Функциональная или трофическая структура экосистем

Компонент	Понятие
1. Абиотическая среда	Все силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью организмов. Компоненты неорганической природы – это вода, газы, минеральные и мертвые органические вещества, гумус и т.д., т. е. весь комплекс факторов физической среды, из которой биоценоз черпает средства для жизни и куда выделяет продукты обмена
2. Продуценты (от лат. producens – производить, создавать)   Первый трофический уровень	Это автотрофные (от греч. autós – сам, trophē – пища, питание) организмы: зеленые растения, сине-зеленые и др. группы микроводорослей, бурые и красные водоросли, фото- и хемосинтезирующие бактерии, метанотрофные микроорганизмы, способные строить свои тела из неорганических соединений. Они ассимилируют энергию либо солнечного света (фототрофы), либо неорганических веществ (хемотрофы и метанотрофы) и создают первичную продукцию живого вещества. Таким образом, они обеспечивают органическим веществом и энергией все живущее в экосистеме население
3. Консументы (от лат. consumo – потребляю)   Второй и последующие трофические уровни	Это гетеротрофные (от греч. hēteros – другой) организмы: главным образом все животные, часть микроорганизмов, паразитические насекомоядные растения. Они потребляют органические вещества, созданные продуцентами, в качестве источника энергии и питательных веществ и трансформируют в новые формы. Организмы, питающиеся только растениями – фитофаги (от греч. phiton – растение, phāgos – пожиратель), называют консументами I порядка. Животных, питающихся ими – хищников – называют консументами П порядка и т. д.
4. Редуценты (от лат. reducens – отодвигать назад, возвращать, восстанавливать). Последний трофический уровень	Это организмы, главным образом бактерии и грибы, которые разлагают мертвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращают его в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы – продуценты.

Между всеми четырьмя компонентами экологической системы – абиотической средой, продуцентами, консументами и редуцентами – существует тесная взаимосвязь (рис. 9).

Рис. 9. Структура связей звеньев биогеоценоза

Сложный процесс взаимодействия организмов и среды протекает в форме биологического круговорота (рис. 10). Его основой является процесс автотрофного биосинтеза.

Рис. 10. Упрощенная схема круговорота вещества в экосистеме

В любой экосистеме мы найдем все необходимые компоненты. Например, подушка лишайников. Продуценты – симбиотические водоросли, осуществляющие фотосинтез. Консументы – грибы, по существу паразитирующие на клетках водоросли, и мелкие членистоногие, питающиеся живыми тканями лишайника. Редуценты – гифы грибов и большинство микроскопических животных (клещи, коллемболы, нематоды, коловратки, простейшие). Грибные гифы живут не только за счет живых, но и за счет погибших клеток водорослей, а мелкие животные–сапрофаги перерабатывают отмершие слоевища, в разрушении которых им помогают микроорганизмы.

Экологическая система может быть не только природной (естественной), но и антропогенной (искусственной). Например, поле, сад, огороды, рыбоводные пруды, морские фермы беспозвоночных и т. п., а также подводная лодка, космический корабль. Искусственно созданные сельскохозяйственные биоценозы называют агроценозами Природные или саморегулирующиеся системы являются неотъемлемой частью жизни на Земле. Искусственные или регулируемые системы «являются творением рук человека» и требуют для нормального функционирования его вмешательства.

Видовая структура биоценозов (сообществ). Под видовой структурой понимают количество видов, образующих экосистему, и соотношение их численности или массы. Например, Уссурийский заповедник. Флора его своеобразна и насчитывает большое число видов: 210 – водорослей, 1364 – грибов, 252 – мохообразных, 118 – лишайников, 878 – сосудистых растений. Фауна млекопитающих насчитывает 56 видов. В заповеднике выявлено 24 вида рыб, 13 – амфибий и рептилий, отмечено 190 видов птиц. Это на площади 40 432 га.

Различают бедные и богатые видами биоценозы. Например, крайне бедные биоценозы – первые налеты сине-зеленых водорослей на остывшей лаве. Самым высоким видовым богатством (биоразнообразием) характеризуются сообщества тропических лесов и коралловые рифы.

Влияние разнообразия условий на разнообразие видов проявляется в краевом, пограничном эффекте. Правило краевого эффекта (пограничного, опушечного): на стыке биоценозов увеличивается число видов и особей в них. Известно, что на опушках обычно богаче и пышнее растительность, гнездится больше видов птиц, встречается больше видов насекомых и т. п., чем в глубине леса. Здесь разнообразнее условия освещенности, температуры.

Кроме числа видов важно соотношение их численности. Виды, преобладающие по численности, являются доминантами (от лат. dominans – господствующий). Они составляют «видовое ядро». В состав экосистем входит также множество малочисленных и редких форм. Они увеличивают разнообразие биоценотических связей, придают биоценозу устойчивость и обеспечивают надежность функционирования экосистем, так как являются резервом для пополнения и замещения доминантов.

Таким образом, высокое разнообразие – очень важное свойство экосистем. В соответствии с законом необходимого разнообразия с ним связана их устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Поэтому в процессе деятельности человека нельзя допустить исчезновения ни одного вида. Сейчас сотни видов растений и животных находятся под угрозой исчезновения.

Пространственную структуру биоценоза определяет его фитоценоз, или сообщество растений. Он приобретает четкое ярусное строение. Например, в еловых лесах выделяются древесный, травяно-кустарничковый и моховый ярусы. В широколиственном лесу можно выделить пять–шесть ярусов. Ярусность выражена и в травянистых сообществах (лугах, степях, саваннах) (рис. 11).

Рис. 11. Ярусность лесного биогеоценоза

Связи организмов. Разумное поведение человека в природе невозможно без знаний экосистемных связей как условия функционирования экосистем. Еще в 1912 г. Г. Ф. Морозов сформулировал правиловзаимоприспособленности организмов в биоценозе: «в природе не существует полезных и вредных птиц, полезных и вредных насекомых, там все служит друг другу и взаимно приспособлено».

Самый распространенный тип связей называется пищевым или трофическим (от греч. trophe – питание, пища). Он возникает тогда, когда один вид питается другими – либо живыми особями, либо их мертвыми останками, либо продуктами жизнедеятельности. Этим типом связей объединяются растения и насекомые, собирающие нектар и опыляющие их цветки, жуки-навозники, копытные и т. д. На их основе возникают цепи питания и пищевые сети.

Связи, основанные на использовании местообитаний, называют топическими (от греч. topos – место). Например, топические связи имеют животные и растения, которые предоставляют им убежище или местообитание (белки – деревья). Паразит и хозяин (например, аскарида и свинья) связаны трофическими и топическими отношениями.

Форический (от лат. phoras – наружу, вон) тип связей возникает, если одни организмы участвуют в распространении других или их зачатков (семян, плодов, спор). Например, птицы поедают сладкие ягоды облепихи, и распространяют ее семена, выбрасывая их вместе с пометом.

Четвертый тип связей – фабрические (от лат. phabrikatio – изготовление). Они возникают тогда, когда один вид использует для постройки своих гнезд и убежищ продукты выделений, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида (растения, перья, пух, шерсть).