использует урожай.

5. В чем различие естественных и антропогенных экосистем?

Ответ. Между агробиоценозом и естественной экосистемой имеются существенные различия. Важным свойством природного сообщества является его устойчивость. Экологическая устойчивость агробиоценозов невелика. Без участия человека агробиоценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, агробиоценозы многолетних трав – 3 года, плодовых культур – 20 лет.

Для естественного биоценоза единственным источником энергии является Солнце. Агробиоценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительно энергию, затрачиваемую человеком на обработку почвы, борьбу с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, внесение удобрений и т. д.

В естественной экосистеме первичная продукция растений (урожай), пройдя через многочисленные цепи питания, вновь возвращается в систему биологического круговорота. В агробиоценозе такой круговорот нарушен, так как большая часть продукции изымается человеком при сборе урожая. В результате постоянно приходится заботиться о поддержании плодородия почвы, внося удобрения.

Агробиоценозы дают человечеству около 90 % пищевой энергии. Однако при неправильном ведении сельскохозяйственного производства происходит потеря плодородия почвы, ее засоление, опустынивание огромных территорий и загрязнение окружающей среды. Массовое сведение лесов под сельскохозяйственные угодья приводит к серьезным негативным изменениям в биосфере.

6. Почему считают, что в сельской местности условия жизни для человека, как правило, более благоприятные, чем в крупных городах?

Ответ. Многочисленные наблюдения свидетельствуют о том, что в городах сложились несравненно более худшие условия проживания для человека, чем в сельской местности. Это связано с относительно неблагоприятными санитарно-гигиеническими условиями, вызванными скученностью населения, наличием многочисленных источников шума и загрязнений, оторванностью от естественных природных условий. Урбанизация населения и низкие темпы воспроизводства сформировали неблагоприятную демографическую ситуацию.

Городская среда является логическим следствием появления на Земле мыслящих существ, самых молодых членов экосистемы. Стремление человека к господству над природой, к ее познанию и использование этого господства и знаний для освоения жизненного пространства Земли, внедрение социального фактора в биологические процессы существования человеческой популяции привело к созданию совершенно новых, мощных по воздействию на окружающий и внутренний мир экосистем, под названием "городская среда".

Городская среда сгладила процессы естественного отбора, смягчила влияние внешних факторов, определяющих адаптацию человека, настройку иммунной системы. При разумном отношении к формированию городской среды создаются паритетные условия сосуществования искусственной и естественной природной среды. Малейшее нарушение этого паритета в результате социально-экономических, экологических и иных преобразований неизменно вызывает: изменение демографических показателей (рождаемости, смертности), рост инфекционных заболеваний (чума, туберкулез, венерические заболевания и т.п.). В истории человечества имеются многочисленные трагические свидетельства вымирания населения городов в результате эпидемий. Например, в XIV веке во время "черной эпидемии" чумы погибла четвертая часть населения Европы.

Значительная плотность населения создает условия, повышающие потенциальный риск воздействия на здоровье неблагоприятных факторов окружающей среды, способствует быстрому распространению инфекций, значительному уличному травматизму.

Тема влияния городской среды обитания на здоровье горожан привлекла меня, потому что в наше время основная доля населения живёт в городах. Город влияет не только на образ жизни, делая его более лёгким и удобным, но и на здоровье человека. Не секрет, что в деревнях продолжительность жизни людей более высока, чем в городах. Городская среда обитания негативно сказывается на здоровье человека. В наше время эта тема очень актуальна, т.к всё чаще мы видим вокруг себя людей, на жизнь и здоровье которых город повлиял негативно. Рождение детей с астмой, автомобильные аварии, головные боли, повышенное артериальное давление, распространение венерических болезней, отравления угарными газами - лишь те немногие примеры негативного влияния города на человека.

Урбанизация, явившаяся следствием неуправляемых устремлений массы людей из сельской местности в искусственную городскую экосистему, способствовала дальнейшему обострению демографических, социально-экономических и экологических проблем. Это создало диспропорцию между производством и потреблением, численностью популяции и возможностями искусственной экосистемы. Управление этими процессами командными методами привело к кризису всей политической системы и распаду великой державы.

Переселение в город массы сельских жителей, которые были поставлены в новые условия социального, торгового, коммунального, транспортного и иного характера, отразилось на развитии психики и психическом здоровье городского жителя, его семейно-бытовых взаимоотношениях, на уровне деторождаемости. Социальные факторы приобрели приоритетное значение в формировании здоровья популяции. Примером этому служит тесная связь между заболеваемостью и материальной обеспеченностью семьи. Установлены обратные корреляции между состоянием здоровья детей и величиной жилой площади, уровнем образованности родителей. В хорошо обеспеченных семьях более 80% детей имеют нормальное физическое развитие и только 12% имеют дефицит массы тела. В тех семьях, где доход ниже прожиточного минимума, дефицит массы тела обнаруживается почти у 30% детей. В неблагополучных семьях нервно-психические заболевания детей наблюдаются в 3 - 4 раза чаще. Сам характер уклада жизни в городской среде способствует нарушению биологического ритма жизненных функций.

Самые разнообразные специфические и неспецифические воздействия на организм, включая социальные, вызывают мобилизацию клеточных и гуморальных факторов иммунитета (Передерий В.Г. и др., 1989). Повышение иммунитета приводит к возрастанию устойчивости к инфекциям и опухолям. Однако резкое повышение иммунитета ведет к гиперчувствительности и аутоиммунным заболеваниям (Thomas Р.Т., 1990).

Таким образом, здоровье следует рассматривать как динамический процесс в условиях постоянного влияния на человеческий организм природных и искусственно создаваемых факторов окружающей среды. Все эти факторы тесно взаимосвязаны между собой и в одних случаях способствуют укреплению здоровья, а в других - вызывают болезни.

Со времен Гиппократа в эпицентре медицины всегда был больной человек. И до сих пор о состоянии здоровья общества судят по статистике заболеваемости. Поэтому и отечественная медицина сосредоточилась в основном на проблемах лечения болезней, исследованиях факторов риска, а не факторов, определяющих здоровье, устойчивость и жизнеспособность организма.

7. Можно ли создать благоприятную среду обитания для человека в крупных городах?

Ответ. Чтобы уменьшить негативное влияние на жителей, городской ландшафт не должен быть однообразной «каменной пустыней». В архитектуре города следует стремиться к гармоничному сочетанию аспектов социальных (здания, дороги, транспорт, коммуникации) и биологических (зеленые массивы, парки, скверы). В этом большую роль могут сыграть ландшафтные архитекторы.

Современный город следует рассматривать как экосистему, в которой созданы наиболее благоприятные условия для жизни человека. Следовательно, это должны быть не только удобные жилища, транспорт, разнообразная сфера услуг, но и благоприятная для жизни и здоровья человека среда обитания – чистый воздух, радующий глаз городской ландшафт, зеленые уголки, где бы каждый мог в тишине отдохнуть, любуясь красотой природы.

Учитывая способность зеленых насаждений благоприятно влиять на состояние окружающей среды, их необходимо максимально приближать к месту жизни, работы, учебы и отдыха людей.

Сохранение и специальная посадка деревьев и кустарников, создание газонов и клумб с цветами являются неотъемлемой частью комплекса мероприятий по защите и преобразованию окружающей среды. Зеленые насаждения не только создают благоприятные микроклиматические и санитарно-гигиенические условия, но и повышают художественную выразительность архитектурных ансамблей.

Особое место вокруг промышленных предприятий и автострад должны занять защитные зеленые зоны. В них рекомендуется высаживать деревья и кустарники, устойчивые к загрязнению, например клен американский, тополь канадский, липу сердцевидную, можжевельник казацкий и виргинский, иву белую, крушину ломкую, дуб черешчатый, бузину красную.

В размещении зеленых насаждений необходимо соблюдать принцип равномерности и непрерывности. Сады, парки, скверы, внутригородские бульвары следует объединять как между собой, так и с насаждениями, расположенными за городом. Это обеспечит поступление свежего загородного воздуха во все жилые зоны города. Важнейшими компонентами системы озеленения города являются насаждения в жилых микрорайонах, на участках детских учреждений, школ, спортивных комплексов и пр.

Ухаживая за зелеными насаждениями, оберегая и умножая их, каждый житель города может внести свой посильный вклад в улучшение экологии города.

Не случайно экологи считают, что в современном городе человек должен быть не оторван от природы, а как бы растворен в ней. Поэтому общая площадь зеленых насаждений в городах должна занимать больше половины его территории.

►Сделайте описание любого (знакомого вам по экскурсиям) биогеоценоза. Укажите, какие здесь могут обитать растения и животные.

Ответ. Дубрава является одним из наиболее сложных среди наземных биогеоценозов. Ну, во-первых, что такое биогеоценоз? Биогеоценоз – это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов), обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Его определение понадобится для пользования в дальнейшем. Дубрава – это совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Понятно, что при таком разнообразии видов, населяющих дубраву, поколебать устойчивость данного биогеоценоза, истребив один или несколько видов растений или животных, будет сложно. Сложно, потому что в результате длительного сосуществования видов растений и животных из разрозненных видов они стали единым и совершенным биогеоценозом – дубравой, которая, как уже было сказано выше, способна при неизменных внешних условиях существовать веками.

Основные компоненты биогеоценоза и связи между ними; растения – главное звено в экосистеме

Основу подавляющего большинства биогеоценоза составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами). А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные – потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков – преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты), то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения образующиеся после распада органических веществ и ясно, что если растения – главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически исчезнет.

Круговорот веществ в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ, необходимо наличие в экосистеме организмов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и снова превращают их в неорганические соединения. Все организмы по способу питания разделяются на две группы – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (преимущественно растения) для синтеза органических веществ используют неорганические соединения окружающей среды. Гетеротрофы (животные, человек, грибы, бактерии) питаются готовыми органическими веществами, которые синтезировали автотрофы. Следовательно, гетеротрофы зависят от автотрофов. В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами. Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии является Солнце. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, оно может быть использовано многократно, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Энергия излучения Солнца в биогеоценозе преобразуется в различные формы: В энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни и растения (автотрофы) в нем самое главное звено.

Характерная черта дубравы заключается в видовом разнообразии растительности. Как уже было сказано выше биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительного естественного отбора у растений дубравы выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно, что ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности. Верхний ярус образую наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т.п. Наконец на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения. Ярусность выражена также в расположении корневых систем. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных – птиц и млекопитающих. Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: волк, лисица, горностай, ласка, куница. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных внутренних паразитов, преимущественно насекомых и клещей, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий. Пищевые цепи в дубраве переплетены в очень сложную пищевую цепь, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: оленей, косуль, лосей – слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а, следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей. Правилом экологической пирамиды называется следующая закономерность: всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается.