Описание видовой и структурный состав системы дубравы. Вступление Ярусность растений в дубраве — первый ярус

Рассмотренный нами на экскурсии такой вид природного сообщества, как дубрава является одним из наиболее сложных среди наземных биогеоценозов. Ну, во первых, что такое биогеоценоз? Биогеоценоз - это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов), обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Это определение понадобится для пользования в дальнейшем. Дубрава - это совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Понятно, что при таком разнообразии видов, населяющих дубраву, поколебать устойчивость данного биогеоценоза, истребив один или несколько видов растений или животных будет сложно. Сложно, потому что в результате длительного сосуществования видов растений и животных из разрозненных видов они стали единым и совершенным биогеоценозом - дубравой, которая, как уже было сказано выше способна при неизменных внешних условиях существовать веками.

Основные компоненты биогеоценоза и связи между ними; растения - главное звено в экосистеме.

Основу подавляющего большинства биогеоценоза составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами). А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные - потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков - преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты), то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения образующиеся после распада органических веществ и ясно, что если растения - главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически исчезнет.

Типичный пример естественного биогеоценоза

Здесь представлен биогеоценоз дубравы.

Круговорот веществ в биогеоценозе. Значение в круговороте растений, использующих солнечную энергию

Круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ, необходимо наличие в экосистеме организмов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и снова превращают их в неорганические соединения. Все организмы по способу питания разделяются на две группы - автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы (преимущественно растения) для синтеза органических веществ используют неорганические соединения окружающей среды. Гетеротрофы (животные, человек, грибы, бактерии) питаются готовыми органическими веществами, которые синтезировали автотрофы. Следовательно, гетеротрофы зависят от автотрофов. В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами. Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии является Солнце. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, оно может быть использовано многократно, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Энергия излучения Солнца в биогеоценозе преобразуется в различные формы: В энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни и растения (автотрофы) в нем самое главное звено.

Разнообразие видов в биогеоценозе, приспособленность их к совместному проживанию.

Характерная черта дубравы заключается в видовом разнообразии растительности. Как уже было сказано выше биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительного естественного отбора у растений дубравы выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно. Это ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности. Верхний ярус образую наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т. п. Наконец на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения. Ярусность выражена также в расположении корневых систем. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

Пищевые связи, экологическая пирамида.

Популяции растений и животных; факторы, вызывающие изменения в численности; саморегуляция в биогеоценозе.

Биогеоценоз широколиственного леса

Среди наземных биогеоценозов одним из наиболее сложных является широколиственный лес, например дубрава. Дубрава - совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных.

Растения дубравы. Основную биологическую продукцию создают высшие растения. В лесу это преимущественно многолетние древесные породы.

Характерная черта лиственного леса заключается в видовом разнообразии растительности. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительного естественного отбора у растений выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно. Это ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности.

Верхний ярус образуют наиболее светолюбивые древесные породы. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками. Наконец, на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения.

Дубрава характеризуется высокой биологической продуктивностью. Вследствие ее сложной многоярусности общая площадь листьев растений, произрастающих на каждом гектаре, достигает 4-6 га. Такой мощный фотосинтезирующий аппарат улавливает и трансформирует в потенциальную энергию органическую вещества около 1 % годового притока солнечной радиации. биогеоценоз листопадный дубрава фауна

Цепи питания в дубравах. Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих.

Пищевые цепи в лесу переплетены в очень сложную пищевую сеть, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биоценозе неодинаково.

Саморегуляция в лесном биоценозе. Процесс саморегуляции в дубраве проявляется в том, что все разнообразное население леса существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем.

В лесном биогеоценозе ясно прослеживается круговорот веществ и движение энергии.

В состав листопадных лесов входят буки, дубы, грабы, липы, клены, березы, осины, рябины и другие деревья, чья листва осенью опадает. В лесу выделяется несколько ярусов растений: высокий и низкий древесный, кустарников, трав и мохового напочвенного покрова. Растения верхних ярусов более светолюбивы и лучше приспособлены к колебаниям температуры и влажности, чем растения нижних ярусов. Кустарники, травы и мхи в лесу теневыносливы, летом они существуют в полумраке, который образуется после полного развертывания листвы деревьев. На поверхности почвы лежит подстилка, состоящая из полуразложившихся остатков, опавшей листвы, веточек деревьев и кустарников, мертвых трав (рис. 2).

Фауна листопадных лесов богата. Много норных грызунов, землероющих насекомоядных, хищников (лисица, барсук, медведь). Встречаются млекопитающие, живущие на деревьях (рысь, белка, бурундук). В группу крупных травоядных входят олени, лоси, косули. Широко распространены кабаны. Птицы гнездятся в различных ярусах леса: на земле, в кустарниках, на стволах или в дуплах и на вершинах деревьев. Много насекомых, которые питаются листьями (например, гусеницы) и древесиной (короеды). В подстилке и верхних горизонтах почвы кроме насекомых обитает громадное количество и других позвоночных животных (дождевые черви, клещи, личинки насекомых), масса грибов и бактерий.

Широколиственные леса занимают обширные пространства от Британских островов па западе до Урала на востоке. Восточное Урала их сменяют мелколиственные леса. Вновь широколиственные леса появляются уже на Дальнем Востоке, на побережье Тихого океана. Как известно, чем дальше от океана расположена данная территория, тем меньше она получает влаги. Поэтому в глубинных частях материков Евразии и Северной Америки годовое количество осадков значительно меньше, чем в приокеанических районах. В зависимости от этого распределяется и растительность широколиственных лесов. В Западной Европе широко распространены влаголюбивые буковые леса, которые восточнее сменяются более сухолюбивыми дубовыми. Вместе с дубом здесь произрастают граб, клен, ясень, липа, вяз, ильм.

В широколиственных лесах умеренных широт встречаются лианы: хмель, дикий виноград, плющ, ломонос. Очень интересной особенностью этих лесов является наличие группы эфемероидов. Эфемероидами называют многолетние растения, развивающиеся только весной, до распускания листьев на деревьях. К тому моменту, когда па деревьях первого яруса распустятся листья и в лесу воцарится зеленый сумрак, эфемероиды уже полностью заканчивают цикл развития. В конце мая -- начале июня они исчезают из состава травостоя и сохраняются в почве до следующей весны в виде луковиц, клубней, корневищ и т. д. Эфемероиды всем хорошо известны. Как только сойдет снег, на проталинах появляются первые весенние цветы -- лазоревые подснежники, желтые ветреницы, чистяк, лиловые хохлатки, розовые зубянки и др., которые местами устилают землю сплошным разноцветным ковром. Но уже через две-три недели, когда на деревьях распустятся листья, они полностью отцветают и исчезают из состава травостоя.

Среди наземных биогеоценозов одним из наиболее сложных является широколиственный лес, например дубрава. Дубрава - совершенная и устойчивая экологическая система, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биогеоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных.

Растения дубравы

В наземных биогеоценозах основную биологическую продукцию создают высшие растения. В лесу это преимущественно многолетние древесные породы (рисунок 39).

Характерная черта лиственного леса заключается в видовом разнообразии растительности. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительного естественного отбора у растений дубравы выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно. Это ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности.

Верхний ярус образуют наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т. п.

Наконец, на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения.

Ярусность выражена также в расположении корневых систем. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

Дубрава характеризуется высокой биологической продуктивностью. Вследствие ее сложной многоярусности общая площадь листьев растений, произрастающих на каждом гектаре, достигает 4-6 га. Такой мощный фотосинтезирующий аппарат улавливает и трансформирует в потенциальную энергию органического вещества около 1% годового притока солнечной радиации. Последняя в средних широтах составляет около 3,8 10 7 кДж/га. Почти половина синтезированного вещества расходуется самими растениями в процессе дыхания. Чистая продукция в виде прироста органического вещества в надземных частях растений составляет 5-6 т/га за год. К этому следует добавить 3-4 т/га ежегодного прироста подземных частей. Таким образом, продукция дубрав достигает почти 10 т/га в год.

Цепи питания в дубравах.

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих.

Пищевые цепи в лесу переплетены в очень сложную пищевую сеть, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных; зубров, оленей, косуль, лосей - слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей.

Саморегуляция в лесном биогеоценозе.

Процесс саморегуляции в дубраве проявляется в том, что все разнообразное население леса существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем. Насколько велико в жизни леса значение такой регуляции численности, можно видеть из следующего примера. Листьями дуба питается несколько сотен видов насекомых, но в нормальных условиях каждый вид представлен столь малым количеством особей, что даже их общая деятельность не наносит существенного вреда дереву и лесу. Между тем все насекомые обладают большой плодовитостью. Количество яиц, откладываемых одной самкой, редко бывает менее 100. Многие виды способны давать 2-3 поколения за лето. Следовательно, при отсутствии ограничивающих факторов численность любого вида насекомых возросла бы очень быстро и привела бы к разрушению экологической системы.

Минерализация органических остатков.

Огромное значение в жизни леса имеют процессы разложения и минерализации массы отмирающих листьев, древесины, остатков животных и продуктов их жизнедеятельности. Из общего ежегодного прироста биомассы надземных частей растений около 3-4 т на 1 га естественно отмирает и опадает, образуя так называемую лесную подстилку. Значительную массу составляют также отмершие подземные части растений. С опадом возвращается в почву большая часть потребленных растениями минеральных веществ и азота.

Животные остатки очень быстро уничтожаются жуками мертвоедами, кожеедами, личинками падальных мух и другими насекомыми, а также гнилостными бактериями. Труднее разлагается клетчатка и другие прочные вещества, составляющие значительную часть растительного опада. Но и они служат пищей для ряда организмов, например грибков и бактерий, имеющих специальные ферменты, которые расщепляют клетчатку и другие вещества до легкоусвояемых сахаров.

Рисунок 40. Сравнение общей структуры наземного и водного биогеоценозов:

I - растения, производящие органическое вещество: а - высшие растения; б - водоросли;

II - животные - потребители органического вещества: а - растительноядные, б - плотоядные, в - питающиеся смешанной пищей.

Как только растения погибают, их вещество полностью используется разрушителями. Значительную часть биомассы составляют дождевые черви, производящие огромную работу по разложению и перемещению органических веществ в почве. Общее число особей насекомых, панцирных клещей, червей и других беспозвоночных достигает многих десятков и даже сотен миллионов на гектар. В разложении опада особенно велика роль бактерий и низших, сапрофитных грибков.

1. Ярусы дубравы:
1. Верхний древесный ярус образован наиболее светолюбивыми крупными древесными многолетними породами: дуб черешчатый, ясень обыкновенный, липа сердцелистная, клён белый, береза обыкновенная (редко)
2. Второй древесный ярус образован менее светолюбивыми низкорослыми деревьями: граб обыкновенный, клен остролистный, клен полевой, яблоня дикая, груша дикая, вяз обыкновенный, черемуха обыкновенная (редко)
3. Третий ярус подлеска образован кустарниковой растительностью: лещина обыкновенная, бересклет бородавчатый, бересклет европейский, свидина белая, крушина ломкая, крушина слабительная, калина обыкновенная, жимолость лесная.
4. Четвертый ярус – травянистый: копытень европейский, сныть обыкновенная, звездчатка лесная, медуница неясная, ясменник пахучий, чистяк весенний, пролеска сибирская, гусиный лук, подлесник европейский, купена многоцветковая, зеленчук желтый, осока волосистая, осока лесная, мятлик обыкновенный, ежовник рисовидный.5. Нижний приземный ярус: лишайники, мхи, грибы (белый гриб).

2.Факторы, от которых зависит ярусность фитоценоза:
1. Свет. Высокие деревья получают больше света, чем остальные растения в фитоценозе. Поэтому, чем ниже ярус, тем более теневыносливее образующие его растения.
2. Расположение корневой системы. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

5. Примеры пищевых цепей в дубраве:
Мятлик -> заяц -> лиса -> клещ
Мятлик -> мышь -> куница -> рысь -> насекомые -> птицы дубравы
Лещина -> белка -> змея -> ёж

6.Характеристика нижнего яруса дубравы (подстилка, почва, обитатели, цепи питания):
Подстилка представляет собой отмершие части наземных растений, - полуразложившиеся остатки листьев и веток. Значительную массу подстилки составляет так же и отмершие подземные части. В почву из опада возвращаются минеральные вещества и азот, потребленные растениями. Почва дубравы плодородна и обычно представляет собой чернозем и лесной суглинок (глинистые и суглинистые почвы). Иногда дубрава растет на песках или супеси с отдельным суглинистым почвенным горизонтом.В подстилке обитают кольчатые черви, множество насекомых на разных стадиях развития – так и личинки мух и др., так и взрослые насекомые; грибы, бактерии. Они являются редуцентами и питаются как растительным опадом (грибы, бактерии), так и животными остатками (жуки-мертвоеды, кожееды, личинки мух, гнилостные бактерии и т.д.)Общее число беспозвоночных, обитающих в подстилке, может достигать десятки и сотни миллионов на гектар. Значительную часть биомассы подстилки конкретно составляют дождевые черви и бактерии.

Опад -> бактерии -> клещ -> землеройка
Опад -> белый гриб -> слизняк -> крот
Опад -> дождевой червь -> многоножка -> медведка -> ёж

7. Значение леса в природе и жизни человека:
1. Предотвращение смыва почвы.
2. Улучшение климата
3. Очищение воздуха от вредных примесей
4. Место для отдыха людей – сбора грибов, ягод.
Дубравы в древности имели большое значение в жизни человека, являясь местом добычи пищи, топлива, материалов для строительства жилищ, создания орудий труда и защиты от врагов. Но сейчас дубравы ослаблены и люди проводят много действий, что бы их сохранить, - проводят санитарные мероприятия, создают охраняемые заповедники, сажают новые деревья, избавляются от массово размножающихся в последнее время насекомых-вредителей.

Верхний древесный ярус образуют крупные (до 20 м) многолетние дубы и липы. Эти светолюбивые растения, растущие достаточно свободно, создают благоприятные условия для формирования второго древесного яруса, представленного низкорослыми и менее светолюбивыми грушей, клёном, яблоней.

Под пологом двух ярусов формируется кустарниковая растительность. Лещина, бересклет, калина, боярышник, терновник, бузина, крушина - это далеко не полный перечень растений, которые образуют третий ярус до высоты 2-4 м.
Следующий, травянистый ярус составляют многочисленные кустарнички и полукустарнички, папоротники, всходы деревьев и разнообразные травы. Причём в течение года в дубраве происходит смена травянистого покрова. Весной, когда листвы на деревьях ещё нет и поверхность почвы ярко освещена, расцветают светолюбивые первоцветы: медуница, хохлатка, ветреница. Летом им на смену приходят теневыносливые растения.
В приземном ярусе, высота которого всего несколько сантиметров от поверхности почвы, растут лишайники, мхи, грибы, низкие травы.

Сотни видов растений (продуцентов), используя энергию солнца, создают зелёную биомассу дубравы. Дубравы очень продуктивны: в течение года на площади в 1 га они создают до 10 т прироста растительной массы.
Мёртвые корни и опавшие листья образуют подстилку в которой обитают многочисленные редуценты: дождевые черви, личинки мух и бабочек, жуки-навозники и мертвоеды, мокрицы и многоножки, ношхвостки, клещи, нематоды. Питаясь, эти организмы не только преобразуют детрит, но и формируют почвенную структуру. Деятельность таких землероев, как кроты, мыши и некоторые крупные беспозвоночные, не даёт почве слёживаться. В каплях воды между частичками почвы обитают многочисленные почвенные простейшие, а грибы образуют симбиоз с корнями растений и участвуют в разложении детрита.

Рис. 77. Экосистема дубравы

Несмотря на то что ежегодно на 1 га поверхности почвы в дубраве поступает 3-4 т отмерших растений, почти вся эта масса разрушается в результате деятельности редуцентов. Особая роль в этой переработке принадлежит дождевым червям, которых в дубравах насчитывается огромное количество: несколько сот особей на 1 м2
Разнообразен животный мир верхних ярусов дубравы. В кронах деревьев гнездятся десятки видов птиц. Вьют гнёзда сорока и галка, певчий дрозд и зяблик, большая синица и лазоревка. В дуплах выводят птенцов филин и обыкновенная неясыть. Чеглок и перепелятник наводят страх на мелких певчих птиц. В кустарниках обитают зарянка и чёрный дрозд, мухоловка-пеструшка и поползень. Ещё ниже находятся гнёзда славки и крапивника. По всем ярусам перемещается в поисках пищи серая белка. Бабочки, пчёлы, осы, мухи, комары, жуки - более 1600 видов насекомых тесно связаны с дубом! В травяном ярусе делят место под солнцем кузнечики и жуки, пауки и сенокосцы, мыши, землеройки и ежи. Самыми крупными консументами этой экосистемы являются косули, лани и кабаны.
Устойчивость этой и любой другой экосистемы обеспечивает сложная система взаимоотношений всех организмов, входящих в её состав.
Вопросы для повторения и задания Что такое биогеоценоз? Расскажите о пространственной структуре экосистемы. Какие обязательные компоненты включает любая экосистема? В каких отношениях находятся друг с другом обитатели биоценозов? Охарактеризуйте эти связи. Опишите видовой состав и пространственную структуру экосистемы дубравы.
Подумайте! Выполните! Назовите общие черты биогеоценозов лиственного леса и пресноводного водоёма. Возможно ли существование биоценоза, состоящего только из растений? Обоснуйте свою точку зрения. Выполните исследование на тему «Моё жильё как пример экосистемы». Разработайте экскурсионный маршрут, позволяющий продемонстрировать видовую, пространственную и экологическую структуры типичной экосистемы вашего региона (групповой проект).
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.