Видовая структура биоценоза

Лекция №5

(для направления бакалавриата «Стандартизация и метрология)

Тема: «Экологические сообщества и экосистемы. Биоценоз. Биогеоценоз».

1. Понятие о биоценозе

2. Видовая структура биоценоза

3. Пространственная структура биоценоза

4. Отношения организмов в биоценозах

5. Экологические ниши

6. Экологическая структура биоценоза

7. Пограничный эффект

Понятие о биоценозе

Популяции разных видов в природных условиях объединяются в системы более высокого ранга – сообщества и биоценоз. От лат. биос – жизнь, ценоз – общий.

Термин «биоценоз» был предложен немецким зоологом К. Мебиусом.

Биоценоз – это совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающуюся от других соседних территорий по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей (высота над уровне моря, величина солнечного облучения и т. д.)

В состав биоценоза входят: растительный и животный компоненты, компонент микроорганизмов.

Конкретные сообщества складываются в строго определенных условиях окружающей среды. Взаимодействуя с компонентами биоценоза такими как растения и микроорганизмы почва и грунтовые вода образуют эдафотоп, а атмосфера – климатоп.

Компоненты, относящиеся к неживой природе образуют экотоп. Относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом называется биотопом.

Часть экологии, которая изучает сложения сообществ и совместной жизни в них организмов называется синэкологией.

Биоценоз и биотоп оказывают друг на друга взаимное влияние, выражающееся в основном в непрерывном обмене энергией.

Мелкие сообщества входят в состав более крупных, а те в свою очередь являются частями сообществ еще больших масштабов.

Видовая структура биоценоза.

Под видовой структурой биоценоза понимают разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы.

Каждый конкретный биоценоз характеризуется строго определенным видовым составом.

Молодые, только формирующиеся биоценозы имеют меньший набор видов, чем давно сложившиеся.

Биоценозы, созданные человеком (сады, огороды, поля), обычно беднее видами, по сравнению со сходными с ними природными системами (лесные, луговые, степные).

Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используются показатели, основанные на количественном учете. Это обилие вида, частота встречаемости вида, постоянство вида.

Обилие вида – это число особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого пространства.

Частота встречаемости. Характеризует равномерность или неравномерность распределения вида в биоценозе. Этот показатель рассчитывается как процентное отношение числа проб, где встречается данный вид к общему числу проб.

Постоянство. Этот показатель представляет собой отношение числа проб р, содержащих данный вид помноженное на общее количество проб Р и деленное на общее количество проб. С = р . Р выраженное в %.

В зависимости от величины значения Сразличаютследующие категории постоянства видов:

- постоянные виды встречающиеся более чем в 50% проб

- добавочные виды встречающиеся в 25-5-% проб

- случайные виды встречающиеся менее чем в 25% проб

В биоценозе, который состоит из нескольких видов, один или два вида занимают основную площадь или объем. Эти виды называют доминантными или доминирующими. Наземные биоценозы, как правило, носят названия по доминирующим видам, например березовый лес, ковыльная степь и так далее.

Степень доминирования – это отношение числа особей данного вида к числу особей всех видов данного биоценоза.

Так, если из 200 птиц, зарегистрированных на данной территории, 100 составляют зяблики значит степень доминирования этого вида составляет 50%.

Виды, живущие за счет доминантов носят название предоминантов. Например, в сосновом бору предоминантами являются питающиеся на сосне насекомые, белки, мышевидные грызуны.

В каждом биоценозе есть виды, которые своей жизнедеятельностью создают среду для всего сообщества и без которых существование большинства других видов невозможно. Эти виды называются эдификаторами. Удаление вида эдификатора из биоценоза приводит к изменению микроклимата всего биотопа данного биоценоза.

Эдификаторами наземных биоценозов выступают определенные виды растений: в березовых лесах – береза, в сосновых – сосна

В состав биоценоза кроме относительно небольшого числа видов-доминантов входят и малочисленные виды и даже редкие формы. Между численностью видов-доминантов и общим видовым составом сообщества имеется определенная связь. Внутри биоценоза формируются тесные группировки, зависящие от растений-эдификаторов или от других элементов биоценоза, которые получили название консорции.

Консорции – это совокупность популяций организмов, жизнедеятельность которых в пределах одного биоценоза профически или топически связаны с центральным видом - ав–отрофным растением.

В роли центрального вида выступает растение –эдификатор, который определяет особенности биоценоза. Популяции осталь-ных видов консорции образуют ее ядро, за счет которого существуют виды разрушающие органическое вещество создаваемое автотрофами.

Популяции автотрофного растения на базе которого формируется консорция называется детерминаитом, а виды объединенные вокруг него называются консортами.

Консорты, связаны с детерминантом трофически то есть пищевыми связями или топически то есть находят на нем жилище или укрытие.

Например, насекомые питающиеся листьями дерева связаны с ним трофически, а птицы поедающие этих насекомых и живущие на этих деревьях связаны топтчески.

Многие консорты одновременно и сами являются дерерминантами. Так, птицы, будучи консортами березы имеют свою консорцию из хищников (например куниц) и паразитов располагающихся на их теле, а также организмами питающимися их выделениями. Входя в консорцию березы птицы вносят в нее свою свиту, своих консортов.

В связи с этим все консорты состоят из консортов 1,2 и так далее порядкв.

Состав консорции – это результат длительного процесса подбора видов, способных существовать в условиях местообитания детерминанта. Каждая консорция представляет собой особую структурную единицу биоценоза.

Пространственная структура биоценоза. –определяется прежде всего сложением его растительной части- фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений.

В ходе длительного эволюционного развития, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям живые организмы нашли свое место в биоценозе. В большинстве случаев это распределение носит ярусный характер.

Ярусность – это вертикальное расслоение биоценозов на равновысокие структурные части. Особенно четко ярусность прослеживается в фитоценозах (растительных сообществах) .

Фитоценоз приобретает ярусный характер при наличии в нем растений, которые различаются по высоте. Например лес, вертикальная структура.

Растения каждого яруса создают свой микроклимат и определенную среду для обитания специфических животных, которые в каждом ярусе формируют свое сообщество. Например, такие виды птиц как куриные или тетеревиные гнездятся только на земле (в приземном ярусе), дрозды, снегири - в кустарниковом ярусе, зяблики, щеглы – в кронах деревьев и т. д.

В биоценозах вертикальное распределение организмов обуславливает и определенную структуру в горизонтальном направлении. Расчлененность биоценоза в горизонтальном направлении носит название мозаичности и свойственна практически всем фитоценозам.

Мозаичность обусловлена такими причинами как неоднородность микрорельефа, биологическими особенностями растений, пестротой почвенного плодородия, деятельностью человека (вырубка леса, добыча полезных ископаемых и пр.) влиянием животного мира (вытаптывание копытами лугов и пр.)

Отношения организмов в биоценозах. Основными формами взаимоотношений различных видов в биоценозе являются: конкуренция, комменсализм, мутуализм, паразитизм и т. д.

Межвидовые отношения в биоценозе по классификации В.Н. Беклемишева подразделяются на четыре типа: трофические, топические, форические, фабрические. И так:

1. Трофические связи – это такие связи когда один вид питается другим: либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности. При конкуренции двух видов из-за питания между ними возникает косвенная трофическая связь так как деятельность одного вида отражается на снабжении кормом другого.

2. Топические связи– это такие связи когда изменение условий обитания одного вида происходят в результате жизнедеятельности другого. Этот вид связей отличается большим разнообразием. Топические связи заключаются в создании одним видом среды для другого, в формировании субстрата на котором поселяется другой вид и т.д.

3. Форические связи– это такие связи при которых один вид принимает участие в распространении другого. Примером этого вида связей может служить перенос животными семян, спор и пыльцы растений. (зоохория), а перенос одних животных (более мелких) другими (форезия).

4. Фабрические связи– это такие связи, при которых данный вид для своих сооружений использует продукты выделения или мертвые остатки других видов.

Например, птицы употребляют для постройки своих гнезд листья траву, шерсть млекопитающих, пух и перья других видов птиц.

Для нормального развития того или иного вида условия его жизнедеятельности должны быть оптимальными. Для характеристики условий жизнедеятельности существуют два критерия: физиологический и синэкологический оптимумы.

Физиологический оптимум – это благоприятное для вида сочетание всех абиотических факторов, при котором возможны наиболее быстрые темпы роста и размножения.

Синэкологический оптимум – это биотическое окружение, при котором вид испытывает наименьшее давление со стороны врагов и конкурентов, что позволяет успешно ему размножаться.

Физиологический и синэкологический оптимумы не всегда совпадают. Примером этого несовпадения может быть массовое размножение гессенской мухи после особенно суровых зим, которые должны были бы отрицательно сказаться на численности этого вредителя. В нормальные по условиям годы гессенскую муху гначительно истребляют несколько видов ее естественных врагов. Однако из-за слабой морозостойкости враги гессенской мухи почти полностью погибают. Это дает возможность гессенской мухе восстановить свою численность.

Экологические ниши. Экологический нишей называют положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза. Это комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды.

По определению Элтона (1934) экологическая ниша –это место в живом окружении, отношение вида к пище и врагам.

Экологическая ниша отражает участие данного вида в биоценозе. При этом имеется в виду не территориальное его размещение, а функциональное проявление организма в сообществе.

Существование вида в сообществе определяется сочетанием и действием многих факторов. При определении же принадлежности того или иного вида к той или иной нише необходимо учитывать характер питания этих организмов, способность ими добывать пищу.

Так, растения, принимая участие в сложении биоценоза обеспечивают существование целому ряду экологических ниш. Это могут быть ниши, охватывающие организмы, питающиеся тканями корней или тканями листьев, цветками, плодами и т. д.

Каждая из этих ниш включает в себя различные по видовому составу группы организмов. Так, в экологическую нишу корнеедов входят и нематоды, и личинки некоторых жуков (майского, щелкунов). А в нишу сосущих соки растения входят клопы и тли.

Таким образом, специализация видов в отношении пищевых ресурсов уменьшает конкуренцию, увеличивает стабильность структуры сообщества.

Существуют различные типы разделения ресурсов:

1. Это специализация морфологии и поведения в соответствии с родом пищи, например, клюв у птиц может быть приспособлен для ловли насекомых, долбления отверстий, раскалывания орехов и так далее.

2. Вертикальное разделение, например, между обитателями кроны дерева и лесной подстилки.

3. Горизонтальное разделение, между обитателями различных микроместообитаний. Например, существует разделение птиц на экологические группы основанное на месте их питания: это вохдух, листва, ствол, почва.

Специализация вида по питанию, использованию пространства, времени активности и другим условиям характеризуется как сужение его экологической ниши. А обратные процессы – как ее расширение.

На сужение или расширение экологической ниши вида в сообществе большое влияние оказывают конкуренты. По правилу сформулированному Гаузе два вида не уживаются в одной экологической нише.

Выход из конкуренции может быть достигнут расхождением требований к среде, изменению образа жизни, то есть разграничением экологических ниш. Только и этом случае они приобретают способность сосуществовать в одном биоценозе.

Так, например, в Европейской састи России существуют близкие виды синиц изоляция которых друг от друга обусловлена различиями в местообитании, местах кормежки и размерах добычи. Экологические различия этих видов синиц отражаются в ряде небольших деталей внешнего строения- например длины и толщины клюва.

Многочисленные отряды животных, питающиеся травой имеют в своем составе степные биоценозы. Такие как, копытные (лошади, овцы, сайгаки) и грызуны (суслики, сурки, мышевидные). Все они составляют одну функциональную группу биоценоза – травоядных животных. Однако роль этих животных в потреблении растительной массы неодинакова. Так копытные (лошади, Крупный рогатый скот) поедают главным образом высокие наиболее питательные травы, откусывая их на значительной высоте (5-7см) от поверхности. Сурки, живущие здесь же выбирают корм среди травостоя изреженного и измельченного копытами. Сурки поселяются и кормятся толлько там где нет высокого травостоя.

Более мелкие животные – суслики предпочитают собирать корм там, где сильнее нарушен травостой, Здесь они собирают то, что осталось от кормления копытных и сурков.

Между этими тремя группами травоядных животных, образующих зооценоз, наблюдается разделение функций в использовании биомассы травянистого покрова.

Отношения, сложившиеся между этими группами животных не носят конкурентного характера, а наоборот обеспечивают более высокую их численность.

Экологические ниши видов изменчивы в пространстве и во времени. Нередко в биоценозе один и тот же вид в разные периоды развития может занимать различные экологические ниши. Так головастик питается растительной пищей, а взрослая лягушка – типичное платоядное животное. Поэтому им свойственны различные экологические ниши и специфические трофические уровни.

У насекомоядных птиц зимние экологические ниши отличаются от летних. И так далее.

На экологическую нишу вида существенное влияние оказывает межвидовая и внутривидовая конкуренция.

При межвидовой конкуренции зона обитания вида может сокращаться до оптимальных границ, где он обладает преимуществом по сравнению со своими конкурентами.

Если межвидовая конкуренция сужает экологическую нишу вида, то внутривидовая конкуренция, напротив, способствует расширению экологических ниш.

При возросшей численности вида начинается использование дополнительных кормов, освоение новых местообитаний , появление новых биоценетических связей.

Экологическая структура биоценоза. Биоценозы состоят из определенных экологических групп организмов, выражающих экологическую структуру сообщества. Экологические группы организмов, занимая сходные экологические ниши, в разных биоценозах могут иметь разный видовой состав. Так, на увлажненных территориях доминируют гигрофиты (растения избыточно увлажненных местообитаний), а в засушливых условиях – ксерофиты (растения сухих местообитаний).

На экологическую структуру биоценоза существенное влияние оказывает соотношение групп организмов, которые объединяются сходным типом питания. Например, в лесах преобладают сапрофаги (животные питающиеся трупами других животных, уничтожая гниющие остатки) в степных и полупустынных зонах – фитофаги (животные питающиеся только растительной пищей).

В глубинах океана основной тип питания животных – хищничество, а в поверхностной, освещенной зоне много видов со смешанным типом питания.

Различия в экологической структуре биоценоза наиболее четко проявляются при сравнении сообществ организмов в сходных биотопах разных регионов. Так например, куница в европейской тайге и соболь – в азиатской. Эти виды занимают сходные экологические ниши и выполняют одни и те же функции. Эти виды определяют экологическую структуру сообщества и называются замещающимииливикарирующими.

Таким образом, экологическая структура биоценоза – это его состав из экологических групп организмов, выполняющих в сообществе в каждой экологической нише определенные функции.

Экологическая структура биоценоза в комплексе с видовой и пространственной, с особенностями экологической ниши служит макроскопической характеристикой биоценоза.

А макроскопическая характеристика дает возможность определить свойства того или иного биоценоза, выяснить его устойчивость в пространстве и во времени, а также предвидеть последствия изменений, вызванных влиянием антропогенных факторов.

Пограничный эффект. Важнейшим признаком структур-ной характеристики биоценозов, является наличие границ сообществ. Однако следует отметить, что эти границы редко бывают четкими.

Как правило, соседние биоценозы постепенно переходят один в другой, образуя на границе двух биоценозов переходные или пограничные зоны, отличающиеся особыми условиями.

Здесь как бы переплетаются типичные условия соседствующих биоценозов. В переходной зоне произрастают растения, характерные для обоих биоценозов. Обилие растений в пограничной зоне привлекает сюда разнообразных животных, поэтому пограничная зона чаще всего бывает более богата жизнью чем каждый из биоценозов в отдельности. То есть, при пространственном переходе одного биоценоза в другой возрастает число экологических ниш.

В этих переходных зонах возникает сгущение видов и особей, наблюдается так называемый краевой эффект.

Пример краевого эффекта..................Чистый пар - посев

Биогеоценоз. Живые организмы и их неживое окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии. Эти компоненты образуют более сложное экологическое сообщество экосистему или биогеоценоз.

Термин биогеоценоз в 1940 году предложил русский эколог Сукачев. По его определению биогеоценоз (от греческого–биос-жизнь, гео-земля, ценоз-общий) это устойчивая саморегулирующаяся экологическая система, в которой органические компоненты неразрывно связаны с неорганическими.

Основной функциональной единицей в современной экологии является экосистеиа. Термин экосистема впервые был предложен английским экологом Тэнсли в 1935 году.

По его определению экосистема – это любая совокупность организмов и неорганических компонентов в которой может осуществляться круговорот веществ.

Иными словами, совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с обществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему.

Существует мнение, что понятие биогеоценоз в большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие экосистема вкладывается прежде всего ее функциональная сущность.

Фактически же между этими терминами принципиальной разницы нет. И в современном представлении биогеоценоз и экосистема являются синонимами.

Вертикальная структура широколиственного леса, может быть представлена следующей схемой:

1. Древесный ярус

2. Кустарниковый ярус

3. Травянистый ярус

4. Приземный слой

5. Подстилка

6. Пахотный слой

7. Подпочва

8. Материнская порода

Структура биоценоза и схема взаимодействия между его компонентами.

Экотоп