III. Характеристики біоценозу та біотопу.

Біотоп - однорідний за абіотичним факторами простір середовища, зайнятий біоценозом, тобто місце життя видів, організмів (наприклад, лісова галявина).

До складу біотопу входять:

ü Едафотоп – рельєф і грунтові умови в межах біотопу.

ü Кліматоп - мікрокліматичні умови в межах біотопу.

 

Біоценоз - це історично сформована конкретна сукупність живих організмів на певному просторі суші або акваторії (наприклад, рослинні та тваринні угруповання дубового лісу). Іноді замість терміна "біоценоз" вживають термін "співтовариство організмів", або „угруповання”.

§ Біоценоз повинен відповідати наступним критеріям:

1. Має характерний видовий склад. Існує дві характерні групи видів:

а) домінантні види, які творять зовнішній вигляд біоценозу (очеретовий, сосновий, ковиловий, сфагновий, вересковий), причому кожен з них має свою особливу, неповторну зовнішність. Домінанати визначають умови існування для видів субдомінантів.

v Вчені називають королями савани ні левів, жирафів, слонів та інших великих тварин – а термітів. В саванах Кенії на кожному гектарі нараховуються сотні термітників. Вони виконують грунтоуворюючу функцію (впливають на фізичну структуру, хімічний склад). Внаслідок цього різко зростає різноманіття рослин і тварин, а також біомаса в цілому.

v Зникнення мамутів, яке почалося приблизно 15 років тому призвело до заміни трав’яних екосистем на лісові.

б) субдомінантні види, які хоч і не виділяються так виразно, як перша група, але своєю присутністю віддзеркалюють умови місце­зростання. Субдомінанти присутні в біоценозі завдяки умовам, які для них створюють види домінанти (їжа, сховища).

2. Має необхідний для функціонування набір видів. Біоценоз є системою, в межах якої реалізується обіг матерії й енергії, який здійснюється між компонента­ми біоценозу і середовища. Тому біоценозом може називатися лише така система, яка містить усі елементи, необхідні для реалізації обігу матерії.

v Діяльність людини істотно впливає на видовий склад біоценозів. Екскременти багаточисельних кенгуру в Австралії засвоювали і переробляли місцеві гнійні жуки. Коли європейці завезли корів – виникли проблеми. Коров’ячі екскременти місцеві жуки не засвоювали і пасовища почали просто деградувати. Для порятунку пасовищ з Європи завезли гнійних жуків, але склад біоценозу змінився.

3. Характеризується певною тривалістю в часі. Біоценоз з його видовим складом є системою стійкою і довговічною, однак його мешканці мають різну тривалість життя. Наприклад, у мікробів вона триває хвилини, в дрібних безхребетних - дні, в крупних - роки, а лісові дерева живуть сотні років. Окремі біоценози тропічних лісів вирізняються геологічною історією, тоді як на місцях згарищ чи евтрофних озер роз­виваються цілком юні біоценози.

4. Має свою територію і межі. Простір, на якому функціонує окре­мий біоценоз,

вирізняється однорідністю й особливістю умов.

Малі біоценози можуть існувати на кількох метрах квадратних (джерело з його особливим тваринним і рослинним світом), тоді як діброви україн­ського Чорного лісу, наприклад, простяглись на сотні квадратних кіло­метрів зі сходу до заходу. Складність у вивченні меж біоценозів полягає ще в тому, що тваринні організми можуть мігрувати у сусідні фітоценози і тому не можна стверджувати, що певному рослин­ному угрупованню обов'язково відповідає якесь одне угруповання тва­рин.

v Личинки хірономід, куліцид, бабок, як і багатьох інших комах, є невід’ємними складовими (тобто елементами) різноманітних водних екосистем. Але імаго притаманне наземне середовище.

До складу біотопу входять:

ü Фітоценоз – рослинне угруповання.

ü Зооценоз – тваринне угруповання.

ü Мікробоценоз – угруповання мікроорганізмів.

 

§ Структура біоценозу:

1 - просторова структура:

Видові популяції у складі екосистем (або біогеоценозів) розташовуються як по площині (горизонтально), так і по вертикалі. Завдяки цьому система завжди займає трьохмірний простір.

v Лісові фітоценози вертикально структуровані за ярусністю:

- Перший ярус – ґрунтова, листяна підстилка, лишайники, водорості.

- Другий ярус – низькорослі трави, мохи.

- Третій ярус – високорослі трави, напівкущики.

- Четвертий ярус – кущі.

- П’ятий ярус – середньо рослі дерева.

- Шостий ярус – високорослі дерева.

2- трофічна структура:

Біотичну частину екосистеми складають три групи організмів, які пов'язані між собою трофічними зв'язками: продуценти, консументи та редуценти.

Продуценти - автотрофні організми, здатні синтезувати (продукувати) органічні речовини з неорганічних, акумулюючи при цьому сонячну енергію. Як компоненти екосистеми вони накопичують рослинну біомасу. У цю групу входять також зелені рослини, їх на Землі налічується близько 350 тис. видів.

Консументи - організми, які живляться готовими органічними речовинами, створеними видами продуцентами. У цю групу входять також зелені рослини, їх на Землі налічується близько 350 тис. видів. Це всі тварини, людина, частина мікроорганізмів, паразитичні і комахоїдні рослини. Консументи першого порядку живляться рослинною їжею - олень, сіра куріпка, сарана (у цьому розумінні вони займають однакову екологічну позицію). Консументи другого (третього і т. д.) порядку живляться тваринною їжею - основними представниками цієї екологічної групи є хижаки та тварини, що живляться мертвими організмами.

Редуценти — гетеротрофні організми (у грунті - різні дрібні черв’яки та личинки комах), які у процесі життєдіяльності перетворюють органічні залишки у вигляді рослинного опаду та відмерлих тварин в найпростіші органічні та неорганічні речовини. Редуценти є завершальною ланкою у кругообігу речовин, утворюючи неорганічні речовини для включення їх у новий цикл. Їх на Землі близько 75 тис. видів.

 

§ Ланцюги живлення:

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) – це взаємовідносини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела (наприклад, зеленої рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні.

На цьому шляху перенесення діють автотрофи – представники рослинного світу та гетеротрофи різного ступеня. Ланцюги живлення – це живі канали, що подають енергію нагору, а смерть і тління повертають цю енергію у грунт. Оскільки система незамкнена, частина енергії губиться в процесі розкладання, частина додається в повітря, частина накопичується в грунтах, торфі, довгоживучих лісах.

 

Залежно від початкової ланки розрізняють два типи ланцюгів живлення:

o Перший ланцюг живлення - розпочинається з рослин:

ü рослини - попелиці - дрібні комахоїдні птахи - хижі птахи;

ü рослини – зайці – лисиці – вовки;

ü планктонні водорості — планктонні тварини — риби — рибоїдні птахи.

o Другий тип ланцюгів живлення - від рослинних і тваринних решток, екскрементів:

ü коров'ячий послід - личинки мух - комахоїдні птахи - хижаки.

ü рослинний перегній - дощові черв'яки - кроти.

 

Кожний ланцюг має розгалуження й ускладнюється наявністю в природі паразитів і надпаразитів. Наприклад, ховрах живиться рослинами, на ньому паразитують блохи, в кишках яких є бактерії, в бактеріях — віруси. В біоценозі зазвичай буває низка паралельних ланцюгів живлення, між якими можуть існувати зв'язки, оскільки майже завжди різні компоненти живляться різними об'єктами і самі є поживою для різних членів екосистеми. Складна структура ланцюгів живлення забезпечує цілісність і динамічність біоценозу.

v Екологи і волонтери в рамках акції Всесвітнього фонду охорони дикої природи по збереженню далекосхідного леопарда висадили в лісах Примор’я півмільйона саджанців кедру.

 

§ Екологічна піраміда:

Кож­на з ланок ланцюга живлення може використати лише 5-15 % енергії харчів для побудови речовини свого ті­ла. Внаслідок неминучої втрати енергії кількість утво­рюваної органічної речовини в кожній наступній ланці зменшується. Таким чином, кожен ланцюг споживання містить, як правило, не більше 4-5 ланок.

Правило екологічної піра­міди (закон піраміди енергій) - вна­слідок втрати енергії загальна біомаса кожної наступ­ної трофічної ланки приблизно в 10 разів менша за попередню. Цей закон дає змогу обчислювати необхідні земельні площі для забезпечення населення продуктами харчування тощо;

v В 1 га грунтів лісу середніх широт живе до 2,5 млн. особин дощового черв’яка, до 6 млн. комах, 1 млн. молюсків (загальна їх біомаса – близько 1т);

v Безхребетні становлять до 90-95% біомаси тварин на Землі;

v Заборона вирубання кедрів може врятувати амурського тигра. Зона мешкання цих тварин практично співпадає з ареалом розповсюдження кедра і монгольського дуба на півдні. Кедрові горішки і жолуді дуба – це основа трофічної піраміди, на вершині якої знаходиться тигр. Кедрові горіхи - їжа диких кабанів та інших копитних тварин, які складають раціон хижака.

 

У трофічних ланцюгах усі речовини послідовно переходіть від одного виду організмів до іншого. Проте якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному коло обігу, то ксенобіотики, синтезовані людиною і не властиві природі, накопичуються при переході від одного трофічного ланцюга до іншого.

v Якщо концентрація пестициду ДДТ, який використовували для знищення комах, у тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих птахів досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою, - до 75 г на один кілограм біомаси.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими (або частково оберненими), тобто основа може бути меншою, ніж один чи кілька верхніх рівнів. Так буває, якщо середня маса продуцентів менша від маси консументів або якщо швидкість метаболізму продуцентів більша, ніж консументів. Навпаки, енергетична піраміда завжди звужуватиметься догори за умови, що враховуються всі джерела трофічної енергії в системі.

• Екологічна ніша:

Екологічна ніша - це сукупність характеристик, що вказують на положення виду в екосистемі.

Структура екологічної ніші:

ü наявність необхідної кількості їжі

ü наявність сховищ

ü дієвий захист від впливу хижаків

ü пристосування до дії абіотичних екологічних факторів

Якщо в даному біоценозі присутні всі елементи структури екологічної ніші, які життєво необхідні для якогось конкретного виду, то він також буде присутнім в цьому біоценозі. Якщо якийсь елемент ніші відсутній, або недостатній – вид не зможе існувати в цьому біоценозі.

Вбудь-якій зрілій екосистемі еконіші дуже тісно упаковані. Відкрити нову нішу чи втиснутись в угруповання прибульцю зі сторони практично неможливо.

v Наочною демонстрацією двох груп тварин, що ведуть схожий спосіб життя, але займають різні екологічні ніші, можуть бути кроти та сліпаки. Ті й інші ведуть підземний спосіб життя, ареали їх частково перекриваються. Але про те, що ці тварини займають різні екологічні ніші, свідчить характер їх живлення. Кроти - комахоїдні, живляться тваринною їжею, сліпаки - рослиноїдні, їдять, переважно, корені рослин. Тому ці види, хоча й мають ряд схожих рис в будові тіла, є строго спеціалізованими, як в морфологічному, так і в екологічному відношеннях.

v Личинки безхвостих амфібій також займають зовсім іншу екологічну нішу, ніж дорослі форми. Так, ропухи мешкають на суходолі, в той час як їхні личинки ведуть виключно водяний спосіб життя. За спектром живлення дорослі ропухи - хижаки, що живляться наземними комахами, червами і навіть хребетними тваринами – пташенятами тощо. Личинки ж за характером живлення не мають з дорослими нічого спільного.

 

Принцип конкурентного виключення Г.Ф.Гаузе :види, що займають одну й ту ж екологічну нішу, не можуть стійко співіснувати. Один вид неминуче витіснить інший.

 

IV. ДИНАМИКА ЕКОСИСТЕМ.

Склад, структура і функціональні параметри екосистем змінюються з плином часу. Розрізняють три головні типи динаміки екосистем:

 

1 - Сукцесія - послідовна зміна одних угруповань організмів іншими, внаслідок чого

формуються нові біоценози, що найбільшою мірою відповідають умовам даного середовища.

v Наприклад, на глибині непроточної водойми внаслідок відсутності кисню частина органічних речовин залишається недоокисненою і не використовується в подальшому колообігу речовин. Нагромаджується мул, водойма міліє, це посилюється також відкладанням глини й піску, які надходять з водозбірної площі. Прибережна водяна рослинність поширюється все далі до центру водойми, утворюються торф'янисті відклади. Водойма поступово перетворюється на болото. Зникають риби і планктон відкритих ділянок. Багато рослин і тварин змінюється іншими видами, більш пристосованими до умов болота. Навколишня наземна рослинність поступово наступає на місце колишньої водойми. Залежно від місцевих умов тут може виникнути лука, ліс або інший тип біогеоценозу.

 

Сукцесії завжди відбуваються в одному напрямку, тобто біоценоз через деякий час у процесі розвитку не може повернутися до свого попереднього стану. Під час сукцесії зростає видова різноманітність організмів, розгалужується трофічна мережа. Це посилює регуляторні механізми біогеоценозу, знижує ймовірність масового розмноження окремих видів. Процес сукцесії триває до досягнення біогеоценозом значної різноманітності, яка забезпечує стабільність колообігу речовин та енергії (утворюється зрілий (клімаксний) біогеоценоз). У такому біогеоценозі (зі стабільною різноманітністю видів, розвиненими механізмами саморегуляції і здатністю до самовідтворення) поява нових видів або зникнення наявних не спричинюватиме істотних змін його структури.

 

2 - Флуктуації – циклічні зміни в екосистемах під впливом циклічних процесів

(періодів доби, сезонів року, фаз Місяця тощо). Кожна екосистема, залишаючись собою, має зовсім інший вигляд в різні пори року, часто і у різний час доби тощо.

v Колосальну інформацію щодо різних аспектів сезонних явищ в природніх екосистемах накопичена фенологією – наукою про сезонні явища природи, термінах іх настання і причинах, що визначають ці терміни. Основоположником фенології вважають Р.Ремюра, який в 1735 році встановив залежність сезонного розвитку рослин від різних метеорологічних факторів. В 1748 році К.Лінней запропонував створити мережу пунктів фенологічних спостережень.

 

3 - Трансформація - зміни екосистем під впливом діяльності людини або іншого потужного чинника впливу. Тому це, здебільшого, деградаційні зміни, що супроводжуються руйнацією екосистем, розбалансуванням внутрішньосистемних процесів. Типовими взірцями трансформованих екосистем є урбанізовані території.