Биогеоценоз – это динамическое, устойчивое сообщество растений, животных, микроорганизмов, находящееся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абиотической (экотоп) частей, которые связаны непрерывным обменом веществ и представляют собой открытую систему (рис. 1.1).
В биогеоценоз поступают солнечная энергия, минеральные вещества почвы, газы атмосферы, вода. Продукцией биогеоценоза являются тепло, кислород, углекислый газ, биогенные вещества. Основной функцией биогеоценоза является обеспечение круговорота веществ и потоков энергии.
Биотическая часть биогеоценоза представлена биоценозом.
Биоценоз – это самоподдерживающаяся, саморегулирующаяся система, состоящая из определенного комплекса видов, в которой осуществляется круговорот веществ и энергии.
К важнейшим характеристикам биоценоза относятся:
• видовое разнообразие;
• численность видовых популяций;
• биомасса;
• биологическая продуктивность.
Рис. 1.1. Схема круговорота энергии и вещества в биогеоценозе
Биомасса – это энергия всей совокупности особей биоценоза, выраженная в граммах или в килокалориях, исходя из того, что 1 грамм сухого органического вещества при сгорании дает в среднем 4,5 ккал энергии.
Биологическая продуктивность – это скорость образования биомассы растениями (первичная продуктивность) и скорость образования биомассы животными (вторичная продуктивность). Биологическая продуктивность выражается в граммах или в килокалориях с единицы площади за год.
Среди огромного многообразия взаимосвязей живых существ в биоценозе можно выделить наиболее характерные, имеющие много общего у организмов разных систематических групп:
• конкуренция – это отношения, складывающиеся между видами со сходными экологическими требованиями; формы конкуренции могут быть различными: от прямой физической борьбы до мирного сосуществования, но рано или поздно один конкурент вытесняет другого;
• хищничество – прямое уничтожение одного вида другим, укладывающееся в отношения хищник – жертва;
• паразитизм – это форма сожительства организмов разных видов, при которой один организм (паразит) использует другой организм (хозяина) в качестве среды обитания и источника питания, при этом наносится прямой вред одной стороне;
• комменсализм – это взаимоотношения, при которых деятельность одного из них доставляет пищу или убежище другому. Таким образом, комменсализм – это использование одного вида другим без нанесения ему вреда;
• мутуализм – это широко распространенные в природе взаимовыгодные отношения видов. Примером могут служить лишайники – взаимовыгодное сожительство гриба и водоросли;
• симбиоз (сожительство) – это разновидность только мутуализма; в симбиозе отношения организмов могут развиваться по-разному.
Биогеоценозы земного шара образуют биогеоценотический покров, который изучает биогеоценология. Основал эту науку выдающийся русский ученый В. Н. Сукачев.
Совокупность всех биогеоценозов нашей планеты создает гигантскую экосистему – биосферу. Биогеоценозы могут формироваться на любом участке земной поверхности – на суше и на воде. Они бывают степными, болотными, луговыми и т. д. Большое значение в функционировании биосферы имеют гидробиоценозы. Участки земной поверхности, покрытые культурными растениями, называются агрофитоценозами. В структуре любого биогеоценоза можно выделить четыре функциональных компонента:
1) абиотическое окружение, т. е. весь комплекс неживой природы, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты обмена;
2) комплекс автотропных организмов, обеспечивающих органическими веществами, а следовательно, и энергией все остальные организмы, – это первичные продуценты органического вещества, ассимилирующие солнечную энергию (фототропные растения, фотосинтезирующие бактерии);
3) комплекс гетеротропных организмов – консументов, живущих за счет питательных веществ, созданных первичными продуцентами. Консументами являются животные и бесхлорофильные растения;
4) комплекс организмов, разлагающих органические соединения до минерального состояния. Это редуценты, или деструкторы, представленные микроорганизмами – бактериями, грибами, простейшими, а также организмами, которые питаются мертвыми органическими веществами.
Между всеми четырьмя звеньями существует закономерная связь.
Каждый живой организм или их совокупность выполняют определенную биологическую функцию, которая либо начинает какой-то процесс, либо служит его промежуточным звеном, либо завершает его. Такая согласованная и взаимосвязанная деятельность живых организмов Земли находится в самой тесной связи с окружающей средой и ее основными факторами физического, химического, биологического характера и создает сложное построение жизни в разных ее проявлениях – экологическую систему.
Основные законы экологии, сформулированные Б. Коммонером в 1971 г., кратко можно сформулировать следующим образом.
1. Все связано со всем (всеобщая связь процессов и явлений в природе).
2. Все должно куда-то деваться (любая природная система может развиваться только за счет использования энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды).
3. Природа “знает” лучше (пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природных систем, мы легко можем навредить природе, пытаясь ее улучшить).
4. Ничто не дается даром (глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничто не может быть выиграно или потеряно, она не может быть объектом всеобщего улучшения; все извлеченное в процессе человеческого труда должно быть возмещено).
Среди других законов, принципов и правил можно отметить следующие:
• вещество, энергия, информация и качество отдельных природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих факторов вызывает функциональные, структурные, качественные и количественные перемены всех систем и их иерархии;
• слабые воздействия могут и не вызывать ответных реакций природной системы, но, накопившись, они приведут к развитию бурного, непредсказуемого динамического процесса (X. Боумен);
• жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близко к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведет к гибели организма или деструкции экосистемы (Ю. Либих);
• экосистема, потерявшая часть своих элементов, не может вернуться в первозданное состояние;
• сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает окружающую среду устойчивости, которая не может быть восстановлена путем создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству (В. Г. Горшков);
• лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма по отношению к данному фактору (В. Шелфод);
• любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно.
Последний приведенный нами закон имеет важное теоретическое и практическое значение из-за основных следствий:
а) абсолютно безотходное производство невозможно (подобно созданию “вечного” двигателя). Реализуя это следствие, важно создавать малоотходные производства с малой ресурсоемкостью как на входе, так и на выходе (экономичность и незначительные выбросы). Идеальны создание циклического производства (отходы от одних процессов служат сырьем для других) и организация разумного депонирования (захоронения) неминуемых остатков, нейтрализация неустраняемых энергетических отходов;
б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни – она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействия, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.
• при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется (Ле Шателье-Браун);
