Структура биоценозов. Экологические пирамиды. Цепи и сети питания | Конспект лекцій з дисципліни «Основи екології»

Экология и здоровье

Категорія: Конспект лекцій з дисципліни «Основи екології»

Структура биоценозов. Экологические пирамиды. Цепи и сети питания

Автор: Редактор

Каждая экосистема состоит из биоценоза и биотопа.

Биотоп - это участок поверхности земли с более или менее однотипными условиями существования (почвой, микроклиматом и т.д.).

Биоценоз - это исторически сложившаяся совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих биотоп. В соответствии с этим каждый биоценоз состоит из фитоценоза (группировка растений), зооценоза (группировки животных) и микроценоза (группировки микроорганизмов).

Кроме природных экосистем, существуют также искусственные экосистемы: космическая станция, аквариум, вазон с комнатным растением и т.д..

Биоценозы земного шара образуют биоценотичний покров, который изучает биогеоценология. Основал эту науку выдающийся русский ученый В. Н. Сукачев. Совокупность всех биогеоценозов нашей планеты образует огромную экосистему - биосферу (рис. 2.1). Биоценозы могут формироваться на любом участке земной поверхности - на суше и на воде. Они бывают степными, болотными, луговыми и т. д. Большое значение в функционировании биосферы имеют гидробиоценозы. Участки земной поверхности, покрытые культурными растениями, называются агрофитоценозов.

В структуре каждой экосистемы можно выделить четыре функциональные компоненты:

1) абиотичне окружения, то есть весь комплекс неживой природы, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты обмена;

2) комплекс автотрофных организмов, обеспечивающих органическими веществами, а следовательно, и энергией все остальные организмы, это первичные продуценты органического вещества, которые ассимилируют солнечную энергию (фототрофные растения, фотосинтезирующие бактерии);

3) комплекс гетеротрофных организмов - консументов, которые живут за счет питательных веществ, созданных первичными продуцентами. Консументами являются животные и бесхлорофильные растения;

4) комплекс организмов, которые разлагают органические соединения до минерального состояния. Это редуценты, представленные микроорганизмами - бактериями, грибами, простейшими, а также организмами, которые питаются мертвыми органическими веществами.

Рис. 2.1. Схема строения биоценоза (по В. М. Сукачевым)

Между всеми четырьмя звеньями существует закономерная связь. Взаимодействие организмов в экосистеме чрезвычайно сложная. Взаимодействие биоценозов с биотопах происходит через вещественно-энергетический обмен. Для каждой экосистемы характерен свой ​​биологический круговорот веществ, который осуществляется благодаря существованию в экосистемах трофических цепей (цепей питания).

Пастбищный цепь питания - это ряд живых организмов, в которой каждый вид питается предшественниками в цепи и в свою очередь служит пищей для видов, которые занимают более высокий уровень. Например, в водоемах фитопланктон поедается зоопланктоном, последний - мелкой рыбой, является добычей крупных рыб - хищников, которые в свою очередь потребляются человеком. Речь идет об определенных группировки растений, животных и микроорганизмов, которые взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Каждый живой организм или их совокупность выполняют определенную биологическую функцию, которая либо начинает какой-то процесс, или служит его промежуточным звеном, или завершает его. Такая согласованная и взаимосвязанная деятельность живых организмов Земли находится в тесной связи с окружающей средой и ее основными факторами и создает экологическую систему, целостность которой содержится постоянными потоками вещества и энергии между компонентами экосистемы.

Очень большие наземные экосистемы называют биомов. Например, леса умеренного пояса, пустыни, хвойные леса, саванны и т.д.. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам взаимосвязанных друг с другом экосистем. Одна из них может быть большой - площадью несколько миллионов квадратных километров, другая может представлять собой небольшую поляну. Важно то, что каждую экосистему можно определить как более или менее своеобразное группировки растений и животных, которые взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.

Чтобы выяснить целостность биосферы, необходимо выяснить, как она функционирует. Поскольку она состоит из множества экосистем, необходимо знать их структуру. В каждой экосистеме два основных компонента: организмы, с одной стороны, и факторы неживой природы - с другой. Такую совокупность организмов (растений, животных, микроорганизмов) называют биотой (от лат. Bio - жизнь) экосистемы. Пути взаимодействия различных категорий организмов - это ее биотическая структура. Неживые (химические и физические) факторы окружающей среды называются абиотическими.

Несмотря на большое разнообразие экосистем - от пустынь до тундры, всем им, по мнению экологов, свойственна примерно одинаковая биотическая структура, все они содержат одни и те же категории организмов, подобно взаимодействуют во всех экосистемах. Это следующие категории: продуценты, консументы, редуценты.

Изготовители, или автотрофы - это организмы, создающие органическое вещество за счет утилизации солнечной энергии, воды, углекислого газа и минеральных солей.

Продуцентами в экосистеме называют зеленые растения, поскольку они сами создают для себя пищу. Их на Земле есть около 350000 видов, а масса, по подсчетам Вернадского, составляет около 2,4 ∙ 1012 т. На первый взгляд кажется, что зеленые растения независимые от других организмов. Однако ученые утверждают, что если бы на Земле существовали только зеленые растения, то, в конечном счете, все минеральные вещества оказались бы связанными в этих растениях (во многих случаях - в их мертвых остатках) и рост растений прекратился бы. Этого не происходит потому, что другие организмы - редуценты (или микроконсументы) используют питательные вещества, содержащиеся в мертвых растениях, и как источник энергии, и как пищу, раскладывая при этом органические соединения на простые неорганические. В таком виде их способны поглощать и использовать живые растения.

Редуценты - микроорганизмы, разлагающие органическое вещество продуцентов и консументов до простых соединений - воды, углекислого газа и минеральных солей. К редуцентов относятся бактерии, грибы. Их насчитывается 75 тыс. видов, а суммарная масса составляет 1,8 ∙ 108 т.

Энергия и элементы питания, содержащиеся в организмах живых продуцентов, потребляются в большинстве естественных экосистем не только редуцентами, но и консументами или фаготрофы.

Консументы - это гетеротрофични организмы, получающие энергию за счет питания автотрофами или другими консументами. К ним относятся преимущественно животные, которые питаются другими организмами или частицами органического вещества. Среди них есть травоядные (животные, которые питаются растительной пищей), всеядных (животные, потребляющие как растительную, так и животную пищу), плотоядные, а также паразиты. Количество видов этой группы наибольшая - более 1,5 млн, а их масса составляет около 2,3 ∙ 108 т.

Одна из причин, вызывающих разнообразие экосистем (биоценозов) в природе, - это своеобразие абиотических условий каждого региона.

Таким образом, несмотря на разнообразие экосистем, все они имеют общие черты. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения - продуценты, различные типы консументов и редуцентов.

Виды экосистем по масштабам делятся на микроэкосистемы, мезоекосистеми и макроэкосистемы.

В микроэкосистемы небольшие, временные биоценозы, называемые синузии, находятся в ограниченном пространстве. К таким экосистем относятся трухлявые пеньки, мертвые стволы деревьев, муравейники и т.п..

Наиболее распространенными среди экосистем мезоекосистеми, или биогеоценозы, в которых биоценозы занимают однотипные участки земной поверхности с одинаковыми физико-географическими условиями и границы которых, как правило, совпадают с границами соответствующих фитоценозов.

Макроэкосистемы охватывают огромные территории или водные акватории, определяются характерным для них макроклиматом и соответствуют целым природным зонам. Биоценозы таких экосистем называются биомов. К макроекосистем относятся экосистемы тундры, тайги, степи, пустыни, саванны, лиственных и смешанных лесов умеренного пояса, субтропического и тропического лесов, а также морские экосистемы. Примером глобальной экосистемы является биосфера нашей планеты.

По степени трансформации человеческой деятельности экосистемы подразделяются на природные, антропогенные и антропогенно-естественные.

В промышленно развитых странах, на захваченных человеческой деятельностью территориях природных экосистем почти не осталось, разве что в заповедниках. Лесные насаждения, луга, поля - все это антропогенно-естественные экосистемы, которые хотя и состоят почти единственно из природных компонентов, но созданы и регулируются людьми.

К антропогенным экосистем относятся экосистемы, в которых преобладают искусственно созданные антропогенные объекты и в каких, кроме людей, могут существовать лишь отдельные виды организмов, которые приспособились к этим специфическим условиям. Примером таких антропогенных экосистем города, промышленные узлы, села (в пределах застройки).

Цепь питания - это последовательность организмов, в которой каждый предыдущий представитель является пищей для следующего. Например, растения ест заяц, на которого охотится волк; листья растений ест гусеница, которой питается синица т.п..

Различают два типа цепей питания.

Первый цепь питания (цепь выедания, или пастбищный) начинается с растений. Травоядных животных поедают хищники (на этом и завершается цепь выедания). Пример такого типа цепи питания: планктонные водоросли - планктонные животные - рыбы - рыбоядные птицы и плотоядные млекопитающие. Другой пример: растения - насекомые - насекомоядные птицы - хищные птицы.

Второй тип цепей питания начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных и идет к мелким животным и микроорганизмам, которые ими питаются. В результате деятельности микроорганизмов образуется на-пиврозщеплена масса - детрит. Такая цепь питания называют цепью расщепления (детритного).

Каждая цепь питания включает, как правило, не более 4-5 звеньев, поскольку в результате потери энергии общая масса каждой следующей звена примерно в 10 раз меньше предыдущей.Эту закономерность называют правилом экологической пирамиды .

Графически это правило можно изобразить в виде пирамиды, составленной из отдельных блоков. Каждый блок такой пирамиды соответствует производительности организмов на каждом из трофических уровней определенной цепи питания. Итак, экологическая пирамида является графическим изображением трофической структуры цепи питания.

Различают несколько категорий "экологических пирамид". Пирамида чисел отображает число особей в каждом уровне цепи питания (в каждом следующем уровне число особей уменьшается); пирамида биомассы - количество органического вещества (биомасса), пирамида энергии - количество энергии в пище в каждом уровне цепи питания. Все они, хотя и отличаются по абсолютным значениям, имеют одинаковую направленность, отражает численность отдельных организмов в сообществах, и вместе с ней проявляют характерные особенности биоценозов.

Пирамиды чисел и биомассы могут быть обратными (или частично обращенными), то есть основа может быть меньше, чем один или несколько верхних уровней. Так бывает, если средняя масса продуцентов меньше массы консументов или если скорость метаболизма продуцентов больше, чем кон-один момент. Напротив, энергетическая пирамида всегда сужаться кверху при условии, что учитываются все источники трофической энергии в системе.

Экологическая пирамида энергии дает наиболее полное представление о функциональной организации группировки. Она отражает картину скоростей перемещения массы пищи через цепь питания.

 

Оставить комментарий