Материал: 1679

Непериодические колебания численности популяций часто являются следствием воздействия человека.

Механизм регулирования численности популяций является частью сложных природных механизмов поддержания равновесия в системе.

Кроме набора основных характеристик, популяции присуща определенная структура. Выделяют возрастную, половую и пространственную структуры.

Возрастная структура популяции зависит от интенсивности размножения, которая различна у разных видов. При благоприятных условиях в популяциях присутствуют все возрастные группы. В быстро растущих популяциях доминируют молодые особи; в популяциях, находящихся в стабильном состоянии, наблюдается примерно разное соотношение особей различного возраста; в стареющих популяциях большую долю составляют пожилые особи.

Половая структура популяций определяется соотношением особей различного пола и в большой степени зависит от особенностей данного вида.

Пространственную структуру популяций образуют стаи, колонии, семьи и другие подсистемы организмов, входящих в популяцию. Пространственная структура присуща популяциям большинства видов живых организмов. Она позволяет более эффективно использовать ресурсы среды и обеспечивает устойчивые внутрипопуляционные взаимоотношения особей.

Все рассмотренные характеристики популяций, ее структурированность, способность к саморегуляции и поддержанию равновесия с окружающей средой являются основными чертами, свойственными популяции как биологической системе надорганизменного уровня.

Совокупность популяций различных видов живых организмов, населяющих относительно однородное пространство, образует биогеоценоз.

1.7. Биогеоценоз, его структура

Основными структурными составляющими биосферы являются биогеоценозы. Биогеоценоз – это экосистема макроили мезоуровня на определенном участке земной поверхности. Понятие биогеоценоза уже понятие экосистемы, так как к биогеоценозам можно отнести только экосистемы выше микроуровня, имеющие четкие границы на земной поверхности – лес, степь, море, река, поле и т.п. Экосистемы, не привязанные к определенной территории земли, к биогеоценозам не относятся (аквариум, космический корабль и т.п.).

Как в любой экосистеме, в биогеоценозе можно выделить две составные части – биотическую и абиотическую – тесно обменивающиеся веществом и информацией как между собой, так и окружающей средой.

Биоценоз – биотическая составляющая биогеоценоза – представляет собой совокупность популяций различных видов животных, растений и микроорганизмов, входящих в биогеоценоз.

Выше указывается на схожесть понятий биогеоценоза и экосистемы на определенном участке земной поверхности.

Биоценоз в биогеоценозе играет ту же роль, что и биотическое сообщество в экосистеме.

Стабильность биоценоза зависит от прочности связей между его компонентами – различными популяциями живых организмов, а также от их взаимодействия с окружающей средой.

Наиболее важную роль в биоценозе играют следующие типы взаимодействий:

–пищевые связи – трофические цепи и сети;

–групповые взаимоотношения – образование стай, колоний, стад и

т.д.;

– совместная деятельность разных видов – конкуренция, симбиоз и

т.д.;

–размножение;

–сохастические связи – случайные взаимодействия.

Любой биоценоз имеет сложную внутреннюю структуру, которая определяется следующими параметрами.

1.Стратификация – разбиение на вертикальные ярусы. Стратификацию можно наблюдать и в наземных, и в водных биоценозах. Например, в лесу выделяют ярусы почвы, травы, кустарников, низких и высоких деревьев; в поле – ярусы почвы с подземными организмами, ярус поверхности почвы с обитающими на ней насекомыми, ярус травы. В водных биогеоценозах основной причиной появления вертикальной ярусности служит различие в освещенности разных слоев воды. Часть организмов может обитать только в верхнем, наиболее освещенном слое, другая часть в более глубоких слоях, куда солнечная энергия поступает в значительно меньших количествах.

2.Зональность – горизонтальные подразделения в биоценозе. Популяции растений и животных в большинстве случаев распределяются не равномерно по всей поверхности, занимаемой биоценозом, а пятнами, образуя зоны различной протяженности и плотности.

3.Периодичность – изменение активности организмов с течением времени:

– суточная активность обусловлена совместным проживанием в одном биоценозе различных видов живых организмов, часто конкуриру-ющих

друг с другом. При этом одни организмы приспособлены к дневному, другие – к ночному образу жизни;

– сезонная активность – часто приводит к изменению структуры биоценоза в течение года. Для биоценозов средних широт существуют следующие шесть периодов:

а) зимний – зимняя спячка; б) ранняя весна – начало пробуждения;

в) поздняя весна – пробуждение и высокая активность; г) раннее лето – максимальная активность; д) позднее лето – снижение активности; е) осень – подготовка к зимней спячке.

Условия окружающей среды на определенной территории называют биотопом (Мебиус, 1877). Основными составными частями биотопа являются атмосферный воздух, вода, почва, климатические условия.

Между биоценозом и биотопом происходит непрерывный обмен веществом, энергией и информацией, обуславливающей стабильность биогеоценоза во времени. Кроме того, существует тесное взаимодействие биогеоценоза с окружающей средой. Совокупность близлежащих биогеоценозов складывается в более крупную структурную единицу биосферы – биом.

Биом – это крупная региональная или субконтинентальная система, состоящая из множества тесно связанных между собой биогеоценозов. Биом характеризуется основным типом климата, растительности или особенностями ландшафта. Примерами биомов являются океаны, арктические пустыни, тундры и т. д. Все эти географические объекты, занимающие значительное пространство на территории земли, состоят из большого количества отдельных биогеоценозов, тесно связанных между собой.

2.ОСНОВЫ БИОГЕОХИМИИ

2.1.Биогеохимические циклы веществ

Между живым и косным веществом биосферы под действием лучистой энергии Солнца происходит постоянный обмен химическими элементами. Если бы все вещество на Земле не было бы вовлечено в круговорот, жизнь быстро исчерпала бы себя: все доступные живой природе вещества перешли бы в массу мертвой органики.

Наука биогеохимия изучает процессы взаимодействия живых организмов с неорганическим веществом, приводящие к разрушению горных пород, образованию морских пластов и другим подобным

процессам, итогом которых является закономерное распределение химических элементов в биосфере.

Вещества, находящиеся в круговороте, перемещаются в пространстве, входя последовательно в состав различных компонентов биосферы. Активную роль в процессах перемещения и превращения веществ играют живые организмы биосферы.

Пути, по которым движутся химические элементы, называются биогеохимическими циклами (от слов «био» – жизнь, живые организмы и

«гео» – неорганическая природа), или биогеохимическими круговоротами веществ.

Представление о биогеохимических циклах ввел в науку В.И. Вернадский, который видел в них основу организованности биосферы. Особое внимание Вернадский уделял роли живых организмов в биогеохимических круговоротах. Он сформулировал следующий закон миграции: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

Биогеохимические циклы являются обязательным условием устойчивости природных экосистем, обуславливая постоянство химического состава различных элементов биосферы.

Полный биогеохимический круговорот многих элементов длится сотни тысяч и миллионы лет, так как включает в себя медленные процессы разрушения горных пород, выветривания продуктов разрушения и снесения их потоками в мировой океан, образования отложений на дне океана, которые частично возвращаются на сушу с атмосферными осадками и с извлекаемыми на сушу водными организмами. Кроме того, в биогеохимический цикл входят постоянно идущие очень медленные процессы опускания морского дна и поднятия материков. Полный цикл круговорота воды составляет примерно 2 млн лет, кислорода − 2000 лет, углекислого газа − 300 лет.

Вообще все вещества в биогеохимическом круговороте движутся по спирали, новый виток которой не повторяет полностью предыдущий. В результате этого постоянно меняется вся геологическая оболочка Земли.

В качестве примера рассмотрим биогеохимический цикл воды, на который затрачивается более трети поступающей на Землю солнечной энергии. В ходе круговорота вода переходит из жидкого в газообразное состояние и опять в жидкое в ходе процессов испарения с поверхности Земли (водоемов и почвы) и транспирации.

Транспирация – это процесс биологического испарения воды через листья растений.

Подсчитано, что в круговороте веществ на Земле участвуют более 500 тыс. км3 воды в год (500·1027 т).

Особенностью круговорота воды является то, что с поверхности океана испаряется воды больше, чем возвращается с осадками. Количество воды, испарившейся с суши, наоборот, меньше, чем объем выпавших осадков. Эта вода поступает в экосистемы суши, а ее излишек возвращается в океан с грунтовыми водами и поверхностным стоком. Круговорот воды играет важную роль в формировании климата Земли.

Атмосфера (водяные пары)

Испарение (транспирация)

Осадки Испарение

Рис. 5. Схема биогеохимического цикла воды

Впределах единого биогеохимического круговорота какого-либо элемента можно выделить его часть, связанную с деятельностью живых организмов. Это так называемый малый, или биологический, круговорот этого элемента.

Воснове малого круговорота лежат процессы синтеза и разрушения органических соединений, входящих в состав живых клеток. Эти два взаимосвязанных процесса обеспечивают жизнь на Земле и составляют одну из ее главных особенностей. К подобным процессам в первую очередь относятся фотосинтез, хемосинтез и дыхание. В ходе малого круговорота соединения углерода, вода и питательные вещества почвы накапливаются в растениях, образуя различные органические вещества. Синтезированные вещества частично расходуются на жизненные процессы

растений, а затем в процессе питания переходят к животным. Образующиеся отходы жизнедеятельности и продукты распада органических соединений разлагаются микроорганизмами до простых минеральных веществ и вновь вовлекаются в круговорот.