Організмовий рівень функціонування екосистеми

 Проте позитивний взаємовплив особин може перетворюватися на негативний, коли густота популяції стає надто високою і виникає небезпека її загибелі внаслідок вичерпання природних ресурсів. Зміна знака взаємодії дає змогу більшості видів врятуватися завдяки своєчасному зменшенню темпів відтворення або в якийсь інший спосіб. 

Антропогенні  фактори 

   Різноманітність форм людської діяльності, які змінюють біотичні й абіотичні елементи природи, багато вчених об'єднують під загальною назвою антропогенні впливи, або антропогенні фактори.

   Український еколог О.О. Лаптев, зокрема, розглядає антропогенні фактори як породжені соціальним обміном речовин і енергії тіла, речовини, процеси і явища, які впливають на природу одночасно з природними факторами.

   До антропогенних факторів належать усі види створюваних технікою і безпосередньо людиною впливів, які пригнічують природу: забруднення; технічні перетворення й руйнування природних систем ландшафтів (у процесі добування природних ресурсів, будівництва тощо); вичерпання природних ресурсів (корисні копалини, вода, повітря та ін.); глобальні кліматичні впливи (зміна клімату в зв'язку з діяльністю людини); естетичні впливи (зміна природних форм, несприятливих для візуального та іншого сприймання).

   Взагалі антропогенні фактори — це впливи людини на екосистему, що зумовлюють у її компонентів (абіотичних і біотичних) суттєві відгуки (реакції). Вони можуть бути фізичними, хімічними, кліматичними, біотичними, а за характером зв'язків — вітальними і сигнальними, за часом дії — постійними і періодичними, ледве помітними і катастрофічними. Будучи за характером впливу екзогенними, вони діють на ендогенні фактори і завдяки їм "зсередини" — на екосистему або на її компоненти.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Популяційний  рівень організації  біологічних видів

   Термін популяція ( лат. населення, народ ) запозичив із демографії (гр. демос – народ, графо – писати) В. Іогансен в 1903 р. для позначення групи організмів одного виду, або гомогенної суміші різних видів. Популяція – це стійка в часі і просторі сукупність організмів одного виду, пов’язаних  генетичними, трофічними і територіальними зв’язками.

    Найбільш істотні ознаки популяції  - це динаміка чисельнсті організмів, співвідношення статей, вікового складу, територіальна структура та щільність заселення ареалу, території. Вивчення популяційної структури кожного виду має важливе теоретичне і практичне значення, зокрема при здійсненні заходів раціонального природокористування. Зменшення чисельності популяцій – тривожна ознака. Види, що утворюють невелику кількість популяцій, перебувають під загрозою зникнення і тому потребують особливої уваги, підлягають збереженню, суворій охороні.

   Важливі ознаки популяції – її стабільність, генетична індивідуальність, що забезпечують бар’єри – просторові, часові або етологічні бар’єри. Просторові або хорологічні (гр. хорос – простір) бар’єри роз’єднують ареали видів, зменшуючи цим конкуренцію між ними. Іноді популяції можуть бути віддалені одна від іншої великими відстанями, що робить практично неможливим генетичний обмін між організмами. Наприклад, європейський муфлон живе на Корсиці та в Криму. Популяція плямистих оленів живе на Черкащині в Україні, але основний їх ареал -  на Декому Сході.

Хронологічні  (гр. сачові) бар’єри ізолюють в часі життєві цикли і ритми організмів різноманітних популяцій. ЦЕ має важливе значення  для термінів розмноження видів даної популяцію, що сприяє збереженню їхньої індивідуальності.

   Розділ екології, що вивчає особливості поводження організмів у всіх їх проявах, – етологія (гр. етос – звичай, поведінка). Етологічні бар’єри – це реакції на взаємовідносини між особинами даної популяції і чужаками. Етологічні  бар’єри виявляються при охороні «своєї» території, в ритуалах шлюбного залицяння.

   Впливи середовища на популяції викликають процеси, що ведуть до сукцесій (лат. – зміна) і діляться на автотрофічні та гетеротрофічні. Наприклад, кинуте поле через 150-200 років стає степом – це сукцесія ,або зміна, яка може бути штучною або антропогенною. Наприклад, застосування  хімчних сполук в сільському господарстві призводить до змін в рослнному, тваринному світах.

   Всі ці взаємовідносини  між організмами, природним середовищем характеризують закони біосфери, порушення яких і веде до змін у біосфері, до руйнації її систем, що залежить від величини біотичного потенціалу.

   Стійкість біосфери зумовлена взаємодією її природних структур з абіотичними факторами, що характеризує біотичний потенціал, або продуктивність фітомаси (Кр). Він зумовлює можливість зберігати або відновлювати генофонд, біологічне різноманіття та стійкість екосистем різного рівня. Його значення залежить від гідротермічного потенціалу – середньорічного зволоження (W, мм), середньорічного радіаційного балансу (P, ккал/см²рік) та тривалості періоду вегетації (Тв, декади). Ці параметри пов’язані з біотичним потенціалом формулою : Кр=WТв/36Р.

   Найвищий біотичний потенціал природного середовища в Україні в Карпатах, Прикарпатті, Закарпатті, Поліссі та в Кримських горах, найнижчий – у Північному Приазов’ї, Причорномор’ї. Біотичний потенціал – характеристика інтенсивності життя в різних частинах біосфери, залежність від умов існування.

   Розвиток, час існування будь-якої популяції, в тому числі і людей, можна обчислити за формулою Ферхульста (1838) і Пирла (1920): dn/dt=rN(k-N)/k, де : N – чисельність популяції; r – швидкість її збільшення; k – ємність середовища для максимальної кількості особин, або найбільше навантаження на середовище; t – час; (k-N)/k – розмір опірності середовища. Це рівняння показує, що із збільшенням кількості популяцій зменшуються живильні та інші ресурси, екологічний імунітет і збільшується пресинг шкідливих чинників, зростає смертність особин в популяції. Показник смертності можна обчислити за формулою : N/t=(N₁+v(t₂-t₁)-N₂)/t₂-t_1, де : N₁ і N₂ - чисельність популяції в момент часу t₁ і t₂; v – народжуваність в одиницю часу.

   З цим пов'язаний принцип В. Оллі (1931) про агрегацію особин та конкуренцію між ними, що сприяє їх виживанню в цілому. Тому як перенаселеність, так і недонаселеність не сприяють агресії, скопиченню організмів на певній території і виступають в якості лімітуючи факторів.

   Важливим є правило популяційного максимуму, або теорія Х. Г. Андреварти – Л. К. Бирча (1954): чисельність природних популяцій обмежена вичерпанням харчових ресурсів та умовами розмноження, недоступністю цих ресурсів та надмірно коротким часом прискорення збільшення кількості особин в популяції.

   Важливою є теорія К. Фридерикса про біоценотичну регуляцію чисельності популяції, як результату комплексу впливів абіотичного та біотичного середовищ, які лімітують і формують можливості збільшення чисельності популяції, що закладено на генетичному рівні. Саморегуляція чисельності особин в популяції визначається довжиною світлого дня, наявністю води, поживних речовин та близькістю їх розташування, інтенсивністю обміну речовин в організмах, тобто енергетикою системи, яка відпрацьована еволюційно.

   Отже, ці закономірності формують біотичний, тобто життєвий потенціал певної території. 
 
 
 
 
 
 
 

Екологія  біоценозу

   Біоценоз (з гр. біос – життя, коінос – загальний, спільний) – сукупність рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, що заселяють певну ділянку суші або водоймища (біотоп). Всі вони пов’язані як між собою, так і з абіотичними факторами середовища. Біоценоз – це динамічна, здатна до саморегуляції система, компоненти якої (продуценти, редуценти і консументи) взаємозалежать один від одного. В біоценозі виділяють: зооценоз (сукупність тварин), фітоценоз (сукупність рослин), мікоценоз (сукупність грибів), мікроценоз (сукупність мікробів).

   У польових умовах межі біоценозу і пов’язаного з ним біотопу найчастіше визначаються за змінами рослинного покриву, які можна добре спостерігати візуально. Рослинність або сукупність рослинних угруповань є невід’ємною складовою частиною ландшафту і одним із найбільш динамічних компонентів навколишнього середовища. Таким чином, фітоценози і зооценози є частиною більш складних природних систем – біогеоценозів, сукупність яких утворює біосферу Землі.

   Прикладом біоценозів можуть бути ліс, луки, степ, болото, сільськогосподарські угіддя тощо.

   Біоценози можуть формуватися як природним шляхом, так і під впливом діяльності людини.

   Термін “біоценоз” був запропонований К. Мебіусом, який у 1877 р. описав угруповання тварин устричних банок. Чи включав Мебіус в поняття “біоценоз” рослини, залишається невідомим.

   Засновником вчення про угруповання рослин вважаються І. К. Пачоський (1896) та П. М. Крилов (1898). Вперше визначення рослинного угруповання – фітоценозу було дане І. К. Пачоським у 1915 році.

   Життя біоценозу визначається як біологічними особливостями, так і фізико-географічними умовами існування. Біоценоз вважається як біологічним явищем так і географічним.

   Склад і будова біоценозу, його зовнішній вигляд, характер зв’язків між організмами змінюється залежно від абіотичних факторів. 
   Біоценоз тісно пов’язаний з умовами неживої природи (біотопом). Аналізуючи закономірності розвитку лісових природних угруповань, В.М. Сукачов прийшов до висновку, що в природі існують системи, які об’єднують біотичні та абіотичні компоненти. Ці системи приурочені до певної території з абіотичними умовами, що називаються біотопом. Єдність біоценозу і біотопу – це природний комплекс, який В.М. Сукачов назвав біогеоценозом. 
   За визначенням В.М. Сукачова, біогеоценоз – це сукупність на деякій ділянці земної поверхні однорідних взаємодіючих, пов’язаних обміном речовини і енергії, природних компонентів – гірських порід, ґрунту, гідрологічних умов, рослинності, тварин і мікроорганізмів. 
   Склад і структура біоценозу. Особливостями будь-якого біоценозу є видовий склад та структура.

   Кожен біоценоз має чітко визначений видовий склад. Загальна кількість видів рослин і тварин, властивих певному біоценозу, більш менш постійна, але між біоценозами різних типів досить відрізняється. Найбільш багаті за видовим складом біоценози вологих тропіків, а найбідніші – біоценози холодних реґіонів. Загальна кількість видів, що складає біоценоз характеризує його видове багатство. Загальна кількість видів, що входить до складу біоценозу, їх різноманітність залежить від місцезнаходження, кліматичних умов біоценозу, а також від його історії розвитку. Видова насиченість біоценозу – загальна кількість видів, що припадає на одиницю площі. Залежно від видової насиченості розрізняють біоценози прості і складні. 
   У складних біоценозах велика кількість видів і взаємозв’язки між ним складні. Причому, у найбагатших у видовому відношенні біоценозах практично всі види малочисельні. Так, у тропічних лісах, які мають значну флористичну насиченість, рідко можна зустріти поряд кілька дерев одного виду. Усе це зумовлює формування досить складних біотичних зв’язків. У таких умовах не буває масового розмноження окремих видів, біоценози характеризуються високою стабільністю.

   Видова насиченість залежить від кліматичних умов. Так, біоценози тундри і пустелі охоплюють значно меншу кількість видів, ніж біоценози вологих тропічних лісів. Велику флористичну насиче ність мають вологі тропічні ліси. У лісах Шрі-Ланки налічується 1500 видів деревних рослин, а в лісах басейну р. Амазонки – до 2500 видів.

   На формування видової насиченості значний вплив мають історичні фактори. В процесі розвитку біоценозів спостерігається тенденція до поступового збільшення видового багатства. Сформовані біоценози, як правило, багаті за кількістю видів, ніж молодші за віком. Сюди відносять біоценози тропічної зони. У помірній зоні в зв’язку із зледеніннями, які відбувалися в минулому, біоценози порівняно молоді і тому бідніші за видовим складом.

   Від віку біоценозів залежить також і взаємозв’язки між організмами і навколишнім середовищем. Важливою ознакою біоценозів є кількісне співвідношення між видами, які входять до його складу. Види, які чисельно переважають в біоценозі над іншими називають домінантами. За кількістю домінантів біоценози можуть бути моно- і полідомінантними. 
   Показник домінування визначають не для всього біоценозу, а для окремих структурних угруповань, що входять до нього, зоо-, мікробо- фітоценоз. Крім того зооценоз і фітоценоз часто розділяють за систематичними ознаками (птахи, комахи, злаки, вересові), еколого-морфологічними (дерева, кущі, трави), або за розмірами (мікрофауна, мезофауна, ґрунти). Крім домінантів виділяють субдомінанти, другорядні і третьорядні види.

   Структура біоценозу – це закономірні зв’язки і визначений розподіл різних елементів системи. Розрізняють видову, просторову або і трофічну структури.

    Просторова структура біоценозу (ярусність).

   Розподіл видів рослин, тварин і мікроорганізмів в біоценозі залежить від умов їх місця проживання і становить так звану просторову структуру (ярусність). Просторова структура – це вертикальний розподіл фітоценозу в наземній та підземній частинах на окремі горизонти. Тому розрізняють наземну і підземну структури біоценозу. Формування наземної структури залежить від вимогливості рослин до світла, тепла, вологи, вітру тощо. Кожен ярус біоценозу характеризується певними морфологічними, флористичними, екологічними та іншими ознаками. Найкраще просторова структура виражена у фітоценозі. Добре виражена ярусність у лісах: 1) деревний ярус, 2) ярус чагарників і підліску, 3) трав’яний покрив, 4) мохів і лишайників. Слабше ярусність виражена у степових і лучних угрупованнях. У фітоценозах існують також і позаярусні рослини: ліани та епіфіти. Кількість ярусів залежить від екологічних і едафічних умов, видового складу, віку угруповання. Навіть при незначному покращанні екологічних умов кількість ярусів зростає. Підземна структура фітоценозу формується в залежності від вимогливості вищих рослин до родючості ґрунту.  
   Тварини не пристосовані постійно до якого-небудь ярусу. В більшості випадків вони ведуть активний спосіб життя в кількох ярусах: птахи, окремі види ссавців. 
  Ярусний розподіл рослин не тільки підвищує загальну продуктивність біоценозів, а й пом’якшує взаємовідносини між рослинами, тваринами, оскільки ярусність розмежовує життєвий про стір окремих рослин, тварин і мікроорганізмів, сприяє послабленню боротьби за існування між ними і одночасно сприяє повнішому використанню ресурсів зовнішнього середовища. Ярусність – присто сування до раціонально використання зовнішнього середовища. 
   Горизонтальна структура біоценозу (мозаїчність).