§ 57. Биогеоценозы, экосистемы и биосфера

Определения и обозначения

Биогеоценоз — относительно однородный участок земной поверхности с определёнными условиями среды, сообществом организмов и связями между ними. В его состав входят неживая среда и живое сообщество, а также взаимодействия между ними. Это понятие помогает описывать природный комплекс, границы которого можно соотнести с конкретным участком суши.

Экосистема — единство живых организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоком энергии. В ней организмы получают необходимые вещества из среды и взаимодействуют друг с другом. У экосистемы не всегда есть чёткая граница на местности: её могут выделить по изучаемым связям, а размер может быть разным.

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их жизнедеятельностью. Она охватывает части атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, где возможна жизнь. Это понятие нужно, чтобы рассматривать влияние организмов не только в отдельном месте, но и в планетарном масштабе.

Биогеоценоз и экосистема — близкие понятия, но не полностью одинаковые. Биогеоценоз обычно описывает определённый однородный участок суши с более ясными границами, а экосистемой может быть система любого масштаба. Поэтому любой биогеоценоз можно рассматривать как экосистему, но термин «экосистема» применяют шире.

Как это устроено

Биогеоценоз складывается из биотопа и биоценоза. Биотоп — относительно однородная неживая среда, а биоценоз — сообщество обитающих в ней организмов. Состав сообщества зависит от условий: растениям нужны подходящие свет, вода и почва, а животные зависят от доступной пищи и мест для обитания. Поэтому при изменении среды меняется и состав организмов, способных жить на участке.

В экосистеме организмы связаны пищевыми отношениями: одни служат пищей для других, поэтому вещества переходят от организма к организму. Энергия поступает главным образом от Солнца: её запасают растения и другие производители, а затем она передаётся потребителям по цепям питания. Разрушители используют остатки организмов и возвращают вещества в среду. Так поддерживается движение веществ, тогда как энергия проходит через систему и постепенно рассеивается.

Живая и неживая части экосистемы постоянно влияют друг на друга. Организмы берут из среды воду, воздух и минеральные вещества, потому что без этих ресурсов не могут расти и поддерживать жизненные процессы. В ответ они меняют свойства среды: корни растений удерживают почву, а микроорганизмы разлагают органические остатки. Поэтому изменение одной части может повлиять на другие компоненты экосистемы.

Экосистемы отличаются размером и могут входить одна в другую, потому что связи между организмами и средой можно рассматривать на разных уровнях. Небольшой пруд образует экосистему, как и лесной участок или крупный природный комплекс. Водоём может быть частью более крупной экосистемы местности, а природные комплексы Земли входят в биосферу. Размер сам по себе не мешает системе быть экосистемой, если в ней есть живые и неживые компоненты и связи между ними.

Все экосистемы Земли вместе образуют биосферу. Организмы участвуют в круговороте веществ: поглощают их из среды, передают по пищевым связям и возвращают при дыхании, выделении и разложении остатков. Поэтому жизнедеятельность организмов влияет на состав атмосферы, состояние вод и верхних слоёв литосферы. Связи между экосистемами позволяют последствиям изменений выходить за пределы одного участка.

Биогеоценоз, экосистема и биосфера: сравнение

Сначала сравните масштаб: он помогает понять, идёт ли речь об участке суши, системе любого размера или всей оболочке жизни на Земле. Затем проверьте, какие живые и неживые части входят в объект и как они связаны. Примеры в таблице показывают общий принцип, но конкретные границы системы могут определяться задачей наблюдения.

Разбор задач

Задача 1. В лесном участке выделены почва, воздух, растения, животные и микроорганизмы. Нужно указать, какие компоненты относятся к биотопу, а какие — к биоценозу. Для решения сначала разделим объекты по признаку наличия жизни. Затем соотнесём живые компоненты с сообществом, а неживые — со средой.

1. Почва и воздух сами по себе не являются организмами, поэтому относятся к неживой среде.
2. Растения, животные и микроорганизмы — живые организмы, вместе образующие сообщество.
3. Неживые условия участка составляют биотоп, а совокупность его организмов — биоценоз.

Ответ: почва и воздух относятся к биотопу, растения, животные и микроорганизмы — к биоценозу. Важно классифицировать именно названные компоненты, не смешивая среду обитания с её населением. Так же можно разобрать любой участок, сначала отличив живые объекты от неживых.

Задача 2. Сравните небольшой пруд и лесной биогеоценоз: можно ли назвать каждый из них экосистемой и какие признаки это подтверждают? Проверим не размер объектов, а наличие обязательных частей и связей. Затем учтём, что для экосистемы не требуется строго очерченная территория.

1. В пруду есть среда обитания — вода и другие неживые условия — и живые организмы.
2. В лесном биогеоценозе также присутствуют неживая среда и сообщество организмов.
3. В обоих случаях организмы используют ресурсы среды и связаны между собой, в том числе пищевыми отношениями.

Ответ: и пруд, и лесной биогеоценоз можно назвать экосистемами. Пруд не перестаёт быть экосистемой из-за небольшого размера, а биогеоценоз является системой взаимодействующих организмов и среды. Для точного описания его границы могут быть определённее, чем границы экосистемы.

Задача 3. Объясните, как загрязнение водоёма может отразиться на его организмах и почему последствия способны затронуть другие природные системы. Нужно проследить сначала действие загрязнителя внутри водоёма, а затем возможные связи за его пределами. Это показывает, почему нельзя оценивать влияние загрязнения только по одному организму.

1. Загрязнитель меняет условия среды, например качество воды, и может затруднить жизнь водных организмов.
2. Если затронуты растения или мелкие организмы, это может сказаться на тех, кто ими питается, а затем и на следующих звеньях пищевых связей.
3. Вода и вещества могут перемещаться между водоёмом и другими участками среды, поэтому последствия способны затронуть связанные системы.

Ответ: загрязнение может изменить условия жизни и нарушить пищевые связи в водоёме, а через перемещение веществ — повлиять на другие экосистемы. Масштаб последствий зависит от загрязнителя и связей между системами. На планетарном уровне все экосистемы относятся к биосфере и участвуют в обмене веществ.

Типичные ошибки

Биогеоценоз и экосистему иногда считают полностью тождественными понятиями, потому что оба описывают связи организмов со средой. Различие в том, что биогеоценоз обычно относится к однородному участку суши с более определёнными границами, а экосистема может иметь разный масштаб. Чтобы проверить себя, спросите: обязательно ли объект является участком суши с ясными границами? Если нет, точнее использовать более широкое понятие экосистемы.

Почву, воду и воздух могут ошибочно включать в биоценоз, поскольку они находятся рядом с организмами и влияют на их жизнь. Но биоценоз — это сообщество живых организмов, а неживые условия входят в биотоп. Проверка простая: определите, является ли компонент живым организмом. Если нет, его не относят к биоценозу.

Иногда полагают, что экосистемой бывает только большая природная территория. Такое впечатление возникает из-за примеров лесов и других крупных комплексов, но решающий признак — не размер, а наличие живой и неживой частей и связей между ними. Небольшой водоём тоже может быть экосистемой. Проверьте себя, перечислив в нём среду, организмы и взаимодействия.

Биосферу неверно представлять как совокупность только живых организмов. Такое упрощение возникает из-за слова «био», но жизнь существует в определённых частях оболочек Земли и зависит от неживой среды. Биосфера включает и области, где организмы обитают и взаимодействуют с этой средой. Чтобы проверить ответ, назовите не только организмы, но и места их существования.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно различать живую и неживую природу, а также знать понятия популяции, вида и сообщества организмов. Представление о пищевых цепях помогает проследить, как организмы связаны и как вещества переходят между ними. Производители, потребители и разрушители выполняют разные роли в этих связях. Позже понятия экосистемы и биосферы пригодятся при изучении круговорота веществ, влияния человека на природу и охраны окружающей среды.

Что запомнить

• Биогеоценоз включает биотоп и биоценоз.
• Экосистема — единство организмов и среды, связанных обменом веществ и потоком энергии.
• Биогеоценоз обычно имеет более определённые границы, чем экосистема.
• Экосистемы бывают разного масштаба и могут входить одна в другую.
• Биосфера охватывает области Земли, населённые живыми организмами.
• Живые организмы участвуют в круговороте веществ и влияют на среду обитания.