Трофические взаимодействия в экосистемах кратко

Обновлено: 04.07.2024

В трофические отношения это те, которые связывают два или более организмов, где один действует как хищник или существо, которое питается другим, а другой функционирует как пища или существо, которым они питаются. Это включает в себя передачу энергии из одного места в экосистеме в другое.

Это общее правило, что растения, водоросли и любой организм, который синтезирует свою собственную пищу (автотрофные организмы), представляют собой основу любых трофических отношений в природе, поскольку они несут ответственность за преобразование энергии окружающей среды в органические молекулы, которые могут быть используется другими организмами в экосистеме.

Существует огромное разнообразие экологических отношений, которые связывают разные виды, но любой тип трофических отношений, так или иначе, включает в себя какой-то автотрофный организм.

Трофические отношения можно наблюдать во всех экосистемах, даже в самых экстремальных условиях. Таким образом, ученые всегда стараются узнать все трофические отношения экосистемы, поскольку это позволяет им понять и представить ее функционирование и поток питательных веществ в ней.

Чтобы правильно понять трофические отношения, необходимы многочасовые наблюдения и изучение поведения видов в экосистеме, где они обитают, что накладывает некоторые ограничения на изучение этих взаимоотношений между видами.

Концепция трофических отношений

Каждая форма жизни на планете выживает, потому что она может получать и использовать энергию из внешнего по отношению к себе источника. Эта энергия позволяет ему развиваться, расти, воспроизводиться и выполнять все биологические процессы, которые его характеризуют.

Однако в природе существует множество разных стратегий и образов жизни.Например, растения и водоросли получают энергию от солнечного света; Например, травоядные животные питаются растениями, а плотоядные - травоядными животными.

Трофические отношения могут варьироваться от взаимного сотрудничества видов до пользы для одного вида и гибели другого. В некоторых стратегиях даже оба связанных вида передают энергию друг другу в виде обратной связи.

Примеры трофических отношений

В экологических исследованиях сначала определяются межвидовые отношения, а затем трофические отношения, основанные на этих взаимодействиях. Вот некоторые примеры наиболее изученных и наблюдаемых стратегий в рамках трофических отношений:

Конкуренция

Соревнование - это, возможно, межвидовое взаимодействие и, в свою очередь, трофическая взаимосвязь, в основном наблюдаемая в природе, поскольку с ее помощью контролируется энергия, которую может получить животное, питающееся животным или окружающей средой, в случае автотрофные организмы.

- Растения в тропических лесах соревнуются за места, где они могут захватить больше всего солнечного света.

- В море мы наблюдаем, как хищники разных видов соревнуются, чтобы поймать наибольшее количество рыбы в стае данного вида.

Паразитизм

С антропоцентрической точки зрения паразитизм, пожалуй, одно из худших трофических взаимоотношений в природе. Это означает, что один из людей получает пищу от другого, а другой не получает никакой выгоды.

Более того, паразитирующий человек получает вред из-за энергии, которую паразитирующий человек забирает у него.

Классический пример паразитизма как трофической связи представлен различными паразитами, поражающими человека: T. cruzi, Т. сагината, П. Falciparum, среди прочего.

Все эти паразиты используют человеческое тело как экосистему для жизни, жилья, питания и даже размножения в нем; возможность делать это за счет энергии, которую они получают из окружающей среды, в которой они паразитируют.

С другой стороны, эти паразиты уменьшают энергию зараженных тел, вызывая серьезное ухудшение состояния и снижение нормальной физиологической активности хозяев.

Мутуализм

Мутуализм - это трофические отношения, в которых оба человека зависят друг от друга в плане энергии. Этот тип отношений очень распространен в природе, и это очень успешные взаимодействия, особенно в экстремальных условиях.

Пример такого взаимодействия, который встречается практически в любой экосистеме на планете (кроме Антарктиды), соответствует лишайники, которые состоят из разновидностей грибов и разновидностей водорослей.

Водоросль предоставляет грибку часть своих фотоассимилятов, тогда как гриб обеспечивает водоросль подходящим субстратом для жизни (с достаточным количеством воды и света и т. Д.).

Хищничество

Классическим примером этой трофической взаимосвязи являются львы (Пантера лев) охота на антилопу (Hippotragus niger) на африканских равнинах. Львы преследуют стадо антилоп, чтобы поймать и съесть некоторых из них.

Львы, являющиеся хищниками, получают ассимилируемую энергию, пожирая свою добычу, например, антилопу.

Аменсализм

Аменсализм - это межвидовое взаимодействие, которое очень сложно идентифицировать в экосистемах.

Однако эти трофические отношения легко описать, поскольку один человек не ощущает никакого эффекта взаимодействия (не получает энергии), а другой страдает от взаимодействия, то есть теряет энергию.

С трофической точки зрения происходит передача энергии от вида к экосистеме, поскольку энергия не получается ни одним из участвующих особей. Другими словами, один из видов заставляет другой терять энергию, но не получает ее для себя.

Эту взаимосвязь можно увидеть с трофической точки зрения, так как происходит передача энергии от растения к окружающей среде из-за отношений, которые происходят между двумя людьми: собакой и растением.

Комменсализм

Комменсальные трофические отношения можно увидеть у ремор (Ремора Ремора), которые постоянно сопровождают акул. Они питаются кусками мяса, которые выделяются вокруг акулы, когда она питается своей добычей.

Комменсализм - это трофические отношения, которые трудно идентифицировать в экосистемах, поскольку во многих случаях они временны, то есть возникают только в течение определенного периода времени, и лишь в редких случаях это взаимодействие является постоянным или сохраняется в течение длительного времени. .

Трофическая структура - совокупность организмов, объединенных типом питания. Автотрофные организмы (преимущественно зеленые растения) занимают первый трофический уровень (продуценты), далее следуют гетеротрофы: на втором уровне растительноядные животные (консументы 1 порядка); хищники, питающиеся растительноядными животными - на третьем (консументы 2 порядка); вторичные хищники - на четвертом (консументы 3 порядка). Сапротрофные организмы (редуценты) могут занимать все уровни, начиная со второго. Организмы различных трофических цепей, получающие пищу через равное число звеньев, находятся на одном Т. у. Соотношение различных Т. у. можно графически изобразить в виде пирамиды экологической

Примеры. Пастбищная и детритная пищевые цепи. Энергия солнца усваивается растениями и за счет этого живут другие организмы. Трофическая цепь (цепь питания) – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим. Звенья расположены на различных уровнях – консументы (производители органических веществ), консументы (потребители) и редуценты (используют мертвое органическое вещество, разлагая его до неорганического). ПРИМЕРЫ цепей питания: трава-лиса, детритные цепи – опавшие листья-насекомые-птицы, сельскохозяйственная цепь – трава-корова-человек, в водоеме – фитопланктон-зоопланктон-плотва-щука

ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ: Трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь -–это основной канал переноса энергии в пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.

Динамика и развитие экосистем.

Экосистемы, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находятся в состоянии динамики. Эта динамика может относиться как к отдельным звеньям экосистем, так и к системе в целом. Динамика связана с адаптациями к внешним факторами к факторам, которые создает и сама экосистема.

Суточный тип динамики связан с изменениями в фотосинтезе и испарении воды растениями, с поведением животных. Экосистемы меняются и в многолетнем ряду. Периодически повторяющаяся динамика – циклические изменения, или флуктуации, а направленная динамика – поступательная, развитие экосистем.

Сукцессия – смена биоценозов и экосистем в целом.

Первичная сукцессия – развитие происходит на безжизненном субстрате (заброшенные песчаные карьеры). Сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Их называют климаксными Характерные закономерности сукцессии в том, что каждой присущ набор видов, характерных для данного региона наиболее приспособленных к определенной стадии развития сукцессионного ряда. Различными являются и завершающие сообщества. Видовой состав климаксных сообществ может существенно различаться. Общее – экосистемы объединяет сходство видов-эдификаторов.

Прежде чем сформируется климаксное сообщество (экосистема), ему предшествует ряд промежуточных стадий. В одном и том же районе может сформироваться несколько завершающих экосистем (теорияполиклимакса). Например, в лесной зоне в качестве климаксных рассматривают луговые экосистемы. Сторонники теории моноклимакса (одно сообщество) считают, что луга в лесной зоне долго существуют только в результате их использования (скашивания). При прекращении существующая экосистема создает неблагоприятные условия для обитающих. На смену им придут лесные сообщества. Сукцессионные смены связывают с истощением почвы и вымиранием в ней организмов (почвоутомление). Вместе с природными факторами причиной динамики экосистем выступает человек. Им разрушено много коренных экосистем. К сменам экосистем, например, относят такие виды деятельности человека, как осушение болот, чрезмерные вырубки леса и т. п.

Антропогенные воздействия ведут к упрощению экосистем, дигрессиям.

Вторичные сукцессии отличаются от первичных тем, что начинаются не с нулевых значений, а возникают на месте разрушенных или нарушенных экосистем (после вырубок лесов, пожаров). Основное отличие этих сукцессий: – протекают быстрее первичных, так как начинаются с промежуточных стадий (трав, кустарников) на фоне более богатых почв.

Организм и среда.

Живые организмы – биоты. По типу питания: (1) автотрофные: -фотосинтез (синтезируют пищу, используя солнечную энергию), - хемоавтотрофы (используют энергию химических реакций); (2) гетеротрофные: -сакрофаги (измельчают остатки живых растений), - детритофаги (питаются мертвой плотью), -консументы (орг.), - редуценты (разлагают органические вещества на неорганические), -фитофаги, - симбиотрофы (питание совместное), зоофаги.

ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ – целостная система, любое живое вещество. Для живых организмов присуще следующие свойства: (1) клеточная организация (2) обмен веществ – метаболизм (3) гомеостаз (способность к самовозобновлению, постоянство внутренней среды организма)

Обмен веществ в организме – МЕТАБОЛИЗМ. Протекает только при участие ферментов (биологических катализаторов), которые регулируют процессы метаболизма. В этом им помогают витамины, вещества, необходимые для обмена веществ всем живым организмам от бактерий до человека. Для метаболизма необходимы гармоны (координаторы метаболизма). ОНТОГЕНЕЗ – путь организма от зарождения до конца жизни. ФИЛОГЕНЕЗ – историческое развитие организма. Биогенетический ЗАКОН ГЕККЕЛЯ: ортогенез организма – есть краткое и сжатое повторение его филогенеза. Всего на Земле 2,3 триллиона видов живых организмов.

Основные среды жизни.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно‑воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

Наземно-воздушная среда.Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную спорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной опорной системой, поддерживающей тело: растения – разнообразными механическими тканями, животные – твердым или, значительно реже, гидростатическим скелетом. Кроме того, все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, которая служит им для прикрепления и опоры. Жизнь во взвешенном состоянии в воздухе невозможна.

Правда, множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями (рис. 43), многие животные способны к активному полету, однако у всех этих видов основная функция их жизненного цикла – размножение – осуществляется на поверхности земли. Для большинства из них пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.

Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем, в ходе исторического развития, организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, бурно эволюционируя, адаптируясь к новым условиям жизни. Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву, по выражению В. И. Вернадского (1978), в своеобразное биокосное тело планеты. Почву заселили как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее обитателей.

Обоснование:
Растения и животные в сообществе объединены в пищевые (трофические) цепи, совокупность которых образует пищевую (трофическую) сетьсообщества. Пищевые цепи начинаются с зеленых растений, образующих в процессе жизнедеятельности богатые энергией органические вещества, от которых, в конце концов, зависит существование всех других организмов. Одни животные – растительноядные – питаются непосредственно зелеными растениями. Другие – хищники – потребляют травоядных или других хищников. Всеядные используют в пищу как растения, так и животных. Схема показывает некоторые из наиболее существенных связей в одной пищевой сети. Например, стрелка, идущая от насекомых к мышам, указывает на то, что насекомые поедаются мышами. Таким образом, направление стрелок в схеме совпадает с движением потока энергии.

ЗАДАНИЕ N 16
Трофические взаимоотношения видов в природе в виде сплетения пищевых цепей называются трофическими …

сетями

кривыми

пирамидами

барьерами

ЗАДАНИЕ N 16
Трофический уровень – это место каждого звена в __________________, схема которого(-ой) показана на рисунке.

цепи питания

сукцессионном процессе

круговороте веществ

структуре фитоценоза

Обоснование:
Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень – это всегда продуценты, создатели органической массы (автотрофные растения); растительноядные животные относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, – к третьему; плотоядные, потребляющие других плотоядных – соответственно к четвертому и т. д. Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания. Пищевые цепи из продуцентов и консументов на разных этапах смыкаются с сообществом редуцентов.

ЗАДАНИЕ N 25
На рисунке показана пищевая цепь …

разложения

выедания

пастбищная

продуцентная

Обоснование:
Пищевые цепи разделяются на два типа. Один тип пищевой цепи начинается с растений и идет к растительноядным животным и далее к хищникам. Это так называемая цепь выедания (пастбищная). Другой тип (показанный на рисунке) начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных и идет к мелким животным и микроорганизмам, которые ими питаются – это цепь разложения (детритная).

ЗАДАНИЕ N 13
Виды животных, специализирующиеся на растительной пище (например, тли, зайцеобразные, копытные), всегда занимают __________ трофический уровень.

второй

первый

третий

четвертый

Обоснование:
Трофический уровень – это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень занимают продуценты, все остальные – консументы. Растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; к третьему трофическому уровню – плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами, к четвертому – консументы, потребляющие других плотоядных, и т.д.

ЗАДАНИЕ N 6
Детритные (или сапрофитные) пищевые цепи начинаются с …

опавших листьев

зеленых водорослей

высших растений

мелких животных

ЗАДАНИЕ N 7
В экосистемах продуценты занимают _______ трофический уровень.

первый

второй

третий

четвертый

Обоснование:
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет – единственный на Земле ресурс, энергия которого в соединении с углекислым газом и водой рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т.д., в конечном счете солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам. Таким образом, первый трофический уровень всегда занимают создатели органической массы – продуценты. Растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, питающиеся за счет растительноядных животных занимают третий трофический уровень и т.д.

ЗАДАНИЕ N 23
Пастбищная цепь питания начинается с …

зеленых растений

отмерших животных

мелких насекомых

крупных птиц

Обоснование:
Цепь питания – это цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80 – 90%) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4 – 5. Пастбищная пищевая цепь начинается с зеленых растений, идет к растительноядным, а затем к плотоядным животным.

ЗАДАНИЕ N 12
Данный рисунок демонстрирует …

пищевую сеть

популяционные волны

ярусы фитоценоза

круговорот азота

сетями

кривыми

пирамидами

барьерами

цепи питания

сукцессионном процессе

круговороте веществ

структуре фитоценоза

ЗАДАНИЕ N 25
На рисунке показана пищевая цепь …

разложения

выедания

пастбищная

продуцентная

второй

первый

третий

четвертый

ЗАДАНИЕ N 6
Детритные (или сапрофитные) пищевые цепи начинаются с …

опавших листьев

зеленых водорослей

высших растений

мелких животных

ЗАДАНИЕ N 7
В экосистемах продуценты занимают _______ трофический уровень.

первый

второй

третий

четвертый

ЗАДАНИЕ N 23
Пастбищная цепь питания начинается с …

зеленых растений

отмерших животных

мелких насекомых

крупных птиц

Ни один организм в природе не существует вне связей со средой и другими организмами. Эти связи – основное условие функционирования экосистем. Через них, как было показано выше, осуществляется образование цепей питания, регулирование численности организмов и их популяций, реализация механизмов устойчивости систем и другие явления. В процессе взаимосвязей происходит поглощение и рассеивание энергии и, в конечном счете, осуществляются средообразующие, средоохранные и средостабилизирующие функции систем.

Подобные экосистемные связи обусловлены всем ходом эволюционного процесса. По этой причине и любое их нарушение не остается бесследным, требует длительного времени для восстановления. В связи с этим экологически обусловленное поведение человека в природе невозможно без знакомства с этими связями и последствиями их нарушения. Целесообразно выделять взаимосвязи и взаимоотношения организмов в природе (экосистемах) как различные понятия.

Самый распространенный тип связей базируется на интересах питания. Такие связи носят название пищевых или трофических (греч. трофо – питание). В данный тип связей выделяется питание одного организма другим или продуктами его жизнедеятельности (например, экскрементами), питание сходной пищей (например, мертвым органическим веществом). Этим типом связей объединяются растения и насекомые, опыляющие их цветки. На базе трофических связей возникают цепи питания.

Связи, основанные на использовании местообитаний, носят название топических (греч. топос – место). Например, топические связи возникают между животными и растениями, которые предоставляют им убежище или местообитание (насекомые, прячущиеся в расщелинах коры деревьев или живущие в гнездах птиц. При этом растения, поселяющиеся на стволах деревьев (но не паразиты). Не только трофическими, но и топическими отношениями связаны паразиты с организмами, на которых они паразитируют.

Следующий тип связей носит название форических (лат. форас – наружу, вон). Они возникают в том случае, если одни организмы участвуют в распространении других или их зачатков (семян, плодов, спор). Животными это распространение может осуществляться как на наружных покровах, так и в пищеварительном тракте.

Выделяют также тип связей, которые носят название фабрических (лат. фабрикатио – изготовление). Для них характерно использование одними организмами других или продуктов их жизнедеятельности, частей (например, растений, перьевого покрова, шерсти, пуха) для постройки гнезд, убежищ и т.п.

Трофический уровень – это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень – это продуценты, все остальные – консументы. Второй уровень – растительноядные консументы; третий – плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый – консументы, потребляющие других плотоядных и т.д.

Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов, которые называют тратой на дыхание, меньшая часть идет на рост, а остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. В конечном итоге, вся эта энергия превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде, а на следующий более высокий трофический уровень передается не более 10 % энергии от предыдущего.

Рис. 15. Поток энергии через типичную пищевую цепь

Значительную часть гетеротрофов составляют сапрофаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию детрита. Поэтому различают два вида трофических цепей: цепи выедания, или пастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные цепи разложения, которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных. Итак, поток лучистой энергии в экосистеме распределяется по двум видам трофических сетей. Конечный итог: рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться (рис. 15, 16).

Рис. 16. Поток энергии через пастбищную пищевую цепь. Все цифры даны в кДж на метр в квадрате умноженное на год

Прямые пищевые связи типа растение ? фитофаг ? зоофаг ? паразит объединяют виды в цепи питания или трофические цепи, члены которых связаны между собой сложными адаптациями, обеспечивающими устойчивое существование каждой видовой популяции (рис. 17).

В экосистеме выделяют 2 типа цепей: пастбищные и детритные. Процессы, связанные с синтезом и трансформацией живого органического вещества в трофических взаимоотношениях, носят название цепей выедания или пастбищных цепей. Процессы деструкции и минерализации органических веществ выводятся в отдельный блок трофической структуры и называются цепями разложения или детритными цепями. Минерализация и деструкция органики практически происходят на всех трофических уровнях: и растения, и животные в процессе метаболизма редуцируют органическое вещество до СО2 и воды.

Детритные цепи начинаются с разложения мертвой органики особыми группами консументов – сапрофагами. Животные – сапрофаги механически, а отчасти и химически разрушают мертвое органическое вещество, подготавливая его к воздействию редуцентов. Активное участие в разложении мертвого органического вещества принимают почвенные беспозвоночные животные (членистоногие, черви) и микроорганизмы. Разложение может происходить по следующей схеме: бактерии, грибы ? детрит ? насекомые, хищники. Таким образом, на уровне консументов происходит разделение потока вещества по разным группам потребителей: живое органическое вещество следует по цепям выедания, а мертвое – по цепям разложения (рис. 18).

В круговорот веществ в экосистеме часто добавляются вещества, попадающие сюда извне, которые концентрируются в трофических цепях и накапливаются в них – происходит их биологическое накопление. Ю. Одум (1975) приводит пример биологического накопления ДДТ при опылении комаров на болотах п-ова Флорида: при опылении даже концентрациями ДДТ значительно ниже дозы, смертельной для рыб, оказалось, что благодаря многократному поглощению с начала детритной цепи, яд накапливался в жировых отложениях рыб и рыбоядных птиц. И хотя накопившаяся доза у птиц была не смертельна для них, ДДТ препятствовал образованию яичной скорлупы: тонкая скорлупа лопалась еще до развития птенца. Таким образом, биологическое накопление надо учитывать при поступлении в среду любых, даже очень малых, количеств загрязнителей.

Трофическую структуру экосистемы можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид:

1) пирамида чисел;

2) пирамида биомассы;

3) пирамида продукции (или энергии).

Рис. 18. Модель трофической структуры сообщества

Пирамида чисел отображает закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается. Пирамида биомасс четко указывает на количество всего живого вещества на данном трофическом уровне. В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

Правило пирамиды продукции (или энергии): на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени (или энергии), больше, чем на последующем. Пирамида продукции отражает законы расходования энергии в трофических цепях и имеет универсальный характер и для всех экосистем (рис. 19).

Если оценить продукцию в последовательных трофических уровнях в любом биоценозе, мы получим убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз меньше предыдущего. Этот ряд можно выразить графически в виде пирамиды с широким основанием и узкой вершиной (рис. 20). Поэтому закономерности создания биомассы в цепях питания экологи называют правилом пирамиды биологической продукции. Например, вес всех трав, выросших за год в степи, значительно больше, чем годовой прирост всех растительноядных животных, а прирост хищников меньше, чем растительноядных.

Рис. 19. Пирамида продукции и поток энергии в экосистемах

Рис. 20. Пирамида чисел (по Ч. Элтону, 1927 г.)

Из правила пирамиды биологической продукции нет исключений, потому что оно отражает законы передачи энергии в цепях питания. Соотношение биомасс может быть различным, потому что биомасса – это просто запас имеющихся в данный момент организмов. Например, в океанах (рис. 21) одноклеточные водоросли делятся с большой скоростью и дают очень высокую продукцию.

Рис. 21. Соотношение продукции и биомассы разных групп организмов в океане: 1 – бактерии; 2 – фитопланктон; 3 – зоопланктон; 4 – рыбы

Однако их общее количество меняется мало, потому что с не меньшей скоростью их поедают различные фильтраторы. Образно говоря, водоросли еле успевают размножаться, чтобы выжить. Рыбы, головоногие моллюски, крупные ракообразные растут и размножаются медленнее, но еще медленнее поедаются врагами, поэтому их биомасса накапливается. Если взвесить все водоросли и всех животных океана, то последние перевесят (рис. 22).

Рис. 22. Упрощённый вариант экологической пирамиды

Пирамида биомасс в океане оказывается, таким образом, перевернутой. В наземных экосистемах скорость выедания растительного прироста ниже и пирамида биомасс в большинстве случаев напоминает пирамиду продукции.

Все живые компоненты экосистемы составляют общую биомассу сообщества в целом или тех или иных групп организмов. Ее выражают в г/см3 в сыром или сухом виде, или в энергетических единицах – в калориях, джоулях и т.п.

Сукцессия – последовательная закономерная смена биоценозов на одной и той же территории под влиянием природных и антропогенных факторов. Экологическая сукцессия проходит в определенный отрезок времени ряд стадий развития, первые из которых называют стадией первых поселенцев, и вплоть до возникновения стабилизированной системы, называемой климаксом. Поэтому сукцессия – это последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе. Для возникновения сукцессии необходимо свободное пространство (рис. 23).

Различают первичную и вторичную сукцессии. Первичная сукцессия – это если формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате, а вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества на данном субстрате другим, более адаптированным для данных абиотических условий.

Рис. 23. Схема типичной наземной сукцессии

Вторичная сукцессия является, как правило, следствием деятельности человека. Вторичная сукцессия заканчивается стабильной стадией сообщества через 150–250 лет, а первичная длится 1000 лет.

Таким образом, экосистема – совокупность организмов и условий среды, в которой они обитают. Экосистемы, различающиеся по типам, всегда состоят из одних и тех же трех обязательных компонентов: продуцентов, консументов, редуцентов. Для биогеоценозов характерны определенные свойства: целостность, устойчивость, самовоспроизведение и саморегуляция. Под влиянием внутренних или внешних факторов может происходить смена биоценозов – экологическая сукцессия.

1. Дайте определение понятиям биоценоз, биогеоценоз и экосистема.

2. Взаимоотношения организмов в биоценозах.

3. Дайте характеристику отношениям между видами в сообществе (топические, трофические, форические и фабрические).

4. Что такое экологическая ниша?

5. Охарактеризуйте трофический уровень биоценоза.

6. Дайте характеристику экологической пирамиды.

7. Экосистемы и принципы их функционирования.

Задание для практических занятий

1. Проанализируйте приведенный ниже пример перехода энергии в цепях питания. Гусеницы дубовой моли поедают листья дуба. Обычно гусеницы пожирают столько листьев, сколько нужно, чтобы деревья могли расти и оставаться при этом здоровыми (равновесие между продуцентами и консументами). Но иногда наблюдается неожиданное увеличение количества гусениц. Их бывает так много, и они пожирают столько листьев, что деревья недостаточно используют световую энергию Солнца для фотосинтеза и начинают погибать от отсутствия пищи. Когда гусеница съедает лист, она получает меньше энергии, чем было получено от Солнца, поскольку дуб потреблял энергию не только на выращивание листьев. Когда гусеницу съест птица, она получит еще меньше первоначальной солнечной энергии, потому что часть энергии уже израсходовала гусеница. В экосистеме нарушился баланс: было недостаточно дубов, чтобы поддержать резкое увеличение численности гусениц, и потому дубы погибли.

К каким результатам привело бы наличие птиц в экосистеме, включающей дубы и гусениц?

Если погибло много дубов, листьями которых кормятся гусеницы, то, что случится с гусеницами на следующий год? Подтвердите эти результаты вашим примером.

2. Задача: вывести правило пирамиды продуктивности в экосистеме. Для примера возьмем соотношение биомассы по пищевой цепи: трава – кролики – лисицы. Эколог, изучающий небольшой участок луга в течение года, в начале года обнаружил на участке 25 кроликов. К концу года их число достигло 100. Каждый кролик весит около 1,5 кг. Их общая масса составит почти 150 кг. Каждому кролику на 400 г живого веса требуется 4 кг пищи, а всем кроликам – 1600 кг. Предположим, в начале года имелось 600 кг травы, а вырастет ее еще 1800 кг. Поскольку масса травы составит 2400 кг, то 800 кг останется. Это значит, что за счет прироста травы система может обеспечить кроликов необходимой пищей.

Нарисуйте два прямоугольника (друг над другом): нижний будет соответствовать массе травы, а верхний, меньшего размера, массе кроликов. Это две нижние ступени пирамиды. Предположим, что на луг проникли две лисицы. Вес каждой 6 кг, следовательно, общий – 12 кг. Поскольку лисица потребляет 60 кг пищи, двум хищникам требуется 120 кг крольчатины для выживания. Если каждый кролик весит 1,5 кг, то лисицы съедят 75 кроликов в течение года. К концу года из 100 кроликов на лугу останется всего 25. Это значит, что экосистема обеспечивает травой 100 кроликов, из которых 75 идет на питание двух лисиц. Нарисуйте третью, самую маленькую ступень пирамиды. Пирамида биомассы в данной пищевой цепи приобретает следующий вид:

– 2 лисы, съедающие 120 кг крольчатины;

– 100 кроликов, съедающих 1600 кг травы;

Сформулируйте три основных принципа функционирования экосистем, используя следующие понятия:

Читайте также: