Все биотические связи делят на 6 групп:
1) взаимополезные, симбиотические взаимоотношения. В этой группе выделяют:
а) протокооперацию, когда сотрудничество выгодно, но необязательно (опыление пчелами разных луговых растений);
б) симбиоз – неразделимые связи (лишайники – грибы + водоросли; термиты и кишечные жгутиковые, которые вырабатывают фермент, расщепляющий сахара);
в) мутуализм – партнерство обязательно (кедровки, питающиеся семенами кедра и распространяющие их).
2) полезно нейтральные, или комменсализм (акула и рыба-прилипала). В этой группе выделяют:
а) нахлебничество, потребление остатков пищи-хозяина (лев и гиена);
б) сотрапезничество;
в) квартиранство (орхидеи, лишайники, мхи живут на деревьях).
3) отрицательно нейтральные, или аменсализм (травы под деревьями страдают от сильного затенения).
4) нейтральные, или нейтрализм.
5) полезновредные, в этой группе выделяют:
а) хищничество
б) паразитизм.
6) взаимовредные, или конкуренция, которая возникает при взаимодействии организмов со сходными экологическими потребностями. Такой тип взаимодействия выражает принцип Гаузе: «Если два конкурирующих вида сосуществуют в стабильных условиях, то это происходит благодаря дифференциации ниш, то есть разделения реализованных ниш этих видов; если, однако, такой дифференциации не происходит или если ей препятствуют условия среды, то один из конкурирующих видов будет истреблен или вытеснен другим».
Трофическая структура биоценоза. В биоценозе или экосистеме выделяют два компонента: автотрофный и гетеротрофный.
Автотрофный компонент ("самостоятельно питающийся") – это зеленые растения, используя солнечную энергию, синтезируют органическое вещество своих клеток (биомассу) из минеральных компонентов окружающей и является основным поставщиком органического вещества и связанной в нем энергии в биоценозы и экосистемы. Эти организмы в экологии называют продуцентами, а создаваемое ими органическое вещество - первичной продукцией.
Гетеротрофный компонент ("питающийся другими") получает необходимую им энергию с пищей за счет разложения органического вещества, первоначально созданного продуцентами.
Гетеротрофные организмы подразделяют на две крупные группы:
1. консументы - организмы, потребляющие готовое органическое вещество (все животные, паразитические и насекомоядные растения);
2. редуценты - гетеротрофные организмы (грибы и микроорганизмы), которые питаются мертвым органическим веществом и в ходе жизнедеятельности разлагают его до неорганических.
Благодаря им, важнейшие биогенные элементы, содержащиеся в погибших организмах, возвращаются в биологический круговорот и многократно используются в обмен веществ живых организмов и поддерживается относительно замкнутый вещественный круговорот в экосистемах и биогеоценозах. Это значит, что нет "лишних" или "бесполезных" видов и организмов.
Пищевые цепи и трофические уровни. Через ряд организмов происходит перенос вещества и энергии, и каждый предыдущий организм поставляет последующему сырье и энергию в виде пищи. Такая последовательность организмов называется пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают продуценты, или автотрофы. Ко второму, третьему и.т.д. уровням относятся консументы первого порядка, консументы второго порядка, третьего и. т.д.
3. Экологические пирамиды. Продуктивность экологических систем и соотношение в них продуцентов, консументов, редуцентов принято выражать графически в форме пирамид, которая впервые называется пирамидой Элтона.
Типы экологических пирамид:
- пирамида биомассы характеризует общий вес;
- пирамида чисел отражает численность отдельных популяций организмов или групп разновидных популяций, объединенных единым трофическим уровнем;
- пирамида потока энергии (продуктивности) показывает величину потока энергии или величину продуктивности на последовательных трофических уровнях.
Поток энергии и круговорот химических элементов в экосистеме. Любая экосистема состоит из биотических и абиотических компонентов, которые тесно взаимодействуют между собой, обмениваются веществом и энергией: живые организмы поглощают вещества и энергию из окружающей среды и возвращают их обратно в окружающую среду в процессе жизнедеятельности. Все живые организмы являются потребителями пищи, т.е. вещества и энергии. В процессе дыхания происходит высвобождение энергии из богатых ею веществ, полученных с пищей. "Энергия не создается и не исчезает"-первый закон термодинамики. Энергия существует в разнообразных формах - световой, химической, механической, звуковой, тепловой, электрической и т.д. Все эти формы могут переходить одна в другую.
По источнику энергии все живые организмы подразделяются на фототрофные и хемотрофные.
Фототрофные организмы синтезируют необходимые им органические вещества за счет энергии света (фотосинтез) - растения и сине-зеленые водоросли.
Хемотрофные организмы синтезируют органические вещества за счет энергии химических связей различных веществ - животные и бактерии.
В процессе фотосинтеза все зеленые растения улавливают 1% солнечной энергии, от всей падающей на поверхность Земли солнечной энергии, и эта энергия обеспечивает жизнедеятельность всех живущих на планете организмов (закон 1% энергии).
При переходе энергии, с предыдущего трофического уровня на последующий, 90 % энергии затрачивается на процессы жизнедеятельности и энтропию. При переходе с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10% энергии биомассы или вещества в энергетическом выражении (закон Линдемана).
Динамические процессы в экосистеме. Экосистеме свойственно состояние подвижного равновесия – гомеостаза. Гомеостаз обеспечивается механизмами обратной связи. Принцип обратной связи: некоторый управляющий компонент какой-либо системы получает информацию от управляемых компонентов и использует эту информацию для внесения коррективов в дальнейший процесс управления. В экосистемах все время поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Любая экосистема всегда сбалансирована, т.е. устойчива (гомеостатична). Популяция хищников поддерживает на определенном уровне популяцию жертв (обратная положительная связь). Экологические системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее. Стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической цепи.
Сукцессия биогеоценоза. Любая экосистема меняется во времени и в пространстве, при этом происходит изменение состава биоценоза, структуры экосистемы и ее продуктивности. Последовательная смена биоценозов, возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия человека, называется сукцессией (лат. сукцессио - следую). Смена биоценозов происходит в силу действия экологического закона сукцессионного замещения: "Природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию климакса (греч. климакс - лестница)". Климакс - заключительное, относительно устойчивое, состояние сменяющих друг друга экосистем (биоценозов), возникающие в результате сукцессий и соответствующие экологическим условиям данной местности.