Биология. Учебник для 11 классов средних общеобразовательных
 Скачать 5.71 Mb.
|
|
ГЛАВА II. ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭКОСИСТЕМНОГО УРОВНЯ ЖИЗНИ Изучив материал II главы, вы сумеете: охарактеризовать основные свойства и значение биогеоценотического уровня организации живой материи; охарактеризовать биогеоценоз как биосистему и экосистему; объяснять строение и свойства биогеоценоза как природного явления; описывать основные механизмы устойчивости биогеоценоза (экосистемы); охарактеризовать причины смены биогеоценозов; сравнивать экосистемы биогеоценоза и биосферы; описывать экосистемы и агроэкосистемы своей местности; составлять схемы переноса веществ и энергии в экосистемах; выявлять антропогенные изменения в биогеоценозах; обосновать собственную позицию по отношению к экологическим проблемам и поведению в природе. § 3. ЭКОСИСТЕМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ. БИОГЕОЦЕНОЗ КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Охарактеризуйте биогеоценоти ческий уровень жизни. Что являет- ся структурно-функциональной единицей данного уровня организа- ции? Какие процессы жизнедея тельности характерны для биогео- ценотического уровня? Биогеоценоз (от греч. bios – жизнь, ge – земля и koinos – общий, совместный) – это открытая биосистема, эволюционно сложившаяся из разных видов бактерий, растений, грибов и животных, совместно засе- ляющих определенные места обитания. Учение о биогеоценозе создал российский ученый-ботаник В.Н. Сукачев. Он доказал, что биогеоценоз является важной функциональной единицей живой природы, биосисте- мой, в которой осуществляется тесное взаимодействие двух ее значи- мых частей – комплекса живых организмов (биоценоза) и комплекса 15 условий внешней среды – биотопа (от греч. bios – жизнь и topos – место), во многом созданного самими живыми организмами (рис.2). Рис.2.Структура биогеоценоза. (по В. Н. Сукачеву). На поверхности земного шара фактически нет мест без природных со- обществ. Жизнь в форме биогеоценозов охватывает почти все возможные комплексы условий внешней среды. В этом выражается главная роль и стратегия биогеоценотического уровня жизни в природе. Каждый биогеоце- ноз имеет определенную область и границы распространения. Они имеются в пустынях, в северных широтах и на экваторе, на огромных глубинах в придонных слоях и в толще океанов, в почвенной среде, в высокогорьях. Как для любой биосистемы, для биогеоценоза характерны устойчи- вость, целостность, которые поддерживаются с помощью биологическо- го круговорота веществ. Строение и свойства биогеоценозов исследует осо бая область науки экологии – биогеоценология. Биогеоценоз – это система, включающая сообщество живых организмов и тесно связан- ную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанных между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Он представляет собой устойчивую саморегулирующу- юся биологи ческую систему, в которой живые компоненты (животные, растения, мик роорганизмы) неразрывно связаны с неживыми компонен- тами (вода, почва, климат). Примеры: сосновый лес, адыр, джайлау. Атмосфе- ра Почва Вода Животные Раститель- ность Экотоп Микро- организмы Биоценоз 16 Особенности биогеоценотического уровня. Рассмотрим особенности биосистем биогеоценотического уровня, проявляющиеся в таких общих характеристиках всех систем, как структура, процессы, организация и роль в природе. Основными структурными компонентами биогеоценоза как биосистемы являются биотоп (среда обитания) и биоценоз (сообщества живых организмов), которые связаны непрерывным обменом веществом, и представляют собой энергетически и вещественно открытую систему. Главными процессами биогеоценотического уровня являются: про- ду цирование биомассы, поддерживающее существование видов; регу- лирование численности видов; круговорот веществ и поток энергии, благо даря которым обеспечиваются саморегуляция и динамическая устой чивость биосистемы. Роль биогеоценозов в природе заключается в создании благоприятных условий для существования огромного количества взаимодействующих видов и в поддержании непрерывного биологического круговорота ве- ществ в биосфере. Многообразие и длительность существования био гео- це нозов определяют эволюцию биосферы. Биогеоценозы объеди няются в единую систему глобального биологического кругово рота (биогеохими- ческие циклы), обеспечивающую динамическую устойчивость биосферы. Сложившиеся биогеоценозы отличает целостность, самовоспроиз- водство, устойчивость, саморегуляция. Понятие экосистема. Термин «экосистема» был введен в 1935 году английским ботаником А. Тенсли. По его определению, экосистема – это комплекс организмов и физических факторов окружающей среды, функционирующих за счет обмена веществ и потока энергии. Тенсли считал, что экосистемы представляют собой «основные природные единицы на земной поверхности». Биогеоценоз и экосистема – близкие понятия, обозначающие био системы одного уровня организации. Общим признаком для этих систем является наличие в них обмена веществом и энергией между живым и неживым компонентами. Несмотря на то, что экосистема и биогеоценоз используются как сходные понятия, но в трактовке понятий «биогеоценоз» и «экосисте- ма» имеются различия. Считается, что содержание понятия «биогеоценоз» отражает преимущественно конкретные структурные характеристики изуча- емой биосистемы, тогда как понятие «экосистема» выражает ее функцио- нальную сущность. Экосистемы по своим размерам, разнообразием видов и сложности отличаются от биогеоценозов. В то время, как биогеоценозы имеют определенные четкие границы, обозначить границы экосистем очень трудно. Так, термином «биогеоценоз» обозначается природный ком плекс 17 живых организмов и условий среды конкретного участка зем ной поверх- ности. Биогеоценоз конкретен, ему присваивают имя по преобладающим в сообществе видам, например: «арчовый лес», «оре ховый лес» и др. Термином «экосистема» называют любую по величине совокупность жи- вых организмов и условий среды, в которых может осуществляться круго- ворот веществ между живой и неживой частями, независимо от того, на каком конкретном участке поверхности Земли это происходит. Экосистема представляет собой более широкое понятие по сравнению с биогеоценозом. Любой биогеоценоз – это экосистема, но не каждую экосистему мож- но назвать биогеоценозом. Существуют экосистемы различного масштаба: малые экосистемы – микроэкосистемы (капля воды с микро бами, трухлявый пень, со своими микроорганизмами, грибами и мелкими позвоночными животными, лужа с дождевой водой, аквариум и др.); средние по величине экосистемы – мезоэкосистемы (яблоневый сад, поле, лес, пруд, река, озеро и др.); крупные экосистемы – макро экосистемы (океан, степь, тайга, тропический лес, горы, пустыня и др.); глобальная экосистема (биосфера). Таким образом, экосистемы не имеют определенного объема, охва- тывают пространства разной величины. Они могут быть как естествен- ными, так и искусственными, то есть создаваться человеком для хозяй- ственного использования. В состав экосистемы могут входить несколько биогеоценозов. Биогеоценозы – это природные экосистемы, границы которой определены фитоценозом, то есть сообществом растений. Ключевые слова: биогеоценоз, биоценоз, биотоп, биогеохимические циклы, мик роэкосистемы, макроэкосистемы, мезоэкосистемы, глобальная экосистема. Вопросы и задания. 1. Что такое экосистема и биогеоценоз? 2. Из каких структурных компонентов состоит экосистема? 3. Дайте определение понятий «биоценоз» и «биотоп». 4. Какие функциональные группы организмов различают в экосистеме? 5. Охарактеризуйте роль организмов разных функциональных групп в под- держании экосистемы. Задания для самостоятельной работы. Заполните таблицу. Установите отличительные признаки и сходства био- геоценоза и экосистемы. Свойства биогеоценоза Сходство Свойства экосистемы 18 § 4. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКОСИСТЕМ Вспомните структуру биогеоценозов. В учении о биогеоценозе рассматриваются свойства конкретного природного комплекса, биотические взаимосвязи, биологическое разно- образие видов, входящих в данный природный комплекс. В то время как в определении экосистемы отмечается, что она охватывает комплек- сы любого масштаба, в определении биогеоценоза подчеркивается его отчетливая территориальная приуроченность. Несмотря на некоторые различия, понятия «биоценоз» и «сообщество», «биогеоценоз» и «эко- система» практически означают одно и то же природное явление – над- видовой уровень организации биологических систем. Структура экосистемы та же, что и у биогеоценоза. Она характери- зуется наличием двух компонентов – условий среды (биотоп) и живого населения (биоценоз), включающего в себя три функционально различ- ные группы организмов, осуществляющие движение веществ в круго- вороте химических элементов Земли и поток энергии (рис.3). Биотоп (от греч. bios – жизнь и topos – место или местообитание), характеризует не только пространство, занимаемую сообществом, но и вза- имодействующий комплекс экологических условий окружающей среды, в совокупности с которым протекает жизнь сообществ. Своей жизнедеятель- ностью живые организмы биогеоценоза существенно изменяют абиотичес- кие условия среды (экотоп) и превращают их в биотоп. Абиотическую среду (экотоп) экосистемы образует неживой (кос- ный) компонент – климатоп (свет, температура, влага, воздух и т. п.) и компонент биокосного происхождения – эдафотоп (почва, грунт). Эко- топ представляет определенную территорию со всеми особенностями почвы, климата и других факторов в неизмененном организмами виде. Примерами экотопа могут служить заново образовавшиеся территории, например, новообразовавшиеся вулканические или коралловые острова. «Биотоп» – преобразованный живыми организмами экотоп или участок территории, с определенными видами растений или животных. Биоценоз – это совокупность живых организмов, населяющие биотоп. Биоценоз характеризуется определенным составом и количеством видов, взаимоотношениями внутри видов, между видами и с внешней средой. Зеленые растения биогеоценоза (фитоценоз), используя в процессе фотосинтеза солнечную энергию, образуют органические вещества, 19 которые служат пищей для различных животных (зооценоз). Грибы (микоценоз) и микроорганизмы (микробиоценоз) разрушают органические вещества, и возвращают неорганические соединения в окружающую среду. Основываясь на пищевых взаимоотношениях видов, в биогеоценозе идет постоянное движение веществ и энергии от окружающей среды к живым организмам и от них в абиотическую среду. Возникающие при этом круговорот веществ и поток энергии, специфичные для каждого биогеоценоза, вливаются в общий глобальный круговорот веществ и поток энергии биосферы. Все живые организмы биоценоза делится на три функциональные группы: продуценты, консументы и редуценты. Эти три группы отличаются по экологическим свойствам, в их состав входят популяции многих видов, специфичных для конкретного биогеоценоза. Их взаимодействие между собой и с окружающей средой обеспечивает биогеоценозу его целостность. Продуценты (от лат. producens – создающий) – производители орга- нических веществ – автотрофные организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений. К данной груп- пе относят зеленые растения, фотосинтезирующие и хемосинтезирую- щие бактерии. Консументы (от лат. consume – потребляю), или потребители, – гетеротрофные организмы, они потребляют органическое вещество и Рис.3. Функциональные группы биоценоза. Автотрофы Гетеротрофы Продуценты Консументы Редуценты 20 передают содержащуюся в нем энергию по пищевым цепям. Пищевая (трофическая) цепь – последовательность организмов, в которой происхо- дит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потреби- телю. К консументам относятся все животные и растения-паразиты. Редуценты (от лат. reduco – возвращаю, восстанавливаю), или деструкторы (лат. destruo – разрушаю) – гетеротрофные организмы, разрушающие отмершее органическое вещество любого происхожде- ния до минерального. К ним относятся сапротрофные (сапрофитные) бактерии и грибы. Они потребляют мертвые органические остатки и подвергают их минерализации (деструкции) до неорганических соеди- нений. Образующееся минеральное вещество накапливается в почве и в дальнейшем поглощается продуцентами. Таким образом, биоценоз состоит из продуцентов, консументов и редуцентов. Отдельное существование организмов каждой из этих функциональных групп невозможно. Свойства биогеоценозов. Биогеоценозы обладают рядом свойств, которые позволяют им существовать в течении длительных периодов времени в относительно неизменном виде. К таким свойствам относят- ся самовоспроизводство, устойчивость, саморегуляция, саморазвитие, сукцессия (смена экосистемы). Самовоспроизводство – способность биогеоценоза воссоздавать поток энергии и осуществлять биологический круговорот веществ между организмами и неорганической природой. Солнечная энергия, вода и минеральные вещества, аккумулируемые продуцентами, исполь- зуются для жизнедеятельности живого компонента биогеоценоза. Остатки животного и растительного происхождения, удаленные во внешнюю среду, минерализуются редуцентами и снова вовлекаются в кругово- рот веществ. При дыхании организмов выделяется во внешнюю среду углекислый газ, который, используется продуцентами для фотосинтеза. Благодаря процессу фотосинтеза восполняется атмосферный кислород, потребляемый аэробами при дыхании. Устойчивость биогеоценоза или экосистемы – это способность непрерывно поддерживать свою структуру, характер связей между ком- понентами и их функционирование в пределах естественного колеба- ния своих показателей. Устойчивость обеспечивается высоким видовым разнообразием. Саморегуляция – способность биогеоценоза к восстановлению динамического равновесия и связей между основными его компонентами 21 после природного или антропогенного воздействия. За счет биотических связей количество всех видов поддерживается на постоянном уровне. Например, высокий урожай семенных растений вызывает рост числен- ности грызунов, которые питаются семенами растений, что является причиной увеличения численности хищников. Возрастание количества хищников приводит к снижению численности жертв. Таким образом, хищники регулируют численность травоядных животных, деятельность травоядных животных влияет на численность растений. Та же зависи- мость проявляется при взаимодействии в звене паразит-хозяин. Саморазвитие – свойство биогеоценозов осуществлять изменения своей структуры и функционирования. Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными. Циклические изменения связаны с суточными и сезонными колебаниями условий внешней среды и био- ритмами организмов, при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию. Поступательные (последовательное) изменения – изменения в биоценозе, которые, в конечном счете, приводят к смене этого сообщества другим. Последовательное замещение одного биоцено- за другим называется экологической сукцессией (от лат. successio – преемственность). Сукцессия – последовательная смена биоценозов (экосистем), выра- женная в изменении видового состава и структуры сообщества. Таким образом, биогеоценоз совокупность биоценоза и биотопа, где осуществляется круговорот веществ и превращение энергии. Функцио- нальными компонентами экосистемы являются продуценты, консументы и редуценты. Ключевые слова: экотоп, климатоп, эдафотоп, фитоценоз, зооценоз, микро- биоценоз, продуценты, консументы и редуценты. Вопросы и задания. 1. Сравните определения понятий «биогеоценоз» и «экосистема». Что между ними общего? В чем отличие? 2. В чем состоит роль продуцентов в экосистеме? Приведите примеры фототрофов и хемоавтотрофов. 3. Какую функцию в экосистеме выполняют редуценты? Назовите их представителей. 4. Что означает самовоспроизводство и устойчивость биогеоценоза? 5. В чем проявляется саморегуляция биогеоценоза? 22 Выскажите свое мнение. 1. Дайте экологический прогноз возможных последствий в экосистеме, если в ней произойдет резкое сокращение численности редуцентов. Какие последствия могли бы ожидать Землю, если бы исчезли все редуценты? 2. Установите соответствие между функциональными группами и их пред- ставителями. Функциональные группы. 1) продуценты. 2) консу менты. 3) редуценты. Представители: а) береза; б) лось; в) дождевой червь; г) щука; д) подосиновик; е) лишайник, ж) ламинария; з) много ножка; и) дафния; к) железобактерии; л) аммонифицирующие бактерии. 3. Заполните таблицу. Установите соответствие между понятиями и их определениями. № Экологические термины № Определения 1 Биоценоз A Определенная территория со всеми особенностями фак- торов в неизмененном организмами виде 2 Продуценты Б Потребители органического вещества – гетеротрофные организмы 3 Климатоп В Косный компонент экосистемы 4 Фитоценоз Г Последовательное замещение одного биоценоза другим 5 Редуценты Д Компонент экосистемы биокосного происхождения 6 Экотоп Е Преобразованный живыми организмами участок территории, для определенных видов растений или животных 7 Консументы Ж Совокупность живых организмов, населяющие биотоп 8 Экологическая сукцессия З Гетеротрофные организмы, разрушающие отмершее органическое вещество любого происхождения до минерального 9 Эдафотоп И Производители органических веществ 10 Биотоп K Зеленые растения биогеоценоза 4. Заполните таблицу. Сообщества Характеристика Пример Фитоценоз Зооценоз Микоценоз Микробиоценоз 5. Какие из экосистем можно назвать биогеоценозами: луг, озеро, гнилой пень, море, хвойный лес, реку? |