Структура экосистем

Под действием абиотических и биотических факторов в природе формируются устойчивые сообщества живых организмов.

Биоценоз подразделяют на фитоценоз (сообщество растений) и зооценоз (сообщество животных). Однако эти понятия не включают в себя компоненты неживой природы — биотоп, поэтому в экологии чаще используют понятие «экосистема».

Экосистема — это устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов на определённой территории, находящихся в постоянном взаимодействии с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы (рис. 190).

Важно отметить, что это понятие очень широкое. Хвойный лес и болото, гниющий пень и лужа на дороге, аквариум и городской парк и даже вся биосфера планеты являются экосистемами. Они могут быть естественными и искусственно созданными человеком, могут существенно различаться по масштабам и возрасту, но в их состав обязательно будут входить тесно взаимодействующие компоненты живой и неживой природы.

Большое видовое разнообразие в пределах экосистемы является показателем её устойчивости. Высокая численность особей в популяциях свидетельствует о том, что данные виды оптимально приспособлены к конкретным условиям и важны для стабильного существования данной системы. Подсчитать число особей в популяции обычно достаточно сложно, поэтому, характеризуя видовую структуру экосистемы, часто используют понятие плотность популяции. Она определяется количеством особей вида на единицу поверхности.

Виды, входящие в сообщество, могут быть массовыми, малочисленными и редкими. Массовые виды представлены всегда большим числом особей. Некоторые из них являются средообразующими, они своей жизнедеятельностью создают условия для обитания других видов. Например, особенности биоценоза елового леса (повышенная влажность, затенённость) связаны с елью как наиболее многочисленным растительным видом на данной территории.

Пространственная структура экосистемы. Помимо разнообразия видового состава биоценозы характеризуются сложной пространственной структурой. Рассмотрим биоценоз лиственного леса (рис. 191). Растения, обитающие в лесу, различаются по высоте их надземных частей. В связи с этим в растительных сообществах выделяют несколько «этажей», или ярусов. Первый ярус — высокорослые (большие) деревья — составляют самые светолюбивые виды, такие, как дуб, липа. Второй ярус включает менее светолюбивые и более низкорослые деревья — грушу, клён, яблоню, а также молодые растения первого яруса. Третий ярус состоит из кустарников — лещины, бересклета, калины и др. Четвёртый ярус — травянистый. Такими же этажами распределены в почве и корни растений. Ярусность надземных частей растений и их корней позволяет лучше использовать солнечный свет и минеральные запасы почвы.

В травяном ярусе в течение сезона происходит смена растительного покрова. Одна группа трав, называемая эфемерами, светолюбивые — медуница, хохлатка, ветреница — начинает рост ранней весной, когда нет листвы на деревьях и поверхность почвы ярко освещена. Эти травы за короткий срок успевают образовать цветки, дать плоды и накопить запасные питательные вещества. Летом на этих местах под покровом распустившихся деревьев развиваются теневыносливые растения.

Кроме растений в лесу обитают и другие организмы. В почве живут бактерии, грибы, водоросли, простейшие, круглые и кольчатые черви, личинки насекомых (например, майского жука) и взрослые насекомые. В травяном и кустарниковом ярусах встречаются различные жуки, клещи, сплетают свои сети пауки. Выше, в кронах лиственных деревьев, обильны гусеницы пядениц, шелкопрядов, листовёрток, взрослые формы жуков-листоедов, хрущей. В очень больших количествах в лиственных лесах встречаются виды, питающиеся соком растений, — тли, червецы, клопы, а также потребители древесины.

В наземных ярусах обитают также многочисленные позвоночные — амфибии (лягушки, жабы), рептилии (змеи, ящерицы), разнообразные пти- цы, из млекопитающих — грызуны (полёвки, мыши), копытные (лоси, олени), хищники (лисица, волк). Верхнюю часть почвенного яруса осваивают кроты и землеройки.

Помимо ярусности, в сообществах наблюдается листовая мозаика, при которой каждый лист растения занимает такое положение, которое позволяет ему получать максимальное количество солнечного света и не затенять соседние.

Экологическая структура экосистемы. Все живые организмы, населяющие экосистемы, выполняют определённые функции, и в связи с этим их можно разделить на группы: продуценты, консументы и редуценты (рис. 192). Наличие этих групп является показателем стабильного существования системы.

Продуценты — это группа автотрофных организмов, которые способны создавать органические вещества, являющиеся пищей для всех остальных существ. Основными продуцентами (производителями) являются зелёные растения, а также некоторые бактерии.

Консументы — это группа гетеротрофных организмов, которые потребляют готовые органические вещества. К ним относятся самые разнообразные живые организмы — от бактерий до крупных млекопитающих.

Редуценты — это организмы, которые перерабатывают мёртвое органическое вещество, разлагая его до минеральных соединений, которые снова могут быть использованы продуцентами. К ним относятся многие бактерии, грибы, термиты, многоножки, дождевые черви и т. п.

Несмотря на многообразие существующих в природе экосистем, все они обязательно имеют в своём составе все перечисленные группы организмов. Продуценты, консументы и редуценты в каждой экосистеме свои и отличаются от организмов других экосистем.

Экосистема пресного водоёма. В неглубоких водоёмах — прудах, мелких озёрах — солнечный свет проникает до дна, создавая условия для развития водорослей и высших водных растений (рис. 193). В толще воды обитают многочисленные одноклеточные и нитевидные многоклеточные водоросли. Последние в летнее время встречаются в виде тины. На дне некоторые мхи образуют обширные тёмно-зелёные скопления. Вблизи берегов растёт водяной хвощ, а на поверхности воды можно встретить водяной папоротник сальвинию. Широко представлены цветковые растения — камыш, тростник, рогоз, произрастающие у берегов. На поверхности воды плавают листья и цветки белых кувшинок или жёлтых кубышек. Нередко вся поверхность пресного водоёма покрыта мелкими пластинками ряски. Встречаются и другие водные растения, например пузырчатка, роголистник.

Животный мир пресноводного водоёма ещё более богат и разнообразен. В воде и в иле, покрывающем дно, обитают многочисленные простейшие, мелкие рачки (циклопы и дафнии), личинки насекомых, плоские черви (планарии). В грунте водоёмов распространены свободноживущие круглые и кольчатые черви. На листьях водных растений сидят пресноводные гидры, которые являются представителями кишечнополостных животных. Очень многочисленны разнообразные моллюски: беззубки, прудовики, катушки и др. Из насекомых часто встречаются крупные хищные клопы-гладыши, или водяные скорпионы. Наконец, в пресных водоёмах обычно обитают растительноядные и хищные рыбы, амфибии и их личинки — головастики. Вот далеко не полный перечень обитателей водоёма, который даёт представление о его видовом разнообразии.

В состав биоценоза всегда входит очень много, до нескольких тысяч, видов самого разного уровня организации — от бактерий до позвоночных. Их взаимоотношения в среде обитания в первую очередь определяются пищевыми потребностями. В приведённом примере одноклеточные водоросли служат пищей простейшим, низшим ракообразным — циклопам и дафниям, личинкам насекомых, фильтрующим двустворчатым моллюскам. Высшие растения поедаются растительноядными рыбами, скоблящими брюхоногими моллюсками, личинками некоторых насекомых. В свою очередь, мелкие рачки, черви, личинки насекомых служат пищей рыбам и амфибиям. Хищные рыбы охотятся на растительноядных. В воде кормятся некоторые млекопитающие, например выхухоль, питающаяся моллюсками, насекомыми и их личинками, иногда рыбой. Мёртвые органические остатки падают на дно. На них развиваются бактерии, которые, в свою очередь, потребляются простейшими, фильтрующими моллюсками и т. д. Таким образом, пищевые отношения служат регуляторами численности видов, входящих в биоценоз.

В составе любой экосистемы выделяются два компонента: биотоп — комплекс факторов неживой природы и биоценоз — совокупность живых организмов. Целостность системы обеспечивается взаимодействием этих компонентов. Различают видовую, пространственную и экологическую структуру экосистем.