Каждый биогеоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема соответствует биогеоценозу.

Любой биогеоценоз выделяется только на суше. В водной среде биогеоценозы не выделяются. Биогеоценоз имеет конкретные границы. Они определяются границами растительного сообщества – фитоценоза.

Структура биогеоценоза

Помимо пяти основных крупных слагающих компонентов биогеоценоза, которые составляют его функциональную структуру, в его пределах можно выделить более мелкие морфологические структурно- функциональные элементы – консорции.

Консорция – совокупность разнородных организмов, жизнедеятельность которых в пределах биогеоценоза связана на основе пищевых (трофических) и пространственных (топических) связей с центральным видом (консоргентом), автотрофным организмом (зеленое растение).

Консорция объединяет автотрофные и гетеротрофные организмы, которые тесно связаны между собой на основе пространственных и пищевых взаимоотношений и зависят от центрального вида, или ядра.

Экологическая система, или экосистема - основная функциональная единица в экологии, т.к. в нее входят организмы и неживая среда.

Термин «экосистема» впервые был применен в 1935 г. А. Тенсли.

Структура экосистемы формируется потоком энергии и круговоротом веществ.

Экосистема - это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно- следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.

Экосистема обладает общими свойствами:

Ø эмерджентность системы – степень несводимости свойств системы к свойствам составляющих ее элементов. Свойства системы зависят не только от составляющих ее элементов, но и от особенностей взаимодействия между ними (например, явление синергизма, когда при взаимодействии некоторых токсических соединений получаются еще более ядовитые вещества);

Ø принцип необходимого разнообразия элементов сводится к тому, что любая система не может состоять из абсолютно одинаковых элементов, более того, разнообразие элементов, ее составляющих, является необходимым условием функционирования. Нижний предел разнообразия равен 2; верхний - стремится к бесконечности. Разнообразие и наличие разных фазовых состояний веществ, составляющих экосистему, определяют ее гетерогенность;

Ø устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Если внешнее воздействие на биологическую систему превосходит энергетику ее внутренних взаимодействий, то это может вызвать необратимые изменения или гибель системы. Устойчивое или стационарное состояние динамической системы поддерживаются непрерывно выполняемой внешней работой, для чего необходимы приток энергии, ее преобразование в системе и отток за пределы системы;

Ø принцип неравновесности, сводится к тому, что системы, функционирующие с участием живых организмов, являются открытыми, поэтому для них характерно поступление и отток энергии и вещества, что невозможно осуществить в условиях равновесного состояния. Следовательно, любая экосистема представляет собой открытую, динамическую, неравновесную систему.

Система может находиться в состоянии равновесности и неравновесности, при этом ее поведение существенно различается. В соответствии со 2-м законом термодинамики к равновесному состоянию приходят все закрытые системы (системы не получающие энергии извне). Подавляющее большинство систем относится к открытым, обменивающимся с окружающей средой энергией, веществом и информацией;

Ø по виду обмена веществом или энергией системы классифицируются следующим образом:

1. изолированные системы (обмен невозможен);

2. замкнутые системы (обмен веществом невозможен, а обмен энергией может происходить в любой форме);

3. открытые системы (возможен любой обмен веществом и энергией). Системы, которые взаимосвязаны потоками вещества, энергии и информации, носят название динамических.

Любая живая система представляет собой динамическую открытую систему;

Ø принцип эволюции: возникновение, существование и развитие всех экосистем обусловлено эволюцией. Динамические самоподдерживающиеся системы эволюционируют в сторону усложнения и возникновения системной иерархии (образование подсистем). Эволюция любой экосистемы ведет к увеличению суммарного потока энергии, проходящей через нее.

Основные сообщества состоят из продуцентов, консументов и редуцентов.В пределах названных групп отдельные виды могут принимать главенствующее участие в регуляции энергетического обмена и оказывать более заметное влияние на среду обитания других видов. Такие виды называются экологическими доминантами.

Степень доминирования в сообществе одного или нескольких видов выражается показателем доминирования, который отражает значение каждого вида для сообщества.

Показатель доминирования (с), отражающий степень доминирования каждого вида в сообществе, определяется как сумма квадратов отношений показателей значимости видов (n_i) к общей оценке значимости (N):

c = å (n_i / N)²

Для оценки видового разнообразия используются следующие критерии: видовое богатство (d), показатель выравненности (e), показатель общего разнообразия (H), или показатель Шеннона:

Видовое богатство (d):

d₁ = (S-1) / log N ;

d₂ = S / 100 особей

Показатель выравненности (e): e = H / log S

S-число видов,

Н- общая оценка значимости вида

Показатель общего разнообразия (H), или показатель Шеннона:

H =å (n_i / N) log (n_i / N) или H = å P_i log P_i

n_i_–оценка «значимости» для каждого вида,

P_i –вероятность «значимости» для каждого вида P_i < n / N

Биотические сообщества классифицируются в соответствии: с основными структурными показателями; с условиями обитания сообществ; с функциональными особенностями.

Виды экосистем:микроэкосистемы (ствол гниющего дерева); макроэкосистемы (континент, океан); глобальная (биосфера).

В каждой экосистеме два основных компонента: организмы и факторы окружающей среды.

Совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы.

Экосистему можно разделить на два яруса:

1. автотрофный (самостоятельно питающийся) или «зеленый пояс» - растения и их части, содержащие хлорофилл, и

2. гетеротрофный (питаемый другими) или «коричневый пояс»- почв и осадков, разлагающихся веществ.

Особенности потока энергии и биогенных элементов в экосистемах определяют продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты (от лат. - производящий, создающий) представлены автотрофными организмами, которые в зависимости от источников энергии, используемых на синтез органических веществ в клетке, разделяются на две группы: фототрофы, хемотрофы.

К фототрофам относятся наземные зеленые растения, водоросли, фототрофные бактерии, способные к осуществлению фотосинтеза.

Хемотрофы – микроорганизмы, ассимилирующие органические соединения путем хемосинтеза. Процесс синтеза органического вещества осуществляется за счет энергии, получаемой путем окисления аммиака, сероводорода и др. веществ.

К хемосинтезирующим организмам относятся серобактерии (виды, окисляющие кислород), нитрифицирующие бактерии (виды, превращающие аммиак в нитриты, а затем в нитраты).

Гетеротрофные организмы – организмы, использующие в качестве энергии и источника питания органические вещества, синтезированные другими организмами.

К ним относятся все животные, грибы, большинство бактерий и бесхлорофильные наземные растения и водоросли.

В экосистемах гетеротрофные организмы разделяют на:

- консументы,

- редуценты.

Консументы (от лат. - потребляю) – потребители органического вещества, произведенного автотрофами.

Консументы питаются живым (биофаги) или мертвым (сапрофаги) органическим материалом. Среди биофагов могут быть выделены растительноядные организмы или фитофаги (первичные консументы), зоофаги - (вторичные консументы) и конечные потребители - вершинные хищники.

Редуценты ( от лат. – возвращающий, восстанавливающий) – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и подвергающие его минерализации до более или менее простых соединений, которые затем используются продуцентами. К ним относятся главным образом бактерии и грибы.

В зависимости от того, какие организмы разлагают органическое вещество и в каких условиях, выделяют два процесса: дыхание (аэробное и анаэробное) и брожение.

Аэробное дыханиепротекает в присутствии атмосферного кислорода, который служит акцептором (окислителем) электронов.

Аэробное дыхание обратно фотосинтезу, т.е. оно направлено на разложение синтезированного органического вещества до углекислого газа и воды с высвобождением энергии.

С помощью этого процесса высшие растения и многие виды животных получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения новых клеток собственного организма.

Анаэробное, или бескислородное, дыхание происходит при отсутствии в окружающей среде свободного кислорода.

К анаэробному дыханию приспособлены денитрифицирующие бактерии, некоторые кишечные паразиты, большинство гетеротрофных почвенных организмов. Окислителем служит не кислород, а другое органическое и неорганическое соединение.

Анаэробное дыхание служит основой жизнедеятельности главным образом сапрофитов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие).

Брожение - процесс анаэробного ферментативного расщепления органического вещества различными микроорганизмами, при котором высвободившаяся энергия используется для биосинтеза различных жизненно важных аминокислот, белков.

При брожении окисляемое органическое соединение само служит окислителем (акцептором электронов).

Процессы, протекающие с участием дрожжей, имеют практическую ценность для человека, участвуют в процессах почвообразования (разложение растительных остатков).

В экосистеме пищевые и энергетические связи всегда однозначны и идут в направлении:

автотрофы ------ > гетеротрофы или

автотрофы -----> консументы ------> редуценты (деструкторы)

Эти живые компоненты (продуценты, консументы, редуценты) рассматриваются как три функциональных царства природы, т.к. их разделение основано на типе питания и используемом источнике энергии.

Экосистемы подразделяются на:

- естественные – природные;