Возможно ли равновесие в сообществе где общее дыхание организмов не равно по величине валовой кратко

Обновлено: 06.07.2024

Структура сообщества создается постепенно в течение определенного времени. Примером, который можно использовать как модель развития сообщества, служит заселение организмами безжизненного субстрата. Субстрат (от лат. substratus ? подстилка, основа) опорный экологический элемент (основа), в некоторых случаях служащий и питательной средой; например, для наземных организмов субстратом является почва. Так, на исходно безжизненном субстрате сначала появляются организмы-пионеры (пионерные сообщества), например, корковые водоросли, накипные лишайники. Они несколько обогащают субстрат органическими и доступными для усвоения растениями веществами. Затем появляются отдельные травянистые растения, способные осваивать бедный субстрат. Эта стадия сменяется кустарниками, а ей на смену приходят лиственные деревья (чаще всего береза, осина, ива). Последние характеризуются быстрым ростом, но отличаясь светолюбием, быстро изреживаются (к 40–50-летнему возрасту). В результате этого под их пологом создаются благоприятные условия для поселения теневыносливой ели, которая постепенно догоняет в росте стареющие лиственные виды деревьев и выходит в первый ярус. На данной стадии образуется климатическое смешанное елово-лиственное сообщество или еловый лес со свойственным им набором других видов растений и животных.

Равновесие в сообществе

Для того чтобы понять природу экологической сукцессии, представим себе сообщество, в котором валовая, то есть суммарная, продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов. В экологии суммарные энергозатраты называются общим дыханием сообщества. Такое сообщество подобно заводу, в котором затраты на производство в точности равны стоимости получаемой продукции.

Ясно, что в этом идеальном случае не могут происходить ни накопления биомассы, ни ее потери. Поэтому биомасса организмов в такой системе остается постоянной, а сама система неизменной, или равновесной: процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания.

Можно представить себе различные типы равновесия в сообществе.

Первый тип характерен для замкнутого сообщества: сюда не поступает никакая дополнительная продукция, а собственная продукция сообщества целиком остается внутри его. Равновесие здесь подобно рассмотренному выше случаю.

Ответ. Трофическая структура сообщества – экологический показатель пищевых взаимосвязей в нем. Любое сообщество можно представить в виде пищевой сети, то есть схемы всех пищевых, или трофических (от греч. трофо – питание), взаимосвязей между видами этого сообщества. Пищевая сеть (ее переплетения бывают очень сложными) обычно состоит из нескольких пищевых цепей, каждая из которых является отдельным каналом, по которому передаются и вещество, и энергия. Простой пример пищевой цепи дает следующая последовательность: растительность – питающееся растительностью насекомое – популяция хищного насекомого – насекомоядная птица – хищная птица. В этой цепи осуществляется однонаправленный поток вещества и энергии от одной группы организмов к другой.

2. Какие экологические факторы вам известны?

Ответ. Экологические факторы - отдельные элементы среды, взаимодействующие с организмами.

Различают абиотические, биотические факторы и антропогенный фактор. Абиотические факторы: свет, температура, влажность и другие компоненты климата, состав воздуха, почвы и прочие, то есть. элементы неживой природы.

Биотические факторы: живые тела, или организмы, всевозможные взаимодействия между ними (фитогенные, зоогенные).

Антропогенные факторы: вырубка леса, осушение болот, возведение плотины, выброс в атмосферу различных химических веществ и пр. (т. е. деятельность человека).

Вопросы после § 86

1. Что такое сукцессия?

Ответ. В сообществах постоянно происходят изменения. Изменяется их видовой состав, численность тех или иных групп организмов, трофическая структура, продуктивность и все остальные показатели. Сообщества изменяются во времени.

Закономерный и последовательный процесс смены сообществ на определенном участке, вызванный взаимодействием живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой, называется сукцессией (от лат. successio – наследие, смена поколений, последовательность).

Ответ. Для того чтобы понять природу экологической сукцессии, представим себе идеальное сообщество, в котором валовая, т. е. суммарная, продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов. В экологии суммарные энергозатраты называются общим дыханием сообщества.

Ясно, что в таком идеальном случае процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания. Следовательно, биомасса организмов в такой системе остается постоянной, а сама система неизменной, или равновесной.

Каждая стадия сукцессии представляет собой сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние устойчивого равновесия.

3. Какие виды сукцессий вы знаете?

Ответ. Различают первичные и вторичные сукцессии.

Первичные сукцессии возникают на субстратах, не затронутых почвообразованием, и связаны с формированием не только фитоценоза, но и почвы. Примером первичной сукцессии может являться поселение накипных и листовых лишайников на камнях. Под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются уже кустистые лишайники, зеленые мхи, затем травы и другие растения и т. д.

Вторичные сукцессии развиваются на месте сформировавшихся биоценозов после их нарушения, например в результате эрозии, засухи, пожара, вырубки леса и т. п.

4. В чем различия молодых и зрелых сообществ?

Ответ. Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества. При первичной сукцессии для развития устойчивого сообщества требуются многие сотни лет.

Вторичные сукцессии протекают значительно быстрее. Это объясняется тем, что первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву, что создает условия для ускоренного роста и развития новых поселенцев.

Зрелое сообщество с его большим разнообразием и обилием организмов, развитой трофической структурой и с уравновешенными потоками энергии способно противостоять изменениям физических факторов (например, температуры, влажности) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое сообщество. Однако молодое сообщество способно производить новую биомассу в гораздо больших количествах, чем старое.

С другой стороны, устойчивость зрелого сообщества, его способность противостоять воздействию физических факторов (и даже управлять ими) является очень важным и весьма желательным свойством.

► Приходилось ли вам наблюдать сукцессионные изменения в природе? Расскажите о своих наблюдениях.

Ответ. В случае разрушения сообщества в результате деятельности человека или стихийных бедствий, таких, как наводнение или пожар, в нем начинается медленный процесс восстановления исходного состояния, известный под названием сукцессии. Сукцессия представляет собой последовательный ряд изменений, которые в конечном счете приводят к образованию климаксного сообщества (при условии, что дальнейших нарушений не возникает).

Сукцессия на заброшенном поле-пример вторичной сукцессии, протекающей относительно быстро, потому что она происходит на почве, оставшейся после первоначального климаксного леса. Если почва сильно истощена в результате бесхозяйственного ее использования или же вовсе отсутствует (как на голых скалах, обнажившихся после отступления льдов, или на застывших потоках лавы), то сукцессия протекает гораздо медленнее, поскольку рост большинства растений становится возможным лишь после образования почвы.

Сукцессию можно наблюдать даже на городской улице. Мхи, лишайники и сорняки заселяют трещины на тротуарах; в каком-нибудь углу, где скапливаются опавшие листья и грязь, могут вырастать довольно крупные растения, а на требующих ремонта крышах - мхи. Если прекратить уборку и ремонт улиц, то даже центр большого города на протяжении жизни одного поколения может превратиться в лесистую местность, усеянную камнями.

Вероятно ли равновесие в обществе, где общее дыхание организмов не одинаково по величине валовой продукции?

Леонид Бригадов
Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
2019-10-30 02:43:19
79
1

Для того чтобы понять природу экологической сукцессии, представим для себя образцовое общество, в котором валовая, т. е. суммарная, продукция автотрофов в энергетическом выражении точно подходит затратам энергии, идущим на обеспечение жизнедеятельности сочиняющих его организмов. В экологии суммарные затраты энергии величаются общим дыханием общества.
Светло, что в таком образцовом случае процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания. Как следует, биомасса организмов в такой системе остается неизменной, а сама система постоянной, либо сбалансированной.
Если общее дыхание меньше первичной валовой продукции, в экосистеме будет происходить скопление органического вещества, если больше его уменьшение. И то и другое будет приводить к изменениям общества. При избытке ресурса всегда найдутся виды, которые сумеют его освоить, при его изъяне часть видов вымрет. Такие конфигурации и сочиняют сущность экологической сукцессии. Основная необыкновенность этого процесса состоит в том, что конфигурации общества всегда происходят в направлении к сбалансированному состоянию.
Любая стадия сукцессии представляет собой общество с превосходством тех либо других видов и актуальных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние устойчивого равновесия.

Сукцессия будет происходить, если валовая продукция продуцентов превышает энергозатраты всех обитателей экосистемы, т. е. она больше общего дыхания сообщества . В этом случае в экосистеме накапливается органическое вещество. Оно служит ресурсом для живых организмов. Обязательно найдутся такие виды, которые этот ресурс используют.

Если валовая продукция меньше энергозатрат биоценоза, то некоторые организмы погибнут, и тоже произойдёт изменение видового состава сообщества.

На начальных стадиях сукцессии происходит увеличение биомассы и продуктивности экосистемы. В зрелых (климаксовых) сообществах практически вся первичная продукция продуцентов (растений) расходуется в цепях питания. Постепенно она становится близкой к энергозатратам (дыханию), и органическое вещество в биоценозе практически перестаёт накапливаться, т. е. его продуктивность резко снижается .

Рассмотрим изменение продуктивности при протекании сукцесии восстановления леса после пожара. П овышение продуктивности биоценоза наблюдается до формирования климаксового сообщества. В таком сообществе превращение энергии происходит наиболее эффективно, и его общая продуктивность приближается к нулю. В старых лесах продуктивность намного ниже, чем в молодых.

С развитием сукцессии живые организмы извлекают из окружающей среды и концентрируют в своих телах всё больше доступных питательных элементов, всё меньше их остаётся в почве или воде. В экосистеме растёт объём детрита. Поэтому главными потребителями первого порядка (консументами) становятся не растительноядные, а детритоядные виды. Изменяются пищевые сети, в них начинают преобладать детритные цепи.

В идеальном случае в климаксовой системе продукция равна дыханию, а биомасса организмов не изменяется. Такая система является равновесной.

Зрелое сообщество (климаксовое) с богатым видовым разнообразием, сложными биотическими связями и уравновешенными энергетическими потоками более устойчиво к изменениям абиотических факторов (температуры, влажности, химических загрязнений) и намного успешнее противостоит вредным воздействиям, чем молодое сообщество.

Но молодое сообщество производит намного больше новой биомассы по сравнению со старым, так как в зрелом сообществе первичная продукция идёт в основном на дыхание организмов и может расходоваться почти полностью.

Человек в хозяйственных целях (для получения большого количества чистой продукции) использует в основном искусственно созданные молодые сообщества (поля, сады, огороды).

Но для природы более важными являются устойчивые зрелые сообщества, способные сохраняться в неизменном виде при действии внешних факторов и противостоять им.

Часто люди, которые принимают решения, связанные с влиянием на окружающую среду, не представляют себе в полной мере последствия своих действий, так как определить направление изменения экосистемы бывает сложно даже профессиональным экологам.

Но накопленные экологией знания позволяют сделать вывод о том, что очень опасно для существования жизни на Земле превращение всей её поверхности в пахотные земли. Для сохранения устойчивого равновесия на планете обязательно должны существовать и развиваться по своим законам естественные экосистемы.

2. Заполните таблицу.

Экологические сообщества

3. Какие признаки лежат в основе классификации экосистем?
При классификации наземных экосистем обычно используют признаки растительных сообществ (составляющих основу экосистем) и климатические (зональные) признаки. Так, выделяются определенные типы экосистем, например тундра лишайниковая, тундра моховая, лес хвойный (еловый, сосновый), лес лиственный (березняк), лес дождевой (тропический), степь, кустарники (ивняк), болото травянистое, болото сфагновое. Часто в основу классификации природных экосистем кладут характерные экологические признаки местообитаний, выделяя сообщества морских побережий или шельфа, озер или прудов, пойменные или суходольные луга, каменистые или песчаные пустыни, горные леса, эстуарии (устья больших рек) и др.

4. Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика естественных и искусственных экосистем

5. Каково значение агробиоценозов в жизни человека?
Агробиоценозы дают человечеству около 90% пищевой энергии .

6. Перечислите основные направления деятельности, предпринимаемые для улучшения состояния экологических систем городов.
Озеленение города: создание парков, скверов, зеленых массивов, цветников, клумб, зеленых массивов вокруг промышленных предприятий. Соблюдение принципов равномерности и непрерывности в размещении зеленых насаждений.

7. Что понимают под структурой сообщества?
Это соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве, в пищевой, или трофической сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.

8. Заполните таблицу.

Структура сообществ

Пищевые связи, круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах

1. Дайте определение понятий.
Пищевая цепь – ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища — потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю).
Пищевая сеть – схема всех пищевых (трофических) связей между видами сообщества.
Трофический уровень – это совокупность организмов, которые, в зависимости от способа их питания и вида корма, составляют определенное звено пищевой цепи.

2. Чем пастбищные цепи отличаются от детритных?
В пастбищной цепи поток энергии идет от растений через травоядных животных к хищным животным. Поток энергии, идущий от мертвого органического вещества и проходящий через систему разлагателей, называется детритной цепью.

3. Заполните таблицу.

Трофические уровни экосистемы

4. В чем заключается сущность круговорота веществ в экосистеме?
Энергия не может передаваться по замкнутому кругу, она расходуется, превращаясь в энергию химических связей и тепло. Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулирую между живыми организмами и окружающей средой.

5. Выполните практическую работу.
1.Составление схем передачи веществ и энергии (цепочка питания)
Назовите организмы, которые должны быть на пропущенных местах в следующих пищевых цепях.

2.Из предложенного списка организмов составьте детритную и пастбищную трофические сети: трава, ягодный кустарник, муха, синица, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик.

6. Что ограничивает длину каждой пищевой цепи в экосистеме?
Живые организмы, поедая представителей предыдущего уровня, получают запасенную в его клетках и тканях энергию. Значительную часть этой энергии (до 90 %) он расходует на движение, дыхание, нагревание тела и т.д. и только 10 % накапливает в своем теле виде белков (мышцы), жиров (жировая ткань). Таким образом, на следующий уровень передается только 10% энергии, накопленной предыдущим уровнем. Именно поэтому пищевые цепи не могут быть очень длинными.

7. Что понимают под экологическими пирамидами? Какие виды их различают?
Это способ графического отображения соотношения различных трофических уровней в экосистеме. Может быть трех типов:
1) пирамида численности - отражает численность организмов на каждом трофическом уровне;
2) пирамида биомассы - отражает биомассу каждого трофического уровня;
3) пирамида энергии — показывает количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень в течение определенного промежутка времени.

8. Может ли экологическая пирамида быть перевернутой основанием вверх? Ответ подкрепите конкретным примером.
Если скорость воспроизводства популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства. По этой причине пирамиды численности или биомассы могут быть перевернутыми, т. е. низкие трофические уровни могут иметь меньше плотность и биомассу, чем более высокие.
Например:
1) На одном дереве могут жить и кормиться множество насекомых.
2) Перевернутая пирамида биомассы свойственна морским экосистемам, где первичные продуценты (фитопланктонные водоросли) очень быстро делятся, а их потребители (зоопланктонные ракообразные) гораздо крупнее, но размножаются значительно медленнее. Морские позвоночные имеют еще большую массу и длительный цикл воспроизводства.

9. Решите экологические задачи.
Задача 1. Рассчитайте количество планктона (в кг), необходимое для того, чтобы в море вырос дельфин массой 350 кг.

Решение. Дельфин, питаясь хищными рыбами, накопил в своем теле только 10% от общей массы пищи, зная, что он весит 350 кг, составим пропорцию.
350кг – 10%,
Х – 100%.
Найдем чему равен Х. Х=3500 кг. (хищные рыбы). Этот вес составляет только 10% от массы нехищных рыб, которой они питались. Снова составим пропорцию.
3500кг – 10%
Х – 100%
Х=35 000 кг (масса нехищных рыб)
Сколько же им пришлось съесть планктона, для того чтобы иметь такой вес? Составим пропорцию.
35 000 кг.- 10%
Х =100%
Х = 350 000 кг
Ответ: Для того что бы вырос дельфин массой 350 кг, необходимо 350 000 кг планктона.

Задача 2. В результате проведенного исследования выяснилось, что после истребления хищных птиц численность пернатой дичи, уничтожаемой ими ранее, сначала быстро растет, но затем стремительно падает. Чем можно объяснить эту закономерность?

Задача 3. В сосуд с планктонными водорослями посадили питающихся ими дафний. После этого численность водорослей снизилась, но продукция биомассы водорослей (измеренная по скорости деления клеток) возросла. Каковы возможные объяснения данного явления?

Ответ: Дафнии в результате метаболизма выделяют вещества, которые ускоряют рост водорослей (их кормовую базу), тем самым достигается эко-баланс.

Причины устойчивости и смены экосистем

1. Дайте определение понятий.
Сукцессия – закономерный и последовательный процесс смены сообществ на определенном участке, вызванный взаимодействием живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой
Общее дыхание сообщества – в экологии суммарные энергозатраты, т. е. суммарная продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов.

3. Заполните таблицу.

Виды сукцессий

4. От чего зависит продолжительность сукцессии?
Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества.
Вторичные сукцессии протекают значительно быстрее. Это объясняется тем, что первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву, что создает условия для ускоренного роста и развития новых поселенцев.

5. Каковы преимущества зрелого сообщества перед молодым сообществом?
Зрелое сообщество с его большим разнообразием и обилием организмов, развитой трофической структурой и с уравновешенными потоками энергии способно противостоять изменениям физических факторов (например, температуры, влажности) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое сообщество.

6. Какое значение имеет возможность управления процессами, происходящими в сообществе?
Человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая на ранних стадиях сукцессии сообщество. С другой стороны, устойчивость зрелого сообщества, его способность противостоять воздействию физических факторов (и даже управлять ими) является очень важным и весьма желательным свойством. При этом различные нарушения экосистем зрелого типа могут привести к различным экологическим нарушениям. Превращение биосферы в один обширный ковер пахотных земель таит в себе большую опасность. Поэтому необходимо научиться правильно управлять процессами в сообществе ,чтобы не допустить экологическую катастрофу.

Читайте также: