Биоценоз и экосистема.
Экосистема (от греческого oikos — жилище, местопребывание и systema — сочетание, объединение), экологическая система, совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов.
Термин «Экосистема» предложен А. Тенсли (1935), который считал, что экосистемы, «с точки зрения эколога, представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, — факторы местообитания в самом широком смысле». Он подчёркивал, что для экосистемы характерен «разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между органическим и неорганическим».
Понятие «Экосистема» подходит к объектам разной сложности и размеров. Массив леса — экосистема, в пределах которой находятся экосистемы почв разного типа, экосистема гниющего пня и т. д. Чаще под экосистемой понимают совокупность организмов и неживых компонентов среды их обитания, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот (с участием продуцентов, консументов и редуцентов). Экосистемы могут быть высокоустойчивыми, сохраняющими свои характерные особенности на протяжении длительного времени, или кратковременными (например, экосистемы эфемерных водоёмов). Независимо от степени сложности экосистема характеризуется видовым составом, численностью входящих в неё организмов, биомассой, соотношением отдельных трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и деструкции органического вещества. Пространственная разграниченность экосистемы может быть выражена более или менее отчётливо, а в отношении протекающих в них процессов круговорота они могут быть в большей или меньшей степени автономными. Существование экосистемы возможно лишь при притоке из окружающей среды не только энергии, но и большего или меньшего количества вещества. Все реальные экосистемы (в совокупности слагающие биосферу Земли) принадлежат к открытым системам.
В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический.
Биотический компонент экосистем проявляется во взаимодействии всех организмов экосистемы, т. е. все организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательнх веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами. Движущей силой этих круговоротов служит, в конечном счете, энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического, компонента, такие, как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.
Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, таких, как механическая, химическая, тепловая и электрическая энергия. Переход одной формы в другую называется преобразованием энергии. Таким образом, все живые организмы – это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Фактически живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы – они используют свет и химическую энергию.
Абиотический компонент экосистемы, т.е. неживой, компонент экосистемы подразделяется на эдафические (почвенные), климатические, топографические и другие физические факторы, в том числе воздействие волн, морских течений и огня. Важнейшими составляющими абиотического компонента экосистемы помимо почв являются климатические и топографические факторы.
К климатическим факторам относят свет, температуру, влажность и т. п. На интенсивность света влияет широта местности, время дня и года, а также наклон поверхности по отношению к горизонтали. Под действием света в растениях происходят фотосинтез и транспирация, благодаря свету животные видят. Организмы, живущие в областях с выраженной сменой времён года, выработали различные реакции на периодические изменения освещённости (у растений – цветение, опадание листьев, у животных – миграция, зимняя спячка). [5]
Экосистема — широкое понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биоценозом, тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой.
Из Википедии:
Биоценоз — это исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории)...[6]
Из учебника биологии:
Биоценоз — это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема)
Что такое пень.
Что такое пень, мы решили выяснять в разных литературных источниках.
В По словарю Ожегова: Пень - нижняя часть ствола срубленного, спиленного или сломленного дерева вместе с оставшимися в земле корнями и комлем. [1]
По электронному словарю КАРТА СЛОВ и в Большом толковом словаре русского языка: ПЕНЬ - Оставшаяся на корню часть ствола спиленного, срубленного или сломанного дерева. [2, 3]
Википедии:
Пень — небольшая часть ствола дерева, оставшаяся после его частичного уничтожения и включающая в себя его корни. Пень может быть как ещё живым (тогда из него ещё может снова вырасти дерево — пнёвая поросль), так и мёртвым . [4]
Пень представляет многообразие живой природы, и благодаря старым пням мы можем познакомиться с видовым составом флоры и фауны нашего региона.
Исследование 1. Пни в городе.
Наш город расположен в таежной местности, и когда его строили, старались сохранить как можно больше лесных зон. И так в микрорайоне Олимпийский, где расположена наша школа, в каждом дворе, на территории школы - есть лесные массивы.
Строительство города началось 37 лет назад и именно тогда делались основные вырубки, убирали большие деревья, а позже, в последние три-пять лет, вырубались деревья представляющие опасность для домов во время ветра. Мы решили изучить количество вырубленных деревьев во дворах нашего микрорайона, определить примерный возраст, диаметр и степень разрушения.
В результате, изучая дворы с лесными массивами м-она Олимпийского оказалось, что во дворах осталось очень много не выкорчеванных пней. ( приложение 1).
С помощью математического подсчета мы выяснили количество пней в каждом дворе, с помощью рулетки, провели замеры диаметра пней, и там, где пеньки были не старыми, по годовым кольцам определили возраст спиленных деревьев, зафиксировали живые организмы, которые встречались в пнях.(приложение 2)
По результатам наблюдений, можно сделать вывод, что каждый пень- уникален.
Изучив 85 пней , в 5 дворах нашего микрорайона, можно точно сказать, что :
- рассматривая кору , мы выяснили, что большинство пней, от сосны и лиственницы. (приложение 3) ;
- большинство пней имеющих диаметр от 8 до 25 см спилены недавно, и находились вблизи домов, т.е. их спиливали в целях безопасности. И у большинства этих пней можно было посчитать годовые кольца, сохранена кора и даже есть засохшая смола;
- все пни разные, даже те, которые имеют один диаметр, разные по возрасту, по степени разрушения;
- почти на всех пнях мы обнаружили черных или красных лесных муравьев, под корой пней мы обнаружили : слизней, куколок насекомых, жужелиц, в двух очень разрушенных пнях круглых червей- нематод, а также следы от множества короедов и разные грибы и их грибницы; (приложение 4)
- многие старые пни, большого диаметра не имеют коры и сердцевины, но каркас целый. (приложение 5)
- в городской среде пни разрушаются не полностью, так как животных – разрушающие древесину, частично протравливаются весной, когда происходит обработка от клещей, а так же потому, что листовой опад, основная пища для сапрофитов, во дворах убирается.
- на старых пнях в городе можно найти в качестве продуцентов мхи, лишайники и часть покрыта одноклеточными водорослями. (приложение 6)
Исследование 2. Пни в лесной зоне пригорода.
Вблизи нашего микрорайона можно найти разные природные сообщества. Пройдя через дорогу мы можем попасть и в смешанный лес, а через 100 метров в сосновый лес. И интересно было рассмотреть пни и прилегающую к пню лесную подстилку в этих экосистемах.
Лесная зона, расположена, можно сказать, в 200 м от города, но вытаптывание в подобных зонах минимально, так как смешанный лес расположены в местах, где нет гаражей и др. построек и люди там не ходят. Для изучения пней соснового леса, мы так же выбрали участки, где проходимость людей минимальна.
Сравнивая сосновый и смешанный лес, особенно в августе- сентябре, можно сразу сказать, что видовое разнообразие растений, т.е. продуцентов, резко отличается, в смешанном лесу много травянистых покрытосеменных растений, включая хвощ, и папоротники, и опад будет состоят из листвы берез, осин, лиственницы, тополя и клена, и других споровых и покрытосеменных растений, а в хвойном – это хвоя, мох, брусничник, и немного покрытосеменных растений, чаще всего злаковых. (приложение 7)
Чтобы доказать, что пень является биоценозом, мне необходимо ответить на интересующие меня вопросы я исследовала 2 пня в смешанном лесу и 4 пня в сосновом лесу.
Определить возраст таких пней сложно, так как годовые кольца у старых пней посчитать невозможно, но предположительно пням в смешанном лесу более 50 лет, по диаметру примерно 30 см, а в сосновом лесу еще старше, так как диаметр исследуемых деревьев выше 50 см.
Пенек сначала изучала визуально, затем ножом отодвигала кору и на этом участке фиксировались живые организмы, являющиеся потребители, или консументы (от лат. «consumo» - потребляю). Это все гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества (растительноядные животные, хищники, паразиты).
В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеpотpофов (гетерос - разный, гр.). Они используют для формирования своих органов готовое органическое вещество других организмов и продукты их жизнедеятельности.
Большинство консументов связаны пищевой цепью, в которой пень является их пищей (трофические отношения). Также консументы используют пень в качестве жилища (топические отношения). Как говорится «и стол, и дом».
Рассматривая в природе разные пни, можно сказать, что пни от сосны, лиственницы и березы населяют разные организмы, и разрушение происходит с разной скоростью.
По нашим наблюдением, быстрее всего разрушаются березовые пни. Это можно объяснить тем, что береза это лиственное дерево и не имеет природных смол защищающих ее от вредителей и грибов. Кроме того, в смешанном лесу больше животных-разрушителей, так как, ежегодный листовой опад привлекает сапрофитов, т.е. животных и грибов разрушающих органические вещества до неорганических.
По нашим наблюдениям в смешанном лесу, в листовом опаде, и в самом пне мы обнаружили кольчатых дождевых червей, брюхоногих моллюсков и множество насекомых (муравьи, жужелицы, жука-носорога, многоножки, трупоеды и др), а также маслята, подберезовики, подосиновики и другие грибы. (приложение 8)
В сосновом же лесу такого разнообразия консументов мы не обнаружили. Здесь зафиксированы прыткая ящерица, найдена нора, скорее всего бурозубки, жук усач, жук носорог, объеденный муравьями, а так же шершень. (приложение 9)
Пищевые связи и трофические уровни.
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем.
Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты.
Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
Каждая экосистема включает три главных биологических компонента: продуценты, консументы, редуценты. (Приложение 10.)
Связи, при которых одни организмы поедают другие организмы или их останки, или выделения (экскременты), называются трофическими («трофее» - питание, пища, гр.). При этом пищевые взаимоотношения между членами экосистемы выражаются через трофические (пищевые) цепи.
Пень – своеобразная «монокультура», входящая в цепи питания организмов.
При составлении цепей питания я поняла, что в этой экосистеме пастбищные цепи начинаются с древесины, коры пня.
Детритные цепи, которые преобладают в данной экосистеме, тоже начинаются с древесины или коры пня, и даже паразитическая цепь: живое дерево → трутовик . Получается, что пень служит многим видам в качестве основной пищи.
Пастбищная и детритная цепи в разных экосистемах выражены по-разному. Например, в лесу лишь небольшая часть зелени поступает в пищу консументам. Большая часть отмерших растений и их фрагментов поступает непосредственно к редуцентам. То есть пень, можно считается экосистемой с преобладанием детритных цепей. (Приложение 10.)
Вывод: пень – уникальная экосистема, в которой почти вообще отсутствует пастбищная цепь, но зато здесь можно увидеть тонкую грань между паразитами и сапрофитами: если гриб поселяется ещё на живом дереве – он паразит, но если на пне – сапрофит.
Заключение.
Изучая пень, т.е. нижнюю часть ствола срубленного, спиленного или сломленного дерева вместе с оставшимися в земле корнями и комлем, являющийся основой кормовой базы для многих организмов, мы выяснили, что он представляет многообразие живой природы, и благодаря старым пням мы можем познакомиться с видовым составом флоры и фауны нашего региона.
В результате, исследования 85 пней лесных массивов м-она Олимпийского мы выяснили, что во дворах осталось очень много не выкорчеванных пней. В городской среде пни разрушаются не полностью, так как пищевые цепочки разрушаются из-за вмешательства человека, т.е. антропогенного фактора, но эти пни могут повлиять на здоровье растущих рядом деревьев, т.к. привлекают паразитических грибов, короедов и других разрушителей.
В лесной зоне смешанного леса и сосновом лесу , расположенными в 200 м от города, на пнях, внутри пней и в лесной подстилке вокруг пней, мы обнаружили многообразие живых организмов множество и грибов, и лишайников, и насекомых, и даже позвоночных животных.
В любой экосистеме можно выделить пастбищную и детритную цепь питания, но пень – это уникальная экосистема, в которой почти, вообще, отсутствует пастбищная цепь, но зато здесь можно увидеть тонкую грань между паразитами и сапрофитами: если гриб поселяется ещё на живом дереве – он паразит, но если на пне он сапрофит.
Мы можем сказать, что биоценоз пня-это один из видов экосистем со своими сложившимися группировками растений, животных, грибов и бактерий.
Мы доказали, что пень представляет многообразие живой природы, и благодаря старым пням, мы можем познакомиться с видовым составом флоры и фауны нашего региона.
Поэтому считаю, что гипотеза « пень является важнейшей частью экосистемы леса»,
подтверждена.
Цель «Изучение пней разных видов деревьев, в городской и пригородной среде, как», достигнута и задачи выполнены.
Поэтому, считаем, что необходимо привлечь внимание хозяйственных служб города, чтобы убрать старые разлагающиеся пни, дабы убрать возможность заражения здоровых деревьев, так как наш город славиться тем, что наш город – лесной.
А для меня очень важно жить в городе, который прославился тем , что в каждом дворе есть не просто деревья, а лес со своей экосистемой. А любой пень, можно назвать не только биоценозом, а экосистемой, определяющей экологическое состояние биосистемы города и его пригорода.
Данная работа может быть использована на уроках биологии и на спец. курсе «Живая природа Иркутской области».
Данная работа чётко структурирована: имеются введение, постановка задач, основное содержание, и в заключении делают выводы, основанные на анализе специальной литературе (зоологические экскурсии, определители), систематизации и классификации результатов.
В теоретической части рассмотрено, что является биоценозом, почему пень тоже является биоценозом, описаны организмы животных и растений, найденные в пне. Практическая часть представлена в приложении в виде фотографий, определено систематическое положение и описаны основные признаки и значение каждого вида. Кроме того, Анастасия составила таблицы по систематизации организмов по способам питания и роли в цепи питания.
Содержание работы соответствует целям и задачам. Структура работы логически последовательна, каждая часть содержит теоретические материалы, доказанные приложением к учебно-исследовательской работе.
Учитель биологии МОУ «СОШ №2» / С.М.Мехрякова /
