Структура экосистем: от биогеоценоза до трофических цепей

Введение в структурные свойства экосистем. Для бесконечно долгого и целостного существования экосистемы должны обладать ключевыми свойствами: связыванием и высвобождением энергии, круговоротом веществ, а также механизмами противодействия внешним возмущениям. Эти функции реализуются через различные виды структур и характеристик экосистем. Изучение блоковой модели, видовой и трофической структуры позволяет раскрыть механизмы их устойчивости и функционирования. Данный анализ является фундаментальным для экологии.

Блоковая модель экосистемы и понятие биогеоценоза.Любая экосистема состоит из двух основных блоков: биоценоза (сообщества взаимосвязанных живых организмов) и биотопа или экотопа (комплекса факторов среды). Таким образом, формула экосистемы выглядит как: экосистема = биоценоз + биотоп. Академик В. Н. Сукачев визуализировал эту модель в ранге биогеоценоза, что наглядно показано на Рис. 2. Биогеоценоз является частным случаем экосистемы, характерным для сухопутных окружающих сред и обязательно включающим в качестве основного звена растительное сообщество – фитоценоз.

Рис. 2. Схема биогеоценоза (экосистемы), по В.Н. Сукачеву

Классическими примерами биогеоценозов служат однородные участки леса, луга или степи. Однако не каждую экосистему можно отнести к биогеоценозам. Системы, лишенные растительного звена, например, сообщества на разлагающейся древесине или трупах животных, состоящие из зооценоза и микробоценоза, являются экосистемами, но не биогеоценозами. Как образно определил профессор В. Н. Дылис, биогеоценоз – это экосистема в рамках фитоценоза.

Видовая структура и ее компоненты. Видовая структура экосистемы подразумевает количество образующих ее видов и соотношение их численности. Это разнообразие напрямую зависит от богатства условий биотопа и возраста экосистемы. Наиболее богатыми являются экосистемы влажных тропических лесов, тогда как молодые системы, например на промышленных отвалах, крайне бедны видами. В зрелых экосистемах выделяются доминантные виды, преобладающие по численности, и виды-эдификаторы, основные образователи среды.

Часто вид-доминант является и эдификатором, как ель в ельнике, которая формирует специфическую среду (кислая почва, сильное затенение). Видовое разнообразие – ключевой фактор устойчивости системы, обеспечивающий подстраховку и дублирование функций. При неблагоприятных условиях для доминанта, редкий вид может резко увеличить численность, заполнив освободившуюся экологическую нишу и сохранив целостность системы.

Индикаторные виды и названия экосистем.Растения-индикаторы являются важным инструментом для оценки условий местообитания. Например, в лесной зоне кислица указывает на оптимальное увлажнение и богатство почвы, черника – на избыточное увлажнение, а брусника – на его дефицит и бедность почв. Мох сфагнум сигнализирует о заболачивании и процессе торфообразования. Именно по растениям-эдификаторам и индикаторам часто называют биогеоценозы.

Лесные экосистемы классифицируются как типы леса: ельник-кисличник, ельник-черничник, ельник-сфагновый. Аналогичный принцип применяется для степных сообществ – типчаково-ковыльные или злаково-разнотравные степи. Эта система наименований отражает глубинные связи в рамках экосистемы.

Трофическая структура и цепи питания. Трофическая структура любой экосистемы представлена несколькими пищевыми уровнями. Первый уровень занимают автотрофы, или продуценты (растения, создающие органическое вещество). Второй и последующие уровни занимают гетеротрофы, или консументы (животные, потребляющие готовую органику). Завершающее звено – редуценты (микроорганизмы и грибы), разлагающие мертвое вещество до минеральных элементов.

Взаимосвязанный ряд этих уровней образует цепь питания (трофическую цепь), основная функция которой – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение энергии. Цепь может быть неполной: отсутствовать продуценты (в системах на основе разлагающихся остатков) или некоторые консументы. Экосистемы с длинными, разветвленными цепями питания отличаются повышенной надежностью и более интенсивным круговоротом, что подтверждает универсальный принцип: разнообразие является синонимом устойчивости.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. А. Воронков

Источник: Основы общей экологии

Публикации предназначены для студентов всех специальностей, изучающих экологию как общекультурную дисциплину, а также для учителей, учащихся старших классов и всех интересующихся вопросами экологии.