Die Selbstregulierung gewährleistet eine hohe Regulierung in der Biogeozänose. Selbstregulierung in Populationen und Ökosystemen. Das Konzept der Biogeozänose und Biogeozänologie

BIOKENOSE, eine Reihe von Organismen – Populationen von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Mikroorganismen, die ein homogenes System bewohnen Handlung Land oder Gewässer und durch bestimmte Beziehungen gekennzeichnet ( Nahrungsketten, Symbiose usw.) und Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen. Jede Gruppe von Organismen nimmt in der Biozönose eine bestimmte Ebene der ökologischen Pyramide ein ( Produzenten, Konsumenten Und Zersetzer). Beispiele für Biozönosen sind die Gesamtheit der Organismen in einem Teich, Eichenhain, Kiefern- oder Birkenwald usw. In vielen Fällen sind die Grenzen von Biozönosen fließend und bedingt: Beispielsweise verläuft ein Eichenhain, Kiefern- oder Birkenwald nach und nach Rand bzw. in eine trockene Wiese, einen Kiefern-Fichten-Mischwald, einen Sumpf. Sich entwickelnde Biozönosen erneuern sich entweder selbst (eine neue Kieferngeneration wächst in einem Kiefernwald) oder altern und werden durch andere Biozönosen ersetzt (eine Kiefer wird durch einen Fichtenwald ersetzt, ein Teich wird überflutet usw.), wie z Infolgedessen können einige Änderungen auftreten abiotische Umwelt(Beleuchtung, Luftfeuchtigkeit, Hitze usw.). Die komplexesten und stabilsten Biozönosen sind solche mit hoher Biologische Vielfalt Organismen. Im Ozean handelt es sich dabei um Biozönosen von Korallenriffen und Algen-Untiefen. An Land - Biozönosen tropischer Wälder und Biozönosen gemäßigter Wälder. So kann ein Eichenwald aus mehr als 100 Pflanzenarten, mehreren tausend Tierarten, Hunderten von Pilzarten und Mikroorganismen bestehen, was zusammen eine Populationsdichte von Zehntausenden und Hunderttausenden Organismen pro 1 m2 ergibt. Gleichzeitig trocknen Biomasse Eichenwald beträgt 4–5 kg/m&襪, und biologische Produktivität– 1,5 kg/m² pro Jahr. Biozönose – funktionell Teil mehr Komplexes System – Biogeozänose.

Biotische Zusammenhänge in Biozönosen

Arten biozönotischer Beziehungen. Interspezifische Verbindungen von Organismen, die dasselbe Biotop bewohnen, legen den Grundstein für die Entstehung und Existenz von Biozönosen, bestimmen die grundlegenden Lebensbedingungen der Arten in der Gemeinschaft, die Möglichkeiten der Nahrungsbeschaffung usw.

Nach der Klassifikation von V.N. Beklemishchev (1951) werden direkte und indirekte interspezifische Beziehungen in vier Typen unterteilt: trophische, topische, phorische und fabrikmäßige.

Trophische Verbindungen entstehen, wenn eine Art sich von einem anderen (einem lebenden Organismus, seinen Überresten oder Abfallprodukten) ernährt. Dabei ist sowohl eine direkte trophische Verbindung (die Biene sammelt Pflanzennektar) als auch eine indirekte möglich. Letzteres tritt beispielsweise bei der Konkurrenz zweier Arten um ein Nahrungsmittel auf, wobei sich die Aktivität der einen Art irgendwie in der Nahrungsmenge und -qualität der anderen widerspiegelt.

Topische Zusammenhänge spiegeln jede (physikalische oder chemische) Veränderung der Lebensbedingungen einer Art aufgrund der Lebensaktivität einer anderen Art wider. Dabei spielen Pflanzen eine besonders große Rolle bei der Schaffung oder Veränderung der Umwelt für andere Organismen.

Die größte Bedeutung in der Biozönose haben trophische und topische Verbindungen, die dazu beitragen, dass Organismen nahe beieinander bleiben verschiedene Typen, wodurch sie zu ziemlich stabilen Gemeinschaften unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung vereint werden.

Phorische Verbindungen manifestieren sich darin, dass eine Art an der Verbreitung einer anderen beteiligt ist. Als Überträger fungieren meist Tiere. Der Tiertransport kleinerer Individuen wird als Phoresie bezeichnet, der Transport von Samen, Sporen und Pflanzenpollen als Zoochorie.

Fabrikverbindungen beziehen sich auf diese Art biozönotischer Beziehungen, in die eine Art eintritt, indem sie für ihre Konstruktionen (Fabrikationen) Ausscheidungsprodukte, entweder tote Überreste oder sogar lebende Individuen einer anderen Art, verwenden. Ein typisches Beispiel hierfür sind Vögel, die zum Bau ihrer Nester Äste, Säugetierhaare, Gras, Blätter, Daunen und Federn anderer Vogelarten usw. verwenden.

Unter sozialen Insekten entstehen sehr komplexe biotische Beziehungen. So überfallen Amazonas-Ameisen die Ameisenhaufen anderer Menschen, fangen dort Larven und Puppen und schlüpfen in ihrem Ameisenhaufen ausgewachsene Ameisen – zukünftige „Sklaven“. Letztere erledigen die gesamte Arbeit der Pflege der Eier, dann der Larven und Puppen sowie die Reinigung und Vervollständigung der Unterbringung der Ameisen – „Sklavenbesitzer“.

Koadaptation von Tieren und Pflanzen. Im Prozess der konjugierten Evolution verschiedene Arten Pflanzen und Tiere haben gegenseitige Anpassungen aneinander entwickelt, d.h. Co-Anpassung; Sie sind teilweise so stark, dass diese Arten unter modernen Bedingungen nicht mehr getrennt leben können. Darin manifestiert sich die Einheit der organischen Welt.

Die Koadaptation von insektenbestäubten Pflanzen und Insektenbestäubern ist ein Beispiel für tiefgreifende gegenseitige Anpassungen, die historisch entstanden sind. Eine Folge der gemeinsamen Evolution ist insbesondere die Bindung verschiedener Tiergruppen an bestimmte Pflanzengruppen und deren Wachstumsorte.

Nahrungsbeziehungen trugen zur Entstehung spezialisierter Tiergruppen bei, die sich an die Ernährung bestimmter Pflanzen anpassten. Pflanzenfresser (Huftiere, viele Nagetiere) ernähren sich daher von krautiger Vegetation. Gleichzeitig haben sich alle Steppentierarten an das Leben in offenen Räumen angepasst und sich hauptsächlich von Raufutter ernährt. Für Sie

Sie zeichnen sich durch ein scharfes Sehvermögen, ein schnelles Laufen und eine besondere Struktur des Verdauungssystems aus.

Saisonale Veränderungen im Angebot und in der Qualität pflanzlicher Nahrung wirken sich auf das Verhalten und den Lebensstil phytophager Tiere aus. Einige von ihnen (z. B. Saigas) sind aufgrund des Verschwindens normaler Nahrung manchmal gezwungen, weite Strecken zurückzulegen; andere (Ziesen, Hamster) halten im Winter Winterschlaf.

Neben der Phytophagie gibt es in der Natur auch die Zoophagie, d. h. Pflanzen, die sich von Beutetieren ernähren. Allein von zoophagen Pflanzen gibt es bis zu 500 Arten. Sie alle verfügen über verschiedene, sehr raffinierte Geräte zum Fangen von Insekten. So fangen manche Pilze ihre Opfer mit mikroskopisch kleinen Schlingen oder klebrigen Verdickungen.

Die Rolle einiger Tiere bei der Bestäubung von Pflanzen ist sehr wichtig. Also, V.N. Radkevich berichtet, dass in Europa bis zu 80 % der Angiospermenarten durch Insekten, 19 B durch den Wind und etwa 1 % auf andere Weise bestäubt werden. Bienen sind als Bestäuber von außerordentlicher Bedeutung. So fliegt eine Arbeitsbiene in einer Minute etwa 12 Blüten und an einem Tag etwa 7200. Es sollte betont werden, dass die über eine lange Evolution entstandenen Verbindungen von bestäubenden Insekten mit Blütenpflanzen nach und nach zu einer so engen gegenseitigen Abhängigkeit führten, dass sie sich trennten Existenz ist unmöglich.

Ein eindrucksvolles Beispiel ist die besondere Beziehung, die sich zwischen einigen Pflanzen und Ameisen entwickelt hat, die in den tropischen Wäldern Indiens, Chinas und anderer Länder leben: Pflanzen, die an der Basis der Blätter spezielle Nektarien bilden, bieten Ameisen Schutz und Nahrung, und Ameisen beschützen sie von Schädlingen.

Die Rolle von Pflanzenfressern in Steppen-, Wiesen- und Tundra-Biozönosen ist groß. Darüber hinaus führen Veränderungen in der Tierpopulation in einer der Landschaften zu bestimmten Veränderungen in der Vegetation. Der völlige Ausschluss von Tieren führt zum Untergang der Gemeinschaft.

Die Ausrottung der Huftiere in den Steppen führte dort zum Verfall der Vegetation. Überraschenderweise können sich viele Getreidearten, die wichtigsten Steppenpflanzen, nur dann erfolgreich entwickeln und wachsen, wenn sie von Huftieren gefressen und „gestutzt“ werden. Andernfalls beginnen sie zu degenerieren und es kommt zu einer tiefgreifenden Umstrukturierung in der Pflanzengemeinschaft. Dank dieser „friedlichen Koexistenz“ und gegenseitigen Beeinflussung entstand eine charakteristische Steppenbiozönose.

Folglich sind Pflanzenfresser keineswegs Zerstörer natürlicher Phytozönosen, sondern im Gegenteil deren Schöpfer. Gleichzeitig wurden als Ergebnis der Evolution Mechanismen entwickelt und funktionieren, die die günstigsten Mengenverhältnisse der Anzahl von Pflanzenfressern und Pflanzen aufrechterhalten.

Selbstregulierung in der Biogeozänose

Die Fähigkeit, das innere Gleichgewicht des biologischen Stoffkreislaufs in einer Biogeozänose nach jeder natürlichen oder anthropogenen Einwirkung (Hurrikan, Feuer, Überschwemmung, Abholzung, Ausgrabung, Zertrampeln) wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten.

Referenzliste

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Stepanovskikh A.S. Allgemeine Ökologie: Lehrbuch für Universitäten. M.: UNITY, 2001. 510 S.

Tsvetkov V.F. Waldbiogeozänose. Archangelsk, 2003. 2. Aufl. 267 S.

Fragen

1. Das Konzept der Biogeozänose und Biogeozänologie.

2. Komponentenzusammensetzung Biogeozänose.

3. Das Wesen der Biogeozänose.

4. Eigenschaften von Biozönosen: Selbstregulierung und Selbstreproduktion. Das Prinzip von Le Chatelier.

5. Biogeozänose und Ökosystem: Unterschiede zwischen diesen Konzepten.

1. Das Konzept der Biogeozänose und Biogeozänologie

In seinem Alltag muss sich ein Mensch ständig mit bestimmten Bereichen seiner Umgebung auseinandersetzen natürliche Komplexe: Felder, Wiesen, Sümpfe, Teiche. Jeder Bereich Erdoberfläche, oder ein natürlicher Komplex, sollte als eine gewisse natürliche Einheit betrachtet werden, in der alle Vegetation, Fauna und Mikroorganismen, Boden und Atmosphäre eng miteinander verbunden sind und miteinander interagieren. Dieser Zusammenhang ist bei jeder wirtschaftlichen Nutzung zu berücksichtigen. natürliche Ressourcen(Pflanze, Tier, Boden usw.).

Natürliche Komplexe, in denen sich die Vegetation vollständig entwickelt hat und die ohne menschliches Eingreifen eigenständig existieren können. Wenn eine Person oder etwas anderes sie stört, werden sie nach bestimmten Gesetzen wiederhergestellt. Solche natürlichen Komplexe sind Biogeozänosen (Abb. 1 und 2).

Die komplexesten und wichtigsten natürlichen Biogeozänosen sind Wälder (Abb. 3). In keinem natürlichen Komplex, in keiner Vegetationsform kommen diese Zusammenhänge so scharf und vielfältig zum Ausdruck wie in einem Wald.
Wald stellt den kraftvollsten „Film des Lebens“ dar. Wälder spielen eine dominierende Rolle in der Zusammensetzung der Vegetationsdecke der Erde. Sie bedecken fast ein Drittel der Landfläche des Planeten – 3,9 Milliarden Hektar. Wenn man bedenkt, dass Wüsten, Halbwüsten und Tundren etwa 3,8 Milliarden Hektar einnehmen und mehr als 1 Milliarde Hektar Ödland, bebautes und anderes unproduktives Land sind, dann wird deutlich, wie wichtig Wälder für die Bildung natürlicher Wälder sind Komplexe und die Funktionen, die sie in lebender Materie auf der Erde erfüllen. Gewicht organische Substanz, konzentriert in Wäldern, beträgt 1017–1018 Tonnen, was dem 5–10-fachen der Masse der gesamten krautigen Vegetation entspricht.

Deshalb wurde und wird der biogeozänologischen Untersuchung von Waldsystemen und dem Begriff besondere Bedeutung beigemessen „Biogeozänose“ wurde vom Akademiker V.N. vorgeschlagen. Suchachow in den späten 30er Jahren. 20. Jahrhundert in Bezug auf Waldökosysteme. Aber es gilt in Bezug auf jedes natürliche Ökosystem in jedem geografischen Gebiet der Erde.

Die Definition der Biogeozänose nach V.N. Sukachev (1964: 23) gilt als klassisch: „... dies ist eine Sammlung homogener.“ Naturphänomen(Atmosphäre, Gestein, Vegetation, Tierleben und Welt der Mikroorganismen, Boden und hydrologische Bedingungen), das eine besondere Spezifität der Wechselwirkungen dieser Komponenten aufweist, aus denen es besteht und bestimmter Typ Stoffwechsel und Energie: untereinander und mit anderen Naturphänomenen und stellen eine innere widersprüchliche Einheit dar, in ständiger Bewegung und Entwicklung ...“

Diese Definition spiegelt das gesamte Wesen der Biogeozänose, ihre nur ihr innewohnenden Merkmale und Merkmale wider:

die Biogeozänose muss in jeder Hinsicht homogen sein: lebende und unbelebte Materie: Vegetation, Fauna, Bodenpopulation, Relief, Ausgangsgestein, Bodeneigenschaften, Tiefe und Grundwasserregime;
Jede Biogeozänose ist durch das Vorhandensein einer besonderen, einzigartigen Art von Stoffwechsel und Energie gekennzeichnet.
Alle Komponenten der Biogeozänose zeichnen sich durch die Einheit des Lebens und seiner Umwelt aus, d.h. Die Merkmale und Muster der Lebensaktivität einer Biogeozänose werden durch ihren Lebensraum bestimmt, daher ist Biogeozänose ein geografisches Konzept.

Darüber hinaus muss jede spezifische Biogeozänose:

In seiner Geschichte homogen sein;
Eine ziemlich langfristig etablierte Ausbildung sein;
Sie unterscheiden sich in der Vegetation deutlich von benachbarten Biogeozänosen, und diese Unterschiede müssen natürlich und ökologisch erklärbar sein.

Beispiele für Biogeozänosen:

- Mischgras-Eichenwald am Fuße des Deluvialhangs mit Südausrichtung auf mittellehmigem Bergbraunwaldboden;
- Getreidewiese in einer Mulde auf lehmigen Torfböden,
- eine Mischgraswiese auf einer Hochflussaue auf einem schlammig-gleyigen mittellehmigen Boden der Aue,
- Lärchenflechte auf Al-Fe-Humus-podzolischen Böden,
- Laubmischwald mit Lianenvegetation am Nordhang auf braunen Waldböden usw.

Eine einfachere Definition: „Biogeozänose ist die Gesamtheit der Arten und der Gesamtheit ihrer Bestandteile.“ unbelebte Natur, Bestimmung der Existenz dieses Ökosystems unter Berücksichtigung der unvermeidlichen anthropogenen Auswirkungen.“ Die letzte Ergänzung, unter Berücksichtigung der unvermeidlichen anthropogenen Auswirkungen, ist eine Hommage an die Moderne. Zur Zeit von V. N. Sukachev bestand keine Notwendigkeit, das anthropogene zu klassifizieren Faktor als wichtigster umweltbildender Faktor, wie er jetzt ist.

Der Wissensbereich über Biogeozänosen wird aufgerufen Biogeozänologie. Managen natürliche Prozesse, müssen Sie die Gesetze kennen, denen sie unterliegen. Diese Muster werden von einer Reihe von Wissenschaften untersucht: Meteorologie, Klimatologie, Geologie, Bodenkunde, Hydrologie, verschiedenen Abteilungen für Botanik und Zoologie, Mikrobiologie usw. Die Biogeozänologie verallgemeinert, synthetisiert die Ergebnisse der aufgeführten Wissenschaften aus einem bestimmten Blickwinkel und schenkt ihnen dabei höchste Aufmerksamkeit zu den Wechselwirkungen der Komponenten von Biogeozänosen untereinander und zur Aufdeckung allgemeiner Muster, die diese Wechselwirkungen steuern.

Gegenstand des Studiums der Biogeozänologie ist Biogeozänose .

Gegenstand des Studiums der Biogeozänologie ist die Wechselwirkung der Komponenten von Biogeozänosen untereinander und die allgemeinen Gesetze, die diese Wechselwirkungen regeln.

2. Komponentenzusammensetzung von Biogeozänosen

So entstehen Pflanzen relativ konstante Struktur der Biozönose Aufgrund ihrer Unbeweglichkeit können Tiere nicht als strukturelle Grundlage der Gemeinschaft dienen. Obwohl die meisten Mikroorganismen nicht am Substrat haften, bewegen sie sich mit geringer Geschwindigkeit; Wasser und Luft transportieren sie passiv über beträchtliche Entfernungen.
Tiere sind auf Pflanzen angewiesen, weil kann keine organische Materie aus anorganischer Materie aufbauen. Einige Mikroorganismen (sowohl alle grünen als auch einige nicht-grüne) sind in dieser Hinsicht autonom, da sie in der Lage sind, organische Materie aus anorganischer Materie aufzubauen, indem sie die Energie der Sonnenstrahlen oder die dabei freigesetzte Energie nutzen chemische Reaktionen Oxidation.
Mikroorganismen (Keime, Bakterien, Protozoen) spielen große Rolle bei der Zersetzung abgestorbener organischer Stoffe in Mineralien, also in einem Prozess, ohne den die normale Existenz von Biozönosen unmöglich wäre. Bodenmikroorganismen können eine wesentliche Rolle beim Aufbau terrestrischer Biozönosen spielen.

Die Unterschiede (biomorphologisch, ökologisch, funktionell usw.) in den Eigenschaften der Organismen, aus denen diese drei Gruppen bestehen, sind so groß, dass sich die Methoden zu ihrer Untersuchung deutlich unterscheiden. Daher ist die Existenz von drei Wissenszweigen – Phytozönologie, Zoozönologie und Mikrozönose, die sich mit Phytozönosen, Zoozönosen bzw. Mikrobiozönosen befassen – durchaus legitim.

Ein Ökotop ist ein Lebensort oder Lebensraum einer Biozönose, eine Art „geografischer“ Raum. Es ist einseitig geformt die Erde mit charakteristischem Untergrund, mit Waldstreu sowie mit der einen oder anderen Humusmenge (Humus); mit einem anderen - Atmosphäre mit einem bestimmten Wert Sonnenstrahlung, mit einer bestimmten Menge an freier Feuchtigkeit, mit einem charakteristischen Gehalt an Kohlendioxid in der Luft, verschiedenen Verunreinigungen, Aerosolen usw., in aquatischen Biogeozänosen anstelle der Atmosphäre - Wasser. Die Rolle der Umwelt bei der Evolution und Existenz von Organismen steht außer Zweifel. Es werden seine einzelnen Bestandteile (Luft, Wasser etc.) und Faktoren (Temperatur, Sonneneinstrahlung, Höhengefälle etc.) genannt abiotische oder nicht lebende Bestandteile, im Gegensatz zu biotische Komponenten dargestellt durch lebende Materie. V.N. Sukachev klassifizierte physikalische Faktoren nicht als Komponenten, andere Autoren tun dies jedoch (Abb. 5).

Biotop- Dies ist ein Ökotop (siehe Abb. 5), das durch die Biozönose zu „sich selbst“ umgewandelt wurde. Biozönose und Biotop funktionieren in kontinuierlicher Einheit. Die Dimensionen einer Biozönose stimmen immer mit den Grenzen des Biotops und damit mit den Grenzen der gesamten Biogeozänose überein.

Von allen Bestandteilen eines Biotops ist der biogene Bestandteil der Biogeozänose am nächsten die Erde, da sein Ursprung in direktem Zusammenhang mit lebender Materie steht. Organisches Material im Boden ist ein Produkt der lebenswichtigen Aktivität der Biozönose in verschiedenen Transformationsstadien.

Die Organismengemeinschaft wird von Beginn ihrer Existenz an durch das Biotop (bei Austern durch die Grenzen der Untiefen) begrenzt.

3. Das Wesen der Biogeozänose

Die Essenz der Funktionsweise der Biogeozänose kann als komplexes System vieler synchroner Bioflüsse dargestellt werden, die von außen in die Biogeozänose geleitet werden und von dieser ausgehen (Abb. 6). Es wird vorgeschlagen, zwischen zwei Seiten dieses Wesens zu unterscheiden (Byalovich, 1969).
Eine Seite– Statik oder Unbeweglichkeit, die sich in der räumlichen Struktur widerspiegelt. Seine Elemente werden in Form konventioneller Struktureinheiten dargestellt stationär. Stationale bezeichnen alles in Ruhe, d.h. statisch, bewegungslos relativ zum Territorium und den Grenzen der Biogeozänose selbst oder den Grenzen ihrer Teile: Ebenen und Parzellen. Diese Elemente werden von Pflanzen gebildet (Schichten und Biogeorizonte: 1S, 2S, 3S, Vordächer, Mikrogruppen, Parzellen: IS, IIS, IIIS). In der Natur gibt diese Seite bestimmte physikalische, gewohnheitsmäßige (zum Zeitpunkt der Messung statische) Parameter der Biogeozänose und ihrer an Strukturelemente. Für eine Waldgemeinschaft sind dies beispielsweise der durchschnittliche Durchmesser und die durchschnittliche Höhe, der Bestand, die Vollständigkeit des Waldbestands usw.

Zweite Seite Wesen spiegelt Mobilität und Vielseitigkeit Biogeozänose. Es kann durch eine Kombination aus Radialen (R) und Lateralen (L) dargestellt werden. Hinter diesen Konzepten verbirgt sich die mobile Komponente der Biogeozänose, d.h. Bioflüsse.

Radiale bedeuten alles, was sich in radialer Richtung bewegt - von einer Ebene (Biogeohorizont) zur anderen, d.h. vertikal.

Seitenteile symbolisieren alles, was sich innerhalb der Ebene (Biohorizont) in seitlicher Richtung bewegt – von einer Parzelle zur anderen, d. h. waagerecht. Die Parameter von Radialen und Lateralen werden in Einheiten gemessen, die bestimmte Prozesse widerspiegeln.

Das Stationäre erzeugt Diskretion (Diskontinuität) in der Biogeozänose, und die Radialen und Lateralen erzeugen Glätte, Glätte), d.h. bilden eine Art Kontinuum der Stoff- und Energiezirkulation innerhalb der Ebenen und Parzellen der Volkszählung.

Ein Beispiel für „Streams“. In Ökosystemen, die von Gefäßpflanzen dominiert werden (Waldbiogeozänosen, Wiesen), größte Zahl Nährstoffe nimmt an internen Kreisläufen teil, die Ströme von den Bodenreserven der Elemente zu den Pflanzen und zurück – von den Pflanzen zum Boden – darstellen.

Intrasystemische Ankunft umfasst sowohl flüssige als auch trockene Ablagerungen aus der Atmosphäre sowie Verwitterung aus darunterliegendem Gestein.

Ausgabe im System entsteht durch die hydrologische Bewegung von Ionen und Stoffpartikeln durch den Boden. In diesem Fall kommt es zu einem Teilverlust, der für die Zirkulationszyklen einiger besonders wichtig ist chemische Elemente(S,N).

Die Art und Stärke der intrasystemischen oder intrabiogeozänotischen Flüsse bestimmen das gesamte (integrale) Produktionspotenzial und räumliche Struktur Biogeozänose. Dieses Potenzial ist sowohl auf die intrinsischen Eigenschaften der Biogeozänose als auch auf deren Ausmaß und Intensität zurückzuführen externe Beziehungen– mit benachbarten (angrenzenden) Biogeozänosen und Ökosystemen anderer, höherer Ränge.

In der Natur gibt es keine völlig identischen Biogeozänosen, auch wenn sie eine sehr ähnliche Zusammensetzung der Bestandteile aufweisen, da sich dieselben Bestandteile von Zönosen unter unterschiedlichen Umweltbedingungen in den Merkmalen ihrer Funktionen und ihren besonderen Produktionsindikatoren unterscheiden können. Das Gewohnheitsrecht des Universums.

4. Eigenschaften von Biozönosen: Selbstregulierung und Selbstreproduktion. Das Prinzip von Le Chatelier

Die Haupteigenschaften von Biozönosen, die sie von unbelebten Bestandteilen unterscheiden, sind Fähigkeit, lebende Materie zu produzieren, besitzen Selbstregulierung und Selbstreproduktion. In der Biozönose einzelne Arten, Populationen und Artengruppen können durch andere ersetzt werden, ohne dass die Gemeinschaft großen Schaden nimmt, und das System selbst existiert durch den Ausgleich der Kräfte des Antagonismus (Konkurrenz) zwischen den Arten. Es braucht Zeit, bis ein Biosystem diese Eigenschaften erlangt.

Eine sehr wichtige Eigenschaft von Biozönosen, wie alle biologischen Materialsysteme, Ist Selbstregulierung– die Fähigkeit, hohen negativen Belastungen standzuhalten, die Fähigkeit, nach erheblichen Verletzungen von Komponenten, Struktur und Verbindungen in einen Zustand zurückzukehren, der dem ursprünglichen Zustand nahekommt. Selbstregulierung spiegelt das Prinzip von Le Chatelier wider.

Nach dem Prinzip von Le Chatelier ist die Biogeozänose in der Lage, ihren Zustand unter plötzlichen, ungünstigen Einflüssen aufrechtzuerhalten externe Faktoren oder Empörung. Gleichzeitig verändert es sich so, dass es die Wirkung von Störungen verringert und somit seine Eigenschaften behält Status Quo.

Beispiel. Wiederherstellung des vorherigen Gemeinschaftstyps nach einem Brand, Holzeinschlag, Sturm, Trampeln usw. Hohe Wachstumsaktivität und hohe Geschwindigkeit Stoffwechselprozesse von Pflanzen, die unter extremen Bedingungen wachsen.

Da die Komponenten der Zönose in ständiger Wechselwirkung miteinander stehen – durch Stoff- und Energieflüsse miteinander verbunden sind, sollte man, wenn man über das Gleichgewicht der Biogeozänose spricht, nicht statisch, sondern im Auge behalten dynamisches Gleichgewicht Zunächst einmal das Gleichgewicht der Stoff- und Energieströme. Wenn ein Ökosystem aus einem Zustand des dynamischen Gleichgewichts entfernt wird, tendiert es dazu, in diesen Zustand zurückzukehren und dabei einen Teil seiner inneren Energie und Ordnung zu verbrauchen (Ordnung ist strukturelle Negentropie). Wenn die Reserve an innerer Energie und Negentropie ausreicht, kehrt das System in einen Zustand zurück, der dem ursprünglichen Zustand nahe kommt. Reichen die Ressourcen an Materie und Energie nicht aus, wird das System (Biogeozänose) entweder unwiederbringlich zerstört oder geht in einen neuen Zustand dynamischen Gleichgewichts über, allerdings auf einem deutlich niedrigeren Energieniveau. Gleichzeitig sagen sie, dass sich das Ökosystem verschlechtert habe.

BEISPIEL Unter Degradation versteht man das Pflügen und Zerstören natürlicher Vegetation auf großen Flächen in der trockenen Steppenzone. Durch diese Auswirkungen werden die Feuchtigkeitsreserven im Boden stark reduziert, die Winderosion des Bodens gefördert und das Ökosystem geht in einen neuen Zustand mit sehr geringer biologischer Produktivität über. Steppenökosysteme werden durch Wüstenökosysteme ersetzt. Einige Umweltwissenschaftler glauben, dass genau dies auf dem Gelände der Savanne geschieht Nordafrika Vor etwa 10.000 Jahren entstand die Sahara.

Eines der typischsten Beispiele für die irreparable Zerstörung von Biogeozänosen sind Gebirgszüge, in denen Tagebau betrieben wird. Die Biogeozänosen der Waldauen, die produktivsten und vielfältigsten in der Artenzusammensetzung, verwandeln sich in Mondlandschaften. Auch die Zerstörung der wärmedämmenden Schicht – der Vegetationsdecke – auf Böden mit Permafrost führt zu einer Verletzung des dynamischen Gleichgewichts und dem Phänomen Thermokarst.

Für jede Biogeozänose gibt es Grenzen der Toleranz (Stabilität). Manche sind toleranter oder resistenter gegenüber den Auswirkungen äußerer Störfaktoren, andere weniger. Über die Grenzen der Toleranz ist jedoch noch wenig bekannt natürliche Ökosysteme, und unter Wissenschaftlern herrscht Uneinigkeit. Einige sagen beispielsweise, dass Tundra-Ökosysteme sehr instabil und leicht anfällig seien. Andere hingegen glauben, dass die instabilsten Ökosysteme feucht sind Tropenwälder, und Tundra-Ökosysteme sind nicht weniger stabil als Taiga- und Steppenökosysteme. Die Toleranz verschiedener Ökosysteme muss so schnell wie möglich untersucht werden, da sonst die am stärksten gefährdeten Ökosysteme einem starken anthropogenen Einfluss ausgesetzt sind.

Dieses Problem ist insofern sehr komplex, als verschiedene Ökosysteme unterschiedlich stark gegen zerstörerische Faktoren resistent sind.

Zum Beispiel wird eine Traktorspur an einem Hang in der Taiga-Zone in 50 Jahren überwachsen und verschwinden, aber dieselbe Spur in der Tundra-Zone wird sich in 50 Jahren in eine Schlucht mit einer Tiefe von bis zu 20–30 m und einer Breite von 10–20 m verwandeln .
5. Biogeozänose und Ökosystem: Unterschiede zwischen diesen Konzepten

Etwas früher als Sukachev die Idee der Biogeozänose entwickelte, führte der englische Botaniker A. Tansley 1935 den Begriff ein „Ökosystem“.

Ökosystem, Laut A. Tansley „eine Reihe von Komplexen von Organismen mit einem Komplex physikalischer Faktoren ihrer Umgebung, d. h. Lebensraumfaktoren im weitesten Sinne.“ Ökosysteme zeichnen sich durch vielfältige Arten des Austauschs nicht nur zwischen Organismen, sondern auch zwischen Organismen und ihrem Lebensraum aus, auch Stoffkreislauf genannt. Dieselben Eigenschaften sind der Biogeozänose inhärent.

Die auffälligsten Veränderungen im Zustand der Biosphäre und Störungen des ökologischen Gleichgewichts treten auf der Ebene der Biogeozänose auf. Daher halten die meisten Wissenschaftler, insbesondere Y. Odum (1975, 1986), die Unterschiede zwischen den Konzepten „Biogeozänose“ und „Ökosystem“ nicht für bedeutsam, sie setzen die oben genannten Konzepte gleich und meinen mit Ökosystem eine Biozönose, die zusammen mit a Biotop (Ökotop), bildet eine Biogeozänose. Dies wird auch damit begründet, dass der Begriff „Ökosystem“ in verwandten Wissenschaften, insbesondere in der Umweltwissenschaft, weit verbreitet ist.

Eine Reihe russischer Wissenschaftler teilen diese Meinung jedoch nicht, da sie gewisse Unterschiede zwischen Biogeozänose und Ökosystem sehen.

Die folgenden Arten von Ökosystemen werden nach ihrer Größe unterschieden:

Mikroökosysteme (Flechtenkissen usw.);
Mesoökosysteme (Teich, See, Steppe usw.);
Makroökosysteme (Kontinent, Ozean) und schließlich
globales Ökosystem oder Ökosphäre – die Gesamtheit aller Ökosysteme der Welt (Biosphäre der Erde).

Biogeozänose Dies entspricht der Mittelstellung zwischen Mikro- und Meso-Ökosystem. Es stellt die elementare Einheit der Biosphäre dar; Dies ist die kleinste Einheit, in der der Stoff-Energie-Kreislauf in der Biosphäre stattfindet. Kein einziger Teil der Biogeozänose ist in der Lage, diesen Zyklus vollständig durchzuführen.

Die Unterschiede zwischen einem Ökosystem und einer Biogeozänose lassen sich auf folgende Punkte reduzieren:

1) Biogeozänose - Konzept territorial, bezieht sich auf bestimmte Landflächen und hat bestimmte Grenzen, die mit den Grenzen der Phytozönose übereinstimmen. Besonderheit Biogeozänose, die von N.V. angezeigt wird. Timofeev-Resovsky, A.N. Tyuryukanov (1966) – durch das Gebiet der Biogeozänose verläuft keine einzige bedeutende biozönotische, bodengeochemische, geomorphologische und mikroklimatische Grenze.

- Der Begriff des Ökosystems ist weiter gefasst als der Begriff der Biogeozänose; es gilt für biologische Systeme unterschiedlicher Komplexität und Größe; Ökosysteme haben oft kein definiertes Volumen und keine strengen Grenzen;

2) Bei der Biogeozänose wird organisches Material daher immer von Pflanzen produziert Der Hauptbestandteil der Biogeozänose ist die Phytozönose ;

In Ökosystemen wird organisches Material nicht immer von lebenden Organismen erzeugt; es kommt oft von außen.

(von der Strömung gebracht – See, Meer; vom Menschen gebracht – landwirtschaftliche Flächen, getragen von Wind oder Niederschlag – Pflanzenreste an erodierten Berghängen).

3) Biogeozänose potenziell unsterblich ;

Die Existenz eines Ökosystems kann mit der Einstellung des Stoff- oder Energieflusses in das Ökosystem enden.

4) Ein Ökosystem kann sowohl eine terrestrische als auch eine aquatische Formation sein;

Bei der Biogeozänose handelt es sich immer um ein Land- oder Flachwasserökosystem.

5) – In einer Biogeozänose muss es immer einen einzigen Erbauer (Erbauergruppe oder Synusie) geben, der das gesamte Leben und die Struktur des Systems bestimmt.

In einem Ökosystem kann es mehrere davon geben.

An frühe Stufen Die Entwicklung des Hangökosystems ist die zukünftige Waldzählung. Es besteht aus Organismengruppen mit unterschiedlichen Erbauern und recht heterogenen Umweltbedingungen. Nur in Zukunft kann dieselbe Gruppe nicht nur von ihrem Erbauer, sondern auch vom Erbauer der Volkszählung beeinflusst werden. Und der zweite wird der wichtigste sein.

Somit ist nicht jedes Ökosystem eine Biogeozänose, aber Jede Biogeozänose ist ein Ökosystem, völlig im Einklang mit Tansleys Definition.

Illustrationen von Biogeozänosen von Primorje

Waldbiogeozänosen

Wiesenbiogeozänosen

Studierende, Doktoranden und junge Wissenschaftler, die die Wissensbasis in ihrem Studium und ihrer Arbeit nutzen, werden Ihnen sehr dankbar sein.

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SELBSTREGULIERUNG IN ÖKOSYSTEMEN

Bei der Charakterisierung der Organisationsebenen des Lebens (Thema 1) wurde eine allgemeine Vorstellung von der Struktur des Ökosystems vorgestellt. Erinnern wir uns daran, dass ein vollwertiges Ökosystem eine Biogeozänose ist – die untrennbare Einheit einer Biozönose und eines Biotops. Eine Biozönose ist eine komplexe Gemeinschaft von Populationen von Organismen verschiedener Arten – Tiere, Pflanzen, Pilze, Mikroorganismen, die ein bestimmtes Gebiet bewohnen. In diesem Fall bezeichnet eine Population die Gesamtheit der in einem bestimmten Gebiet lebenden Individuen derselben Art. Ein Biotop ist die Gesamtheit der Faktoren in der unbelebten Umwelt, dem Gebiet, in dem eine bestimmte Biozönose lebt.

Also: Biozönose + Biotop = Biogeozänose (Ökosystem).

Bevor die Mechanismen der Selbstregulierung in Ökosystemen betrachtet werden, ist eine Charakterisierung erforderlich Umweltfaktoren, ohne die es nicht möglich ist, das Wesen der systeminternen Umweltbeziehungen zu verstehen.

Alle Umweltbedingungen, einschließlich lebender und unbelebter Objekte, von denen das Leben eines einzelnen Organismus oder einer Population abhängt, werden mit dem Begriff der Umweltfaktoren bezeichnet. Für bestimmte Bevölkerungsgruppen können verschiedene Faktoren notwendig, schädlich oder gleichgültig (neutral) sein. Umweltfaktoren werden in abiotische und biotische Faktoren unterteilt. Darüber hinaus wird eine spezielle Gruppe zugewiesen anthropogene Faktoren, erzeugt Produktionsaktivitäten Person.

Abiotische Faktoren sind Faktoren unbelebter Natur, hauptsächlich klimatischer Natur. Dazu gehören Licht, Wärme („Temperatur“), Luftfeuchtigkeit, der Gehalt an chemischen Elementen im Boden, der Salzgehalt des Meerwassers, die Strahlungsintensität usw.

1. Konkurrenz – um Lebensraum, Nahrung, Licht, Sexualpartner und andere Bedingungen. Der Wettbewerb kann intraspezifisch sein – zwischen Individuen derselben Art und interspezifisch – zwischen Individuen verschiedener Tier- oder Pflanzenarten, die im selben Gebiet leben und die gleichen Lebensbedingungen erfordern. Der Wettbewerb ist eine obligatorische Form der Beziehungen zwischen in der Nähe lebenden Organismen und stellt eine der Formen des Kampfes ums Dasein dar.

2. Raub ist eine Art der Nahrungsbeschaffung und der Fütterung von Tieren (selten Pflanzen), bei der sie andere Tiere fangen und fressen. Beute-Raubtier-Beziehungen sind eine der häufigsten Beziehungen innerhalb einer Gemeinschaft. Intraspezifische Prädation wird als Kannibalismus bezeichnet und kommt häufig bei räuberischen Insekten, Spinnen und Fischen vor. Zu den bekannten Pflanzen gehören Wasserblasenkraut, Sumpf-Sonnentau, Fettkraut und andere, die sich von Insekten ernähren. Das Opfer wird durch das schnelle Schließen von Blättern oder Blütenblättern gefangen, durch nach außen freigesetzte Enzyme und Säuren verdaut, und dann werden einfache organische Substanzen von den Zellen der Epidermis der Pflanze aufgenommen. Dadurch wird der Stickstoffmangel im Pflanzengewebe ausgeglichen.

4. Symbiose (aus dem Griechischen Symbiose - zusammen leben) - für beide Seiten vorteilhaftes Zusammenleben. Beispiele für Symbiose sind Knöllchenbakterien und Hülsenfrüchte (die Bakterien erhalten Nahrung von der Pflanze, die Pflanze erhält absorbierten Stickstoff vom Bakterium), Pilze und Pflanzenwurzeln, Termiten und in ihrem Darm lebende begeißelte Protozoen, die Ballaststoffe verdauen. Ein Mensch hat eine ähnliche Beziehung zur Darmflora – einer Vielzahl von Bakterien, die bestimmte Nahrungsbestandteile verdauen. Eine Verletzung dieser Symbiose – Dysbiose – führt zu Darmstörungen und Verdauungsstörungen.

Jeden biologische Arten Jeder Umweltfaktor hat seine eigenen Grenzen. Braunbär Aufgrund vieler Faktoren hat es große Ausdauergrenzen: Es verträgt große Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, ist unprätentiös in der Nahrungsauswahl – es ist Allesfresser. Arktische Fische hingegen haben sehr enge Temperaturgrenzen – von -2 bis +2 Grad Celsius. Unter den Pflanzen gibt es lichtliebende, lichttolerante und schattenliebende.

Nachdem wir die Natur von Umweltfaktoren und die Art ihrer Auswirkungen auf Organismen geklärt haben, können wir uns dem Kern des Problems zuwenden – der Selbstregulierung der Umwelt.

Unter dem Einfluss verschiedenster Umweltfaktoren reguliert sich eine ausgewogene Biozönose dennoch selbst und erhält die innere Konstanz – die Homöostase. Der Zustand der Homöostase wird wie folgt ausgedrückt:

Organismen vermehren sich normal, daher:

die Zahl der verschiedenen Populationen in der Gemeinschaft wird auf einem bestimmten Niveau gehalten, wenn auch in einem schwankenden Modus;

Die Biozönose bleibt auch unter schwankenden klimatischen Bedingungen stabil und reproduziert sich selbst.

Schauen wir uns diese Muster genauer an.

Die elementare Selbstregulierung erfolgt auf der Ebene einzelner Populationen bestimmter Tier-, Pflanzen-, Pilz- und Bakterienarten. Die Populationsgröße hängt vom Gegensatz zweier Prinzipien ab: dem Fortpflanzungspotential der Population und der Widerstandsfähigkeit der Umwelt, zwischen denen Direkt- und Rückkopplungsverbindungen hergestellt werden (Abb. 24). Lassen Sie uns das klären konkretes Beispiel. Als die Europäer Kaninchen nach Australien brachten, ließen sich diese, ohne auf Raubtiere zu stoßen, schnell in Gebieten mit üppiger Vegetation nieder und ihre Zahl nahm schnell zu. Dies wurde durch das hohe Reproduktionspotential (Fruchtbarkeit) von Kaninchen erleichtert. Doch schon bald gab es nicht mehr genug Futter, es kam zu Hunger, Krankheiten breiteten sich aus – die Zahl der Kaninchen begann zu sinken. Der Umweltwiderstandsfaktor wurde aktiviert, was als negatives Feedback wirkte. Während sich die Kaninchenpopulation in einem deprimierten Zustand befand, wurde die Umwelt (Vegetation) wiederhergestellt und der Prozess begann eine neue Welle. Nach mehreren Zyklen nahm die Schwankungsbreite der Kaninchenzahl ab und es stellte sich eine gewisse durchschnittliche Populationsdichte ein. Dieser Indikator wird in der Ökologie als Tragfähigkeit der Umwelt bezeichnet.

Tatsächlich ist bei einer Biozönose alles komplizierter, da sie aus mehreren interagierenden Gemeinschaften (Zoozönosen, Phytozönosen, Mikrobiozönosen) besteht und die Gemeinschaften unterschiedliche Populationen bestimmter Arten umfassen. All dies interagiert auf der Grundlage zahlreicher Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen. Wichtig sind zunächst trophische (Nahrungs-)Verbindungen, die auch als Energieverbindungen definiert werden können, da mit der Nahrung Energie zwischen Organismen übertragen wird. Entsprechend ihrer Stellung in den Nahrungsbeziehungen werden alle Organismen in drei große Gruppen eingeteilt: Produzenten, Konsumenten und Zersetzer.

Produzenten sind die Hauptproduzenten organischer Stoffe (hauptsächlich Glukose und Aminosäuren) aus anorganischen Stoffen unbelebter Natur: H2O, CO2, NH3. Dies sind autotrophe Organismen – Pflanzen und einige (chemosynthetische) Bakterien, die Energie verbrauchen Sonnenlicht und Chemoenergie für die primäre Glukosesynthese (siehe Abschnitt 13). Somit wird externe Energie für den Eigenbedarf der Erzeuger und für die weitere Nutzung durch die Tiere festgelegt. Ein erheblicher Teil der Energie wird dem Kreislauf entzogen, da sie in fossilen Überresten gespeichert wird. pflanzlichen Ursprungs: Kohle (mineralisiertes Holz), Bernstein (gefrorene Pflanzenharze).

Verbraucher sind Verbraucher von Primärprodukten. Dies sind tierische Organismen – Heterotrophe, die wiederum in einer Nahrungsreihe angeordnet sind: Pflanzenfresser (viele Gruppen von Weichtieren, Insekten, Fischen, Vögeln, Huftieren, Nagetieren), Allesfresser (in den meisten Gruppen zu finden) und Fleischfresser – Raubtiere (auch in zu finden). verschiedene Gruppen Wirbellose und Wirbeltiere). Verbraucher verändern nach und nach primäre organische Stoffe und gewinnen daraus Energie. Ein Teil dieser Energie wird für die eigene Lebenstätigkeit aufgewendet, ein Teil gelangt in Form von Wärme an die äußere Umgebung und der dritte Teil wird in toten Überresten gespeichert. Die in mineralisierten Überresten (untere Kreideablagerungen von Schalen von Foraminiferen, Weichtieren und anderen Tieren) enthaltene Energie geht tatsächlich für die weitere Verwendung verloren, und die Energie von Weichgewebe wird auf die nächste Ebene übertragen.

Zersetzer sind Zerstörer organischer Stoffe. Dazu gehören viele Bakterien, Pilze und unter den Tieren einige Würmer (Regenwürmer usw.), Insekten (Termiten, Mistkäfer, Fliegenlarven) und andere. Sie alle sind Heterotrophe, da sie sich von organischer, wenn auch toter Materie ernähren – toten Pflanzen, Tieren und den Produkten ihrer Ausscheidungen. Reduzierer zerlegen Biomasse in anorganische Stoffe: H 2 O, CO 2, NH 3 und geben diese an die äußere Umgebung ab – Boden, Wasser, Luft. Die abgefangene Energie wird von Zersetzern für ihre Lebensaktivitäten genutzt und letztendlich in verschiedenen Hüllen der Biosphäre – der Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre – zerstreut, und die freigesetzten anorganischen Stoffe gelangen wieder in die Produzenten.

Somit sind alle Organismen durch die Übertragung von Materie und Energie verbunden, durch sie und durch die äußere Umgebung findet auf der Erde die globale Zirkulation der Materie statt. Der wichtigste Energiespender zur Aufrechterhaltung dieses Kreislaufs ist die Sonne – sie Lichtenergie sorgt für die Photosynthese von Glukose in Pflanzen. Wege zur Übertragung von Stoffen und Energie durch die Ernährungsbeziehungen von Organismen werden als Nahrungsketten oder Nahrungsketten bezeichnet. Diese Ketten haben eine einseitige Richtung: von der autotrophen Biomasse der Produzenten – hauptsächlich Grünpflanzen – zu heterotrophen Konsumenten und weiter zu Zersetzern. Ein erheblicher Teil der Substanz kehrt in den Kreislauf zurück, aber die von der Sonne aufgenommene Energie geht für lebende Organismen unwiederbringlich verloren, sie reichert sich entweder in neuen Mineralien des Bodens und der Bodensedimente an; Kohlen, Kreide und andere Fossilien) sammelt sich entweder in Form von Wärme in den Erdhüllen an (erwärmt die Atmosphäre) oder wird in den Weltraum abgegeben. Beispiele für Nahrungsketten sind in Abb. dargestellt. 25 und 26.

Nahrungsketten sind unterschiedlich komplex; die Anzahl der Glieder in jeder der drei Ebenen kann unterschiedlich sein. Nehmen wir eine Kurzkettenoption an: Pflanzen – Hase – Wolf – Würmer, Bakterien. Lange Kette: Pflanzen - pflanzenfressende Insekten (Heuschrecke, Waldwanze usw.) - Raubinsekten (Laufkäfer, Libellenlarve, Wasserwanze usw.) - insektenfressende Vögel (Schwalben, Fliegenschnäpper usw.) - Greifvögel (Adler, Drachen usw.) usw.) - Würmer, Bakterien. Meereskette: Phytoplankton – kleine Krebstiere, Würmer – Fische, die sich von Krebstieren und Würmern ernähren – Raubfisch- Greifvögel... In jeder Kette sind zahlreiche Abzweigungen und Ausweichwege möglich. Wenn ein Mitglied ausscheidet, erfolgt der Stofffluss über andere Kanäle. Nehmen wir an, dass der Verlust der Libellenlarven durch Wasserwanzen ausgeglichen wird – beide sind Wasserräuber. Verschwindet die Hauptnahrungsvegetation, wechseln Pflanzenfresser zur Nebennahrung. Wenn Schmetterlinge verschwinden, fangen Schwalben Fliegen. Bei pflanzenfressenden Insekten kann die Kette einen völlig anderen Weg einschlagen: Frosch – Reiher – Fuchs usw. Allesfresser und natürlich der Mensch bringen besonders große Verwirrung in die Nahrungsketten, da sie an ganz unterschiedlichen Gliedern in die Ketten „eingebettet“ sind. In Wirklichkeit gibt es also keine Ketten, sondern Nahrungsnetze – jede trophische Ebene wird von vielen Arten gebildet. Diese Situation stabilisiert den Stoff- und Energiefluss durch Lebensgemeinschaften und erhöht die Stabilität von Biozönosen. Dennoch bleibt die allgemeine Richtung des trophischen Flusses unverändert – Produzenten – Konsumenten mehrerer Ordnungen – Zersetzer.

Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass jede trophische Ebene die in den Makromolekülen von Organismen enthaltene Energie auf eine andere Ebene überträgt. Darüber hinaus ist diese Energie nur ein Teil der von der vorherigen Ebene erhaltenen Energie, da ihr Hauptanteil für die lebenswichtige Aktivität von Organismen aufgewendet wird dieses Niveau(Biosynthese, Bewegung, Transport von Ionen usw.) und geht auch in Form von Wärme oder eingebauten Mineralien verloren. Die gleichen Anteile können durch den Begriff der Biomasse ausgedrückt werden. Es entsteht eine sogenannte ökologische Pyramide – beim Übergang von niedrigeren zu höheren trophischen Ebenen nehmen die Menge an innerer (freier, in Organismen enthaltener) Energie und die Gesamtbiomasse der Organismen ab. Es wird geschätzt, dass etwa 10 % der Energie von Ebene zu Ebene weitergegeben werden und nur 0,01 % der Energie, die Pflanzen von der Sonne erhalten, von der Pflanzenmasse zu den Raubtieren und von dort zu den Zersetzern gelangt. Nachfolgend finden Sie ein klares Beispiel für eine Ernährungspyramide, die nach der Einwohnerzahl auf 1 Hektar Land aufgebaut ist:

350.000 Raubinsekten

700.000 pflanzenfressende Insekten

9 Millionen Pflanzen.

Die Ernährungspyramide eines Ökosystems sorgt als Spiegelbild seiner Struktur für Selbstregulierung und nachhaltige Entwicklung. Der charakteristische Anteil der verschiedenen Bewohner der Biozönose stellt sich durch Selbstregulierungsprozesse von selbst heraus und spiegelt im Allgemeinen die Tragfähigkeit der Umwelt wider. Die angegebenen Zahlen sind Durchschnittswerte, aber in Wirklichkeit gibt es in allen Populationen Schwankungen in der Anzahl der Individuen, und zwar mit Schwankungen niedrigstes Level führen unweigerlich zu denselben Schwankungen auf der nächsten Ebene, und im Großen und Ganzen behält das System einen Gleichgewichtszustand bei.

In Abb. Abbildung 27 zeigt ein Beispiel einer selbstregulierenden Biozönose von 4 trophischen Ebenen. Sehen wir uns an, wie sich Direkt- und Rückkopplungsverbindungen in der Populationsdynamik von Organismen auf verschiedenen trophischen Ebenen manifestieren. Abhängig von Schwankungen des Wetters und der klimatischen Bedingungen (Sonnenaktivität, Niederschlagsmenge usw.) schwankt der Ertrag der Futterpflanzen von Jahr zu Jahr. Mit dem Wachstum der grünen Biomasse steigt die Zahl der pflanzenfressenden Tiere – Konsumenten erster Ordnung – (direkt positiver Zusammenhang), aber schon im nächsten Jahr wird sich dies negativ auf den Pflanzenertrag auswirken, da die meisten von ihnen keine Zeit haben, Samen zu produzieren, weil sie werden gegessen (umgekehrte negative Beziehung). Eine Zunahme der Zahl der Pflanzenfresser wiederum schafft Bedingungen für eine gute Ernährung und Fortpflanzung von Raubtieren – Konsumenten zweiter Ordnung, deren Zahl zuzunehmen beginnt (direkter positiver Zusammenhang). Aber dann wird die Zahl der Pflanzenfresser zurückgehen (negative Rückkopplung). Zu diesem Zeitpunkt haben Grasabfälle aus der ersten Erntewelle und Exkremente von Pflanzenfressern und in geringerem Maße von Raubtieren Zeit, sich im Boden in mineralische Substanzen zu zersetzen, was günstige Bedingungen für das Pflanzenwachstum schafft. Eine zweite Erntewelle wird beginnen und der Zyklus wird sich wiederholen. Die Anzahl der Individuen auf unterschiedlichen trophischen Ebenen wird von Jahr zu Jahr variieren, aber im Durchschnitt bleibt die Biozönose über viele Jahre hinweg stabil. Das ist Homöostase.

Wie eingangs erwähnt, muss sich die Biozönose nicht nur selbst regulieren (nach dem obigen Diagramm zu urteilen, ist dies nicht so schwierig), sondern sie muss sozusagen resistent gegen Veränderungen äußerer (abiotischer, wetter- und klimatischer) Faktoren sein – eine Sicherheitsmarge bei ungünstigen Umgebungsbedingungen. Eine Reihe von Bedingungen tragen zur Aufrechterhaltung einer hohen Stabilität der Biozönose bei:

hohes, aber ausgewogenes Reproduktionspotential einzelner Populationen – im Falle eines Massensterbens von Individuen;

Anpassung (Anpassung) einzelner Arten an überlebende ungünstige Bedingungen;

Vielfalt der Gemeinschaften und verzweigte Nahrungsnetzwerke – ein verschwundenes Objekt muss durch ein anderes, normalerweise sekundäres Objekt ersetzt werden.

Somit manifestiert sich die Stabilität eines Ökosystems, seine Selbstregulierung oder Homöostase, in seiner Selbstreproduktion, Selbstregulierung der Anzahl und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Umweltfaktoren.

Doch die Stabilität eines Ökosystems ist relativ und nicht unbegrenzt. Es wird hauptsächlich in zwei Fällen verletzt:

bei starke Veränderungen Außenumgebung- Brände, Überschwemmungen, anhaltende Dürren, Vereisungen und andere Naturkatastrophen;

mit plötzlichen Veränderungen in der Zusammensetzung von Gemeinschaften – meist durch den Menschen, zum Beispiel infolge von Massenerschießungen von Raubtieren, der Ansiedlung neuer Arten, wie es bei Kaninchen in Australien der Fall war, Abholzung, Pflügen von Steppen usw.

Gleichzeitig kommt es zu einer Veränderung der Ökosysteme, ihrem Übergang zu einer neuen Qualität, was einen neuen Entwicklungszyklus hin zu zunehmender Nachhaltigkeit bedeutet. Die Biozönose wird wiederhergestellt, jedoch mit neuen Organismengemeinschaften, mit neuen direkten und rückwirkenden Verbindungen. Dieser Prozess der Veränderung eines Ökosystems und seiner Entwicklung zu einem neuen Stabilitätszustand erfolgt stufenweise und sehr langsam und wird mit dem Begriff der Sukzession (von lateinisch successio – Kontinuität, Vererbung) bezeichnet. Wir betonen insbesondere, dass Nachfolge nicht mehr Selbstregulierung darstellt, sondern ihr Gegenteil – Selbstorganisation, Entwicklung, da bei der Umstrukturierung des Systems rückwirkende positive Verbindungen anstelle von umgekehrt negativen überwiegen und sich seine quantitativen und qualitativen Eigenschaften ändern.

Es gibt Primär- und Sekundärnachfolgen.

Primärsukzession – Selbstorganisation eines Ökosystems auf einem freien Primärsubstrat: Gestein, das bei geologischen Verwerfungen entsteht Erdkruste; der Grund eines trockenen Gewässers, zum Beispiel des Aral- oder Kaspischen Meeres; Wüste, die nach dem Rückzug eines Gletschers entstanden ist; leerer Steinbruch nach dem Abbau usw. Unten ist die typische Dynamik der Primärsukzession dargestellt.

Primärsubstrat (Gestein, Sand, Schluff, Schotter usw.);

Verwitterung, Gesteinserosion (Zerstörung unter Einfluss von Wind, Wasser, Temperaturschwankungen);

Besiedlung durch Bakterien, Algen und mikroskopisch kleine Pilze, die zur Stickstofffixierung und Bodenbildung führt;

Ansiedlung von Moosen und Flechten, Zunahme der Bodenschicht;

Besiedlung von Gräsern, Bildung von Wiesen und Steppen; gleichzeitige Besiedlung kleiner Tiere - Würmer, Insekten, Nagetiere; Verdrängung von Moosen und Flechten durch Konkurrenz;

Besiedelung von Büschen, Zunahme der Tiervielfalt (Auftreten von Vögeln, Großsäugern);

Ansiedlung von Bäumen, Bildung einer mehrstufigen Waldgesellschaft mit einem ausgedehnten Nahrungsnetz.

Dies ist das Ende der Entwicklung – es hat sich ein neues stabiles, selbstregulierendes Ökosystem mit einer neuen ökologischen Homöostase gebildet. Eine solche vollständige, ausgewogene Gemeinschaft von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen wird Klimaxgemeinschaft genannt. Die endgültige Zusammensetzung des Ökosystems hängt jedoch von der geografischen Breite und dem Klima ab. Tundra, Savanne und sogar Wüste können nachhaltig werden – jede mit ihren eigenen Organismen, die an diese Bedingungen angepasst sind. Die Entstehung der Primärsukzession dauert in der Regel mehrere tausend Jahre.

Unter Sekundärsukzession versteht man den Prozess der Wiederherstellung eines Ökosystems nach verursachten Schäden Äußerer Einfluss: nach einem Sturm, einem Brand, einer Abholzung, einer Beweidung usw. Sekundäre Sukzessionen sind normalerweise unvollständig, vereinfacht und in der Artenzusammensetzung der Gemeinschaften erschöpft. Die Rolle sekundärer Sukzessionen nimmt mit der Zunahme der menschlichen Bevölkerung auf der Erde, insbesondere mit der Entwicklung von Städten, zu. industrielle Produktion und intensive Landwirtschaft. Der Einfluss des Menschen auf den Zustand von Ökosystemen ist heute entscheidend. Sekundärnachfolgen entwickeln sich über mehrere Jahre oder Jahrzehnte.

Trotz der Selbstregulierung in Ökosystemen verändert sich die Natur auf natürliche und irreversible Weise. Dabei handelt es sich um einen natürlichen biogeochemischen Prozess, der unabhängig vom Willen und der Aktivität des Menschen abläuft. Wenn es ohne scharfe Abweichungen verläuft, sprechen sie von einer nachhaltigen Entwicklung der Ökosysteme und der gesamten Biosphäre der Erde. Diese Definition spiegelt die Einheit der Gegensätze wider: Stabilität, Homöostase einerseits und Entwicklung, irreversible Veränderung andererseits. Eine Verletzung der nachhaltigen Entwicklung bedeutet den Beginn einer ökologischen Krise, die mit einer solchen Veränderung der Biosphäre behaftet ist, dass sie mit dem Leben der Menschheit unvereinbar wird. Der Hauptgrund für irreversible Veränderungen in der Biosphäre im 20. Jahrhundert war Wirtschaftstätigkeit Person. Die Aufgabe der Ökologiewissenschaft besteht darin, die treibenden Kräfte einer nachhaltigen Entwicklung zu verstehen, die Umweltkrise vorherzusagen, und die Aufgabe der Gesellschaft besteht darin, ein neues Umweltdenken anzunehmen und rechtzeitig Maßnahmen zur Vorbeugung von Krisensituationen zu ergreifen.

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