§ 18. Экосистема. Биогеоценоз. Структура экосистемы

Определения и обозначения

Экосистема — единство живых организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоками энергии. Она включает не только организмы, но и связи между ними и неживыми условиями. Это понятие помогает рассматривать живое и неживое как взаимодействующую систему.

Биогеоценоз — природная система на однородном участке земной поверхности, в которую входят сообщество организмов и неживая среда. Например, лесной участок с характерными почвой, влагой и видами может рассматриваться как биогеоценоз. Термин нужен, когда систему связывают с определённой территорией суши.

Биоценоз — совокупность популяций разных видов, совместно населяющих определённое пространство. Популяция — группа особей одного вида, а биоценоз объединяет популяции многих видов. Это понятие обозначает живую часть природной системы и позволяет описывать взаимодействия организмов.

Биотоп — участок среды с относительно однородными абиотическими условиями, в котором существует биоценоз. К таким условиям относятся, например, температура, освещённость, влажность и состав почвы или воды. Понятие помогает отделить свойства места обитания от состава живущих в нём организмов.

Как это устроено

Любая экосистема складывается из живой части и абиотической среды — неживых условий и ресурсов. Свет, вода, минеральные вещества и температура влияют на рост и выживание организмов, поэтому состав сообщества зависит от среды. При этом организмы сами меняют её: растения затеняют почву, а деятельность микроорганизмов влияет на доступность веществ. Возникают взаимные связи, а не простое соседство организмов и условий.

Виды связаны пищевыми цепями и сетями. Продуценты создают органическое вещество, консументы получают его, питаясь растениями или другими животными, а редуценты разлагают остатки. Пищевая сеть состоит из нескольких переплетённых цепей, потому что один вид может служить пищей для разных организмов. Такие связи передают вещества и энергию между компонентами, а разложение возвращает вещества в среду для дальнейшего использования.

Трофическая структура описывает, кто и каким способом получает пищу. Органические вещества сначала создают продуценты, используя неорганические вещества и источник энергии, чаще всего солнечный свет. Затем органическое вещество переходит к консументам, но не исчезнувшие остатки растений и животных также важны. Редуценты расщепляют их до простых соединений, поэтому вещества снова могут включиться в процессы питания и роста продуцентов.

Сообщество устроено не только по пищевым связям, но и в пространстве. В лесу растения располагаются ярусами: от деревьев верхнего яруса до кустарников, трав и организмов у поверхности почвы. В разных ярусах неодинаковы освещённость, влажность и доступность пищи или укрытий. Благодаря использованию разных участков среды виды меньше конкурируют за одни и те же ресурсы и могут сосуществовать.

Экосистема — широкое понятие: им можно назвать, например, небольшую лужу, озеро или крупную природную систему, причём её границы иногда условны. Биогеоценоз имеет более конкретную территориальную привязку: это участок суши с относительно однородными условиями и характерным сообществом. Поэтому эти понятия близки, но не полностью взаимозаменяемы. Биогеоценоз рассматривают как особый тип природной системы, тогда как экосистема не обязательно ограничена однородным участком суши.

Компоненты экосистемы и их роль

Таблица помогает увидеть, чем отличаются части экосистемы и как они связаны. Чтобы определить роль конкретного организма, спросите, создаёт ли он органическое вещество, питается готовым или разлагает остатки. Затем соотнесите его деятельность с условиями среды и другими участниками сообщества.

Разбор задач

Задача 1. Для небольшого пруда перечислите живые организмы и факторы неживой среды, затем распределите организмы по ролям. Нужно сначала разделить условия места обитания и его живых обитателей, а после определить способ питания каждой группы. Это позволит не перепутать состав биотопа и биоценоза.

1. К биотопу отнесём воду, свет, температуру, растворённые минеральные вещества и донный грунт. Это неживые условия, в которых обитают организмы. Вместе они описывают среду пруда.
2. К биоценозу отнесём водоросли, водные растения, насекомых, рыб, улиток, бактерии и грибы. Это живые организмы, совместно населяющие пруд. Перечень может меняться в зависимости от конкретного водоёма.
3. Водоросли и водные растения — продуценты, так как создают органические вещества. Рыбы, улитки и многие насекомые — консументы, поскольку получают готовую пищу. Бактерии и грибы выступают редуцентами, разлагая органические остатки.

Ответ: биотоп пруда образуют его неживые условия, а биоценоз — живые организмы. Растения и водоросли относятся к продуцентам, животные — к консументам, бактерии и грибы — к редуцентам. Роль конкретного животного зависит от того, чем оно питается.

Задача 2. В лесном сообществе найдите примеры ярусного распределения организмов и объясните различия условий. Рассуждать нужно от положения организма в пространстве к факторам, которые там меняются. В первую очередь сравним освещённость и влажность, а также учтём доступные ресурсы.

1. Верхний ярус образуют высокие деревья, ниже располагаются кустарники, затем травы и мхи у поверхности почвы. Животные тоже занимают разные участки: одни держатся в кронах, другие — в подстилке или почве. Так формируется пространственная структура лесного сообщества.
2. Верхние ярусы получают больше света, а у земли обычно темнее и влажнее. Различается и доступность ресурсов: в кронах есть листья и ветви, на почве — опавшие остатки и укрытия. Поэтому виды приспосабливаются к условиям своего яруса.
3. Когда организмы используют разные участки, им не приходится постоянно конкурировать за одни и те же свет, пищу и убежища. Это не отменяет конкуренцию полностью, но снижает её между видами с разными потребностями. Ярусность помогает большему числу видов сосуществовать на одной территории.

Ответ: примеры ярусов — кроны деревьев, кустарниковый слой, травы и мхи у почвы. Ярусы отличаются светом, влажностью и доступными ресурсами, а их освоение уменьшает конкуренцию между организмами.

Задача 3. Предположите, что произойдёт с экосистемой озера, если резко сократится численность редуцентов. Проследим последствия от первой нарушенной функции к остальным компонентам. Важно учитывать, что остатки не исчезают сами по себе и должны разлагаться.

1. Сначала замедлится разложение погибших организмов и других органических остатков. Они будут накапливаться, а образование простых минеральных веществ из них уменьшится. Это нарушит привычный ход круговорота.
2. Продуценты — водоросли и водные растения — получат меньше веществ, высвобождаемых при разложении. Если ресурсов станет недостаточно, их рост может замедлиться. Тогда у консументов будет меньше доступной пищи.
3. Сокращение или изменение численности продуцентов способно повлиять на животных, которые ими питаются, и на следующие звенья пищевой сети. Масштаб последствий зависит от условий озера и того, насколько сильно уменьшилась численность редуцентов. Значит, эффект затронет не только накопление остатков.

Ответ: органические остатки будут разлагаться медленнее, круговорот веществ нарушится, а продуценты могут испытывать недостаток доступных минеральных веществ. Вслед за изменениями у продуцентов могут измениться пищевые ресурсы консументов.

Типичные ошибки

Считать экосистемой только сообщество организмов. Так происходит, когда внимание сосредоточено лишь на живых видах. Но без воды, почвы, света и других условий описание будет неполным. Проверьте себя: указаны ли в примере и живые компоненты, и неживая среда, и связи между ними?

Смешивать биоценоз и биотоп. Оба понятия относятся к одному пространству, поэтому их легко принять за одно и то же. Однако биоценоз — живые организмы, а биотоп — условия и место их обитания. Для проверки спросите, можно ли перечислить названную часть как организмы: если да, речь о биоценозе.

Считать экосистему и биогеоценоз полностью взаимозаменяемыми. Их сходство связано с тем, что оба понятия описывают взаимодействие организмов и среды. Но биогеоценоз привязан к участку суши с однородными условиями, тогда как экосистемы бывают разного масштаба и с условными границами. Проверьте, есть ли в описании конкретный участок суши и его однородность.

Представлять пищевую цепь как движение вещества только в одну сторону. В цепи действительно можно проследить передачу органического вещества от одного организма к другому, но этим процесс не заканчивается. Если забыть о разложении остатков, останется непонятно, как вещества снова становятся доступными продуцентам. Проверьте рассуждение: включены ли в него редуценты и возврат веществ в круговорот?

Связь с другими темами

Для понимания экосистем нужно различать живые организмы и факторы неживой природы, а также знать понятия «вид» и «популяция». Это помогает правильно выделять состав сообщества и среду его обитания. Понятия темы пригодятся при изучении пищевых цепей и сетей, круговорота веществ и потока энергии. Они также позволяют объяснять устойчивость природных сообществ и последствия изменений численности отдельных видов.

Что запомнить

• Экосистема включает живые организмы, среду их обитания и связи между ними.
• Биоценоз — живая часть системы, биотоп — условия и пространство её существования.
• Продуценты создают органические вещества из неорганических.
• Консументы питаются готовыми органическими веществами.
• Редуценты разлагают органические остатки и участвуют в круговороте веществ.
• Биогеоценоз связан с определённым участком суши и однородными условиями.