Структура та ключові компоненти біогеоценозу як екологічної системи

У попередньому розділі були наведені основні поняття та визначення, що стосуються екосистеми та близького до неї поняття біогеоценоз.

Відповідно до наведених вище формулювань, біогеоценоз включає дві головні складові: сукупність на певній території абіотичних факторів, тобто екотоп, і сукупність живих організмів — біоценоз. Своєю чергою, екотоп складається із сукупності кліматичних (кліматоп) та ґрунтових (едафотоп) факторів, а біоценоз включає спільноти тварин (зооценоз), рослин (фітоценоз) та мікроорганізмів (мікробоценоз).

Одна з найважливіших властивостей біогеоценозу — взаємозв'язок і взаємозалежність усіх його компонентів, що позначено стрілками на рис. 2.6. Клімат зумовлює стан і режим ґрунтових факторів, створює середовище існування живих організмів. Ґрунт, своєю чергою, впливає на клімат (від забарвлення поверхні ґрунту залежить його відбивна здатність — альбедо, а отже, температура, вологість повітря), а також впливає на тварин, рослини та мікроорганізми. Усі живі організми тісно пов'язані між собою, будучи один для одного або джерелом їжі, або середовищем існування, або факторами смертності.

Стрілки на рисунку означають канали передачі інформації між різними компонентами біогеоценозу. Людина своєю діяльністю здатна прямо або опосередковано переривати ці канали та потоки речовини й енергії або спотворювати їх. Антропогенна діяльність завжди спрямовувала на біогеоценози (екосистеми), поза якими немає життя на Землі.

Екологічні системи відрізняються просторовою та видовою структурою. Просторова структура зумовлюється тим, що надра, ґрунти, водний басейн та атмосфера мають ярусну будову, що, своєю чергою, впливає на розподіл живих організмів у просторі. У результаті тривалої еволюції відповідно до абіотичних та біотичних умов, різні види живих організмів розподілилися в біогеоценозах так, що не тільки не заважають один одному, а, навпаки, сприяють найповнішому та найефективнішому освоєнню всіх матеріальних та енергетичних ресурсів даного біотопу. Встановлено, що багатоярусні складні спільноти продуктивніші, ніж прості одноярусні.

Таким чином, ярусність — це явище вертикального розшарування біоценозів на різновисокі структурні частини. Найчіткіше вона виражена в рослинних спільнотах (фітоценозах). Завдяки ярусності різні рослини та їхні органи живлення розташовуються на різній висоті (або глибині) і тому легко уживаються у спільноті.

У лісі нерідко виділяється до шести ярусів:

• I — дерева першої величини (ялина, сосна, дуб, береза, осика);
• II — дерева другої величини (горобина, черемха);
• III — підлісок із високих кущів (шипшина);
• IV — підлісок із середніх кущів та великих трав (багно, лохина, іван-чай);
• V — низькі кущики та дрібні трави (журавлина);
• VI — мохи, напочвенні лишайники та ін.

Аналогічно можна розчленувати і лугові спільноти. Ярусно розташовуються і підземні частини рослин. Коріння у дерев, як правило, проникає на більшу глибину, ніж у кущів, ближче до поверхні знаходиться коріння дрібних трав'янистих рослин, а безпосередньо на поверхні — коріння мохів. При цьому в поверхневих шарах ґрунту коріння значно більше, ніж у глибинних.

Рослини кожного ярусу зумовлюють особливий мікроклімат і створюють певне середовище (екологічну нішу) для існування в ньому суворо специфічних тварин. У результаті виникають угруповання рослин і тварин, тісно пов'язаних між собою. Так, наприклад, у ґрунтовому ярусі лісу, заповненому корінням рослин, мешкають бактерії, гриби, комахи, кліщі, черви. У лісовій підстилці серед розкладних рослинних решток, мохів, лишайників також живуть комахи, кліщі, павуки, безліч мікроорганізмів. Вищі яруси — травостій, підлісок — займають рослиноїдні комахи, птиці, ссавці та інші тварини. При цьому навіть птиці, що вільно пересуваються у просторі, зазвичай дотримуються певного ярусу. Особливо яскраво це проявляється в період гніздування.

Кожна конкретна екосистема має видову структуру, тобто характеризується видовим складом. У діброві — це дуб, у бору — сосна, у ковильному степу — ковила тощо. У лісі, що складався з багатьох десятків видів рослин, тільки один або два види дають 90 % деревини. Ці види називаються домінуючими, або домінантними. Вони займають панівне становище в біоценозі. Зазвичай наземні біоценози називають за домінуючими видами: модриновий ліс, ковильний степ тощо. Крім того, в екосистемі можуть бути й так звані едифікатори, які не просто домінують тут, а відіграють роль утворювачів спільноти, визначаючи режим температури, вологості, освітленості, специфіку ґрунтових умов.

Те саме стосується і водних систем. Водойми поділяються на дві великі групи: стоячі водойми, або лентична середовище (спокійне), до яких належать озера, ставки, болота, і проточні водойми, або лотичні (омивні), куди входять річки, струмки.

Специфіка водних об'єктів визначається багатьма факторами, насамперед термодинамічними характеристиками води, що включають вищу, ніж у повітря, питому теплоємність, велику приховану теплоту плавлення, найвищу з відомих речовин теплоту пароутворення, найбільшу щільність при суворо визначеній температурі (+4оС). Абіотичні фактори водного середовища, розглянуті вище, зумовлюють розподіл живих організмів, що населяють водойми, з яких одні мешкають на глибині, інші — біля поверхні, а треті — у товщі води.

У будь-якій лентичній водоймі можна виділити чотири основні зони життя.

Поля та прилеглі водойми утворюють єдину систему, де процеси на суші безпосередньо визначають стан водних екосистем. У будь-яких водоймах виділяють чотири основні зони: прибережне мілководдя (літораль) з рослинами, що вкорінюються, жабами та равликами; поверхневий освітлений шар (пелагіаль) з фіто- і зоопланктоном; глибоководну частину (профундаль) і дно (бенталь). На дні численні редуценти, молюски та личинки комах переробляють органічні залишки, що надходять з поверхні. У річках і струмках екосистема ділиться на мілководні перекати та глибоководні плеса.

У проточних водоймах швидкість і турбулентність потоку визначають, як переміщуються, осідають і розкладаються змиті речовини, а також наскільки ефективно відбувається самоочищення. Рослини, тварини та мікроорганізми в цих зонах розвивалися спільно і виробили тісний взаємозв'язок. Окремо ці компоненти існувати не можуть, тому будь-які зміни на суші миттєво позначаються на мешканцях води.

Винос поживних речовин із ріллі та процеси евтрофікації

Найважливіший канал зв'язку між сушею і водою — змив органіки та мінеральних елементів, переважно нітратів і фосфатів. Надходячи з полів у річки та озера, вони слугують живленням для водних рослин і мікроорганізмів. Однак при ерозії разом зі стоком у водойми потрапляє і ґрунтовий матеріал. Осідаючи на дні озер і річок з повільною течією, донні відкладення поступово змінюють склад флори та фауни, з часом перетворюючи водну екосистему на сушу.

Природні фактори та господарська діяльність людини здатні різко прискорити переміщення ґрунту та добрив із полів у воду. Оранка ділянок, розчищення території або затоплення збільшують обсяги стоку, перевантажуючи водойми органікою. Це призводить до евтрофікації — довгострокової зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей водного середовища.

Перенесення речовин відбувається і у зворотному напрямку — з води на сушу. Риба та молюски стають їжею для сухопутних тварин, птиці та людини. Разом з екскрементами поживні речовини повертаються з водних систем на сушу, замикаючи природний кругообіг азоту та фосфору.