7.2 Экосистема (биогеоценоз), её компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль. Продуценты все растения

Продуценты, консументы, редуценты

Продуценты, консументы и редуценты в структуре биологических сообществ

Согласно функциональной классификации живых организмов, их подразделяют на три основные группы:

1. продуцентов,
2. консументов,
3. редуцентов.

Первые продуцируют органические вещества из неорганических, вторые подвергают их различным преобразованиям, миграции, концентрации и т.д., а третьи – разрушают в процессе минерализации до образования простейших неорганических соединений. Рассмотрим роль этих групп организмов в круговороте веществ более подробно.

Продуценты

К группе продуцентов относятся автотрофы (фототрофы – в основном растения, и хемотрофы – преимущественно некоторые бактерии). В наземных экосистемах продуценты являются доминантами по массе, численности (не всегда) и энергетической роли в экосистемах. В водных экосистемах по биомассе они могут и не доминировать, однако по численности и роли в сообществе остаются доминантами.

Результатом деятельности продуцентов в экосистемах является валовая биологическая продукция - суммарная или общая продукция особей, сообществ, экосистем или биосферы в целом, включая расходы на дыхание. Если исключить расход энергии на обеспечение жизнедеятельности самих продуцентов, то остается чистая первичная продукция. На всей территории суши она составляет 110-120 млрд. т сухого вещества, а моря 50-60 млрд. т. Первичная валовая продукция в два раза больше.

Количество валовой (и чистой) первичной продукции экосистем и биосферы в целом определяется проективным покрытием территории продуцентами (максимально – до 100% в лесах, и даже более, поскольку существует ярусность, и одни продуценты находятся под пологом других), и эффективностью фотосинтеза, которая очень низка. Для образования биомассы используется лишь около 1% солнечной энергии, поступившей на поверхность растительного организма, обычно существенно меньше.

Консументы

Консументы, в противоположность продуцентам, всегда гетеротрофны, питаются готовыми органическими феществами. К ним относятся животные, некоторые грибы и бактерии (ведущие паразитический образ жизни, т.е. питающиеся живыми растениями или животными, вызывая их заболевания и гибель, большинство грибов и бактерий относятся к редуцентам), а также некоторые растения, лишенные хлорофилла и ведущие паразитический образ жизни за счет других растений.

Пищей для консументов служат продуценты (для консументов первого порядка) или другие консументы (для консументов второго и последующих порядков). Подразделение консументов на порядки иногда встречает определенные трудности, когда, например, состав пищи какого-либо вида включает как растительный корм, так и животный, причем добываемые ими консументы сами могут относиться к разным порядкам. Однако в каждый определенный момент времени любой консумент относится к вполне определенному порядку.

В различных экосистемах на долю консументов приходится разное количество перерабатываемой первичной продукции. Так, в лесных сообществах консументами суммарно потребляется от 1% до 10% чистой первичной продукции растений, редко больше. Остальная органика идет в опад за счет гибели растений и их частей (например, опавшие листья), и частично также потребляется консументами (детритная цепь питания), частично перерабатывается редуцентами. В открытых травянистых сообществах (луга, степи, пастбища) консументами может потребляться до 50% биомассы живых растений (обычно существенно меньше). Близкие показатели характерны для прибрежных сообществ океанов (где продуцентами служат водоросли-макрофиты) и пресноводных экосистем. В пелагических океанических сообществах, основанных на фитопланктоне, консументами выедается до 90% формируемой продуцентами биомассы.

Замечание 1

Ассимилированная продукция консументов - съеденная пища минус органическое вещество экскрементов. В свою очередь чистая продукция консумента любого уровня - это ассимилированная чистая продукция за вычетом расходов на дыхание.

Редуценты

Редуценты (редукторы) – неотъемлемая часть любой экосистемы. Они разрушают высокомолекулярные органические вещества отмерших организмов и используют высвобождающуюся при этом энергию для собственной жизнедеятельности, при этом в биотический круговорот возвращаются минеральные вещества, которые затем вновь используются продуцентами. Как правило, редуценты имеют мелкие размеры. Иногда выделяют группу так называемых макроредуцентов, включая в нее всех относительно крупных потребителей отмершей органики, которые входят в состав детритной пищевой цепи. При таком понимании к редуцентам относят многих беспозвоночных – насекомых, червей и т.д.

spravochnick.ru

Что такое консументы? Пищевые цепи и трофические уровни в экосистеме

Знакомы ли вы с такими понятиями, как консументы, редуценты и продуценты? Если нет, то наша статья - для вас. На самом деле эти организмы хорошо известны каждому. Кто же это такие? Давайте разберемся вместе.

Понятие о трофической цепи

Все компоненты экосистемы тесно взаимосвязаны между собой. Благодаря этому в природе и формируются различные сообщества. В структуру любой экосистемы входит абиотическая и биотическая часть. Первая представляет собой совокупность живых организмов. Она называется биоценозом. К абиотической части относятся минеральные и органические соединения.

Функционирование любой экосистемы связано с преобразованием энергии. Ее основным источником служит солнечный свет. Фотосинтезирующие организмы используют его для синтеза органических веществ. Гетеротрофы получают энергию при расщеплении органических веществ. Для роста используется только ее незначительная часть. А остальная расходуется для осуществления процессов жизнедеятельности.

В результате образуются очередности, в которых особи одних видов, их остатки или продукты жизнедеятельности являются источником питания других. Они называются трофическими или цепями питания.

Трофические уровни

Каждая цепь питания состоит из определенного количества звеньев. Установлено, что при переходе от одного к другому часть энергии постоянно утрачивается. Поэтому количество звеньев обычно равно 4-5. Положение популяции отдельных видов в цепи питания называется трофическим уровнем.

Что такое консументы

Все организмы трофической цепи объединяют в группы. К ним относятся представители абсолютно всех царств живой природы, независимо от уровня их организации. Рассмотрим каждую из них.

Что такое консументы? Это гетеротрофы - организмы, которые питаются готовыми органическими веществами. Они не способны к самостоятельному синтезу. В зависимости от характера пищи и способа ее добычи различают несколько видов консументов:

• Фитофаги питаются только растительной пищей. Их примерами являются жуки-листоеды, тли, червецы, гусеницы большинства бабочек.
• Хищники нападают на жертву, умерщвляют и поедают ее. Большинство из них является представителями класса млекопитающих: львы, гиены, волки, шакалы, лисы. Но среди хищников встречаются некоторые виды растений (росянка, пузырчатка), грибов (зиго- и аскомицеты).
• Паразиты питаются за счет организма хозяина, обитая на его теле или во внутренних органах.
• Еще один вид консументов - это сапротрофы. Их источник питания - остатки мертвых тел или экскременты. Таким способом органику разлагают грибы, бактерии и простейшие животные.

Консументы: порядки

Гетеротрофы в пищевой цепи занимают разные уровни. Все растительноядные виды являются консументами первого порядка. Следующий уровень - это хищники. Они уже консументы второго порядка.

Рассмотрим эту иерархию на конкретном примере. Допустим, трофическая сеть имеет вид: комар, лягушка, аист. Кто из них консумент первого порядка? Это лягушка. Тогда консументом второго порядка является аист. В природе встречаются гетеротрофы, которые питаются и растениями, и животными. Такие консументы могут одновременно находиться на нескольких трофических уровнях.

Продуценты

Говоря о том, что такое консументы, мы обратили внимание на тип их питания. Рассмотрим в этом ракурсе и другую группу трофической сети. Продуценты - это группа организмов, которые являются автотрофами. Они способны синтезировать органические вещества из минеральных.

Различают продуценты двух видов: авто - и хемотрофы. Первые используют для создания органики энергию солнечного света. Это растения, цианобактерии, некоторые простейшие животные. Хемотрофы обладают способностью окислять различные химические соединения. При этом вырабатывается энергия, которую они используют для осуществления продуктов жизнедеятельности. К ним относятся азотфиксирующие, серо-, железобактерии.

Наличие продуцентов является необходимым условием развития любой экосистемы. Этот факт объясняется тем, что фотосинтезирующие организмы являются источником поступления энергии.

Редуценты

Еще одна роль в экосистеме принадлежит гетеротрофным организмам, которые питаются органическими веществами остатков или продуктов жизнедеятельности других видов, которые они разлагают до минеральных веществ. Эту функцию и выполняют редуценты. Представителями этой группы являются бактерии и грибы.

Именно на уровне продуцентов в экосистеме происходит накопление энергии. Затем она проходит через консументы и продуценты, где расходуется. На каждом последующем трофическом уровне часть энергии рассеивается в виде тепла.

Виды цепей питания

Энергия в экосистеме разделена на два потока. Первый направлен к консументам от продуцентов, в второй - от мертвой органики. В зависимости от этого различают трофические сети пастбищного и детритного типа. В первом случае начальным трофическим уровнем являются продуценты, которые передают энергию консументам разных уровней. Завершается пастбищная цепь редуцентами.

Детритная цепь начинается мертвой органикой, а продолжается сапротрофами, которые являются представителями консументов. Последним звеном в этой цепи также являются редуценты.

В пределах любой экосистемы одновременно существует множество трофических цепей. Все они неотделимы друг от друга и тесно переплетаются. Так происходит, поскольку представители одного вида могут одновременно являться звеньями разных цепей. Благодаря этому и формируются трофические сети. И чем они разветвленнее, тем устойчивее экосистема.

Подведем итоги

Итак, в нашей статье мы рассмотрели, что такое консументы. Это гетеротрофные организмы, которые входят в состав трофических цепей. Они являются обязательным компонентом экосистем и потребляют готовые органические вещества. В зависимости от характера пищи и способа ее получения, среди консументов различают растительноядных, хищников, сапротрофов и паразитов. Представителями таких организмов являются животные, а также некоторые представители растений, грибов и бактерий. В экосистеме они являются потребителями энергии.

fb.ru

В: Редуценты: представители, особенности питания.

Редуценты – разрушители органических веществ. Они разрушают сложные органические вещества до конечных продуктов: воды и углекислого газа (бактерии гниения (плесневые грибы).

Редуценты - организмы, которые по своему положению в экосистеме близки к детритофагам, так как тоже питаются мертвым органическим веществом. Однако редуценты - бактерии и грибы - разрушают органические вещества до минеральных соединений, которые возвращаются в почвенный раствор и снова используются растениями.

Почва. Вэкосистеме почва рассматривается как биокосная составляющая, т.е. представляющая переход от живого к мертвому. Это верхний слой суши, преобразованный деятельностью живых организмов. Толщина почвы в разных районах Зе-мли составляет от нескольких сантиметров до 2 м.

Главное вещество почвы — гумус, который по своей природе является детритом, т.е. временно исключенным из «производственного процесса» экосистемы органическим веществом. Химический состав гумуса очень сложен, он состоит из фенолов и органических кислот темной окраски и образуется в результате процесса гумификации - разложения органических веществ из остатков растений и почвенных животных. На долю гумуса приходится до 98 % всего органического вещества почвы (остальное - это живые корни, почвенные животные и неразложившиеся мертвые остатки организмов).

Одновременно с процессом гумификации органического вещества происходит процесс дегумификации - минерализация гумуса. Под действием микроорганизмов - редуцентов входящие в его состав сложные органические соединения разрушаются до форм, доступных растениям.

Почва наполнена жизнью: опутанные грибницей корни растений поглощают воду и растворенные в ней питательные вещества, бактерии-азотфиксаторы усваивают атмосферный азот, огромнейшая армия почвенных животных кормится живыми и особенно мертвыми корнями и ест друг друга, микроорганизмы разлагают органическую массу до простых органических и минеральных соединений и возвращают их в почвенный раствор.

В: Пищевые цепи и пищевые сети.

В любой экосистеме происходит круговорот веществ, если какая-либо трофическая группа выпадет из экосистемы, то вся экосистема разрушится, т.е. всю экосистему составляют эти 3 группы.

Пищевая цепь – это ряд взаимосвязанных видов (последовательность организмов), в котором каждый предыдущий ряд (организм) служит пищей последующему.

Существует 2 основных типа пищевых цепей:

1.пастбищные (автотрофные) (цепи выедания, или цепи потребления) – эти цепи начинаются с зеленого растения – продуцентов к травоядному животному и дальше – к хищникам, которые поедают травоядных животных:

Клевер ← кролик ← волк или фитопланктон ← зоопланктон ← плотва ← щука ← скопа;

2.детритные (цепи разложения) – эти цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных – детрита (детритофаг), идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям – хищникам.

Детритные цепи наиболее распространенны в лесах, где большая часть (около 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется травоядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению (сапрофитными организмами) и минерализации:

Листовая подстилка ← дождевой червь ← черный дрозд ← ястреб-перепелятник

Своеобразно положение редуцентов и детритофагов: они могут представлять разные трофические уровни: при потреблении отмерших растений - второй трофический уровень, трупов фитофагов - третий, трупов зоофагов первого порядка - четвертый и т.д. Всеядные животные - эврифаги - связаны с несколькими трофическими уровнями.

Любая цепь питания представляет собой упрощенное выражение трофических связей.

Пример цепочки круговорота пищевой цепи:

Мятник луговой ← кузнечик зеленый ← синица ← гадюка обыкновенная ← орел степной

Трофический уровень – это совокупность организмов, которые получают энергию, фиксированную в органическом веществе, через одинаковое число посредников.

В любой экосистеме выделяют следующие трофические уровни:

I троф. ур. – продуценты: число посредников = 0, т.к. сами синтезируют (продуцируют) органические вещества получают энергию непосредственно от солнца или окисляя неорганические вещества, соответственно,

В: Экологические пирамиды.

Автотрофные экосистемы можно сравнить с промышленным предприятием, которое производит различные органические вещества.

Используя солнечную энергию, диоксид углерода и элементы минерального питания, экосистемы производят биологическую продукцию - древесину, листовую массу растений, плоды, животную биомассу. Производительность экосистемы измеряется количеством органического вещества, которое создано за единицу времени на единицу площади: г/м2 в день, кг/лг в год, т/км" в год.

Продуктивность экологической системы— это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию впроцессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи.

Различают первичную биологическую продукцию, которую создают растения (продуценты) в единицу времени в процессе фотосинтеза из диоксида углерода, воды и минеральных элементов, и вторичную биологическую продукцию – прирост за единицу времени массы, которую создают гетеротрофы (консументы и редуценты) в результате переработки растительной и животной биомассы. Первичную продукцию подразделяют на валовую– общая масса валового органического вещества создаваемая растением вединицу времени при данной скорости фото­синтеза, включая и траты растения на дыхание — от 40 до 70% от валовой продукции и чистую- то, что осталось после расходов на дыхание и потери органических веществ корнями при мутуализме с микоризными грибами и бактериями-азотфиксаторами представляет собой величину прироста растений именно эта продукция потребляется консументами и редуцентами. У большинства растений чистая продукция составляет примерно половину от валовой, а у патиентов. которые живут в экстремальных условиях, - не более 10 %. Вторичная биологическая продукция в 20-50 раз меньше, чем первичная. Вторичная продукция не делится уже на валовую и чис­тую, так как консументы и редуценты, т.е. все гетеротрофы, увеличивают свою массу за счет первичной ранее созданной 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. Если скорость изъятия биомассы консументами отстает от скорости прироста растений, то это ведет к постепенному приросту биомассы продуцентов и к избытку мертвого органического вещества. Последнееприводит к заторфовыванию болот и зарастанию мелких водоемов. В стабильных сообществах практически вся продукция

10/3 В:Общая закономерность заключается в том, что в основе экологической пирамиды находятся продуценты, а на ее вершине крупные хищники.

Особи нижних трофических уровней имеют изобилие пищи, но интенсивно истребляются.

Крупные хищники практически не имеют врагов, и ограничивающим фактором для них является территория для кормления и количество пищи.

Если в наземных экосистемах с повышением трофического уровня количество биомассы уменьшается, то в водных - от первого трофического уровня ко второму (фитопланктон - зоопланктон) увеличивается, а потом при переходе на уровень рыбного населения вновь снижается. И потому в наземных экосистемах пирамида имеет типичную форму («мавзолей»), а в водных - форму «юлы». Основной продуцент в этих экосистемах - фитопланктон. Одноклеточные планктонные водоросли, преобладающие в водоеме, живут от нескольких дней до нескольких недель. Организмы второго уровня (потребители планктона) живут дольше и накапливают большую биомассу. На более высоких уровнях биомасса снижается.

В водных экосистемах экологическая пирамида опрокинута вершиной в низ.

План-

Ктон

Планктон – это совокупность организмов находящихся в толще воды.

Бентос – это совокупность организмов, которые ведут придонный образ жизни (речной рак, гидра пресноводная, амеба и т.д.), они являются детритофагами.

Нектон – это совокупность крупных хищников, способных быстро перемещаться и менять глубину погружения (акулы, дельфины, осьминоги).

10/2 В:тратится в трофических сетях, и биомасса остается практически постоянной.

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

Экологическая пирамида – это графическая фигура, отражающая изменение биомассы, численности или энергии ее составляющих организмов.

Пирамида чиселотображает закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно умень-шается. Пирамида биомассчетко указывает на количество всего живого вещества на данном трофическом уровне.

Вназемных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

Для наземной экосистемы характерна пирамида типа «мавзолей».

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

IV троф. ур. – консументы;

зоофаги II порядка - 1 тонна

III троф. ур. – консументы;

зоофаги I порядка - 10 тонн

II троф. ур. – консументы;

фитофаги - 100 тонн

I троф. ур. – продуценты - ≈ 1000 тонн

(особей, штук и т.д.)

9/2В:фотоавтотрофы и хемоавтотрофы;

II троф. ур. – фитофаги (к, х, ф/ф): число посредников = 1 (растения: напр. мятник луговой)

III троф. ур. – зоофаги I порядка (к, з/ф I тр. ур.):число посредников = 2 (растения и фитофаги)

IV троф. ур. – зоофаги II порядка (к, з/ф II тр. ур.): число посредников = 3 (растения, фитофаги, зоофаги I порядка)

V троф. Ур. – зоофаги III порядка (к, з/ф III тр. ур.): число посредников = 4 (растения, фитофаги, зоофаги I порядка, зоофаги II порядка)

Количество звеньев в пищевой цепи может быть от двух до пяти-шести. Пищевые цепи в водных экосистемах, как правило, длиннее (4-6 звеньев), чем в наземных (не более 4 звеньев).

К –консументы,,Х-хищники ,Ф/Ф– фитофаги, З/Ф – зоофаги.

В любой экосистеме, как правило, может быть не более 4 трофических уровней, т.к. в процессе любого очередного переноса энергии пищи при переходе с одного трофического уровня на другой (высший) большая часть от 80 до 90% потенциальной энергии рассеивается, переходя в теплоту. (когда мы едим, то 90% энергии идет на обогрев тела и только 10% на увеличение веса).

Поскольку у большинства организмов - широкая диета (т.е. они могут использовать в пищу организмы разных видов), то пищевые цепи - это упрощенное выражение трофических отношений в экосистеме. В естественной природе благодаря взаимозаменяемости видов существуют не цепи питания, а сети питания.

В результате функционирования пищевых цепей и работы редуцентов осуществляются круговороты элементов питания, воды и кислорода. При этом в естественных фотоавтотрофных экосистемах, в которых продуцентами являются растения, поддерживается равновесие между количеством потребленных ресурсов и их возвратом в окружающую среду, хотя часть ресурсов может временно задерживаться в запаснике - детрите.

infopedia.su

6.Фотосинтез. Роль продуцентов в экосистемах.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания — углекислый газ, вода и неорганические вещества — могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне (рис. 14.5).

Рис. 14.5. Сулммарный поток энергии (темные стрелки) и круговорот веществ (светлые стрелки) в экосистеме.

Таким образом, основу экосистемы составляют автотрофные организмы —продуценты (производители, созидатели), которые в процессе фотосинтеза создают богатую энергией пищу — первичное органическое вещество. В наземных экосистемах наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, образуя органические вещества, дают начало всем трофическим связям в экосистеме, служат субстратом для многих животных, грибов и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биотопа. В водных экосистемах главными производителями первичного органического вещества являются водоросли.

Готовые органические вещества используют для получения и накопление энергии гетеротрофы, или консументы (потребители). К гетеротрофам относятся растительноядные животные (консументы I Порядка), плотоядные, живущие за счет растительноядных форм (консументы II порядка), потребляющие других плотоядных (консументы Ш порядка) и т. д.

Особую группу консументов составляют редуценты (разрушители, или] деструкторы), разлагающие органические остатки продуцентов и консументов до простых неорганических соединений, которые затем используются продуцентами. К редуцентам относятся главным образом микрорганизмы — бактерии и грибы. В наземных экосистемах особенно важное значение имеют почвенные редуценты, вовлекающие в общий круговорот органические вещества отмерших растений (они потребляют до 90% первичной продукции леса). Таким образом, каждый живой организм в составе экосистемы занимает определенную экологическую нишу (место) в сложной системе экологических взаимоотношений с другими организмами и абиотическими условиями среды.

7.Пищевые цепи и трофические уровни.

Внутри экологической системы органические вещества создаются автотрофными организмами (например, растениями). Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью; каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем (греч. trophos «питание»).

Организмы первого трофического уровня называются первичными продуцентами. На суше большую часть продуцентов составляют растения лесов и лугов; в воде это, в основном, зелёные водоросли. Кроме того, производить органические вещества могут синезелёные водоросли и некоторые бактерии.

Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего трофического уровня – вторичными консументами и т. д. Первичные консументы – это травоядные животные (многие насекомые, птицы и звери на суше, моллюски и ракообразные в воде) и паразиты растений (например, паразитирующие грибы). Вторичные консументы – это плотоядные организмы: хищники либо паразиты. В типичных пищевых цепях хищники оказываются крупнее на каждом уровне, а паразиты – мельче.

Существует ещё одна группа организмов, называемых редуцентами. Это сапрофиты (обычно, бактерии и грибы), питающиеся органическими остатками мёртвых растений и животных (детритом). Детритом могут также питаться животные – детритофаги, ускоряя процесс разложения остатков. Детритофагов, в свою очередь, могут поедать хищники. В отличие от пастбищных пищевых цепей, начинающихся с первичных продуцентов (то есть с живого органического вещества), детритные пищевые цепи начинаются с детрита (то есть с мёртвой органики).

Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Простейшими из них являются пирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчёте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объёма (в водных экосистемах).

В пирамидах численности дерево и колосок учитываются одинаково, несмотря на их различную массу. Поэтому более удобно использовать пирамиды биомассы, которые рассчитываются не по количеству особей на каждом трофическом уровне, а по их суммарной массе. Построение пирамид биомассы – более сложный и длительный процесс.

Пирамиды биомассы не отражают энергетической значимости организмов и не учитывают скорость потребления биомассы. Это может приводить к аномалиям в виде перевёрнутых пирамид. Выходом из положения является построение наиболее сложных пирамид – пирамид энергии. Они показывают количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень экосистемы за определённый промежуток времени (например, за год – чтобы учесть сезонные колебания). В основание пирамиды энергии часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии. Пирамиды энергии позволяют сравнивать энергетическую значимость популяций внутри экосистемы. Так, доля энергии, проходящей через почвенных бактерий, несмотря на их ничтожную биомассу, может составлять десятки процентов от общего потока энергии, проходящего через первичных консументов.

Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Скорость накопления энергии первичными продуцентами называется валовой первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ – чистой первичной продуктивностью. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают около процента солнечной энергии, поглощённой ими.

При поедании одних организмов другими вещество и пища переходят на следующий трофический уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей; количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения к животному составляет около 10 %, а от животного к животному – 20 %. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.

Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального использования. Эффективность экосистем может быть повышена за счёт повышения урожайности, уменьшения помех со стороны других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определённый промежуток времени без ущерба для её дальнейшей продуктивности).

studfiles.net

продуценты, консументы, редуценты, их роль

Видеоурок 1: Взаимодействие организма и среды. Экосистемы. Биогеоценозы

Видеоурок 2: Абиотические факторы: температура и освещенность

Видеоурок 3: Биотические факторы

Лекция: Экосистема (биогеоценоз), её компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль

Экосистема

Экосистема – это сообщество живых организмов, пространственной среды их обитания и системы взаимосвязей между всеми участниками.

Особенностями экосистемы являются ее способности к саморегуляции, развитию и самоорганизации. Экосистемой может называться сообщество, в котором стабильно и на протяжении длительного времени происходит круговорот вещества и энергии. Таким образом, например, домашний аквариум экосистемой называться не может, так как неспособен самостоятельно поддерживать собственную жизнедеятельность без участия человека. Равно, не является экосистемой и трухлявый пень в лесу, так как жизнедеятельность в нем является частью большей экосистемы.

Примерами экосистемы могут быть – пруд, лес, луг. Например, в пруду обитают различные животные, растения, микроорганизмы, являющиеся живыми компонентами экосистемы. Между ними имеются связи в плане переноса вещества и энергии – трофические взаимоотношения. На них оказывают влияние физические и химические параметры воды, геологические характеристики дна и стенок водоема, сезонные климатические изменения.

Одним из важных параметров для определения границ экосистемы, является наличие трофических связей между ее компонентами, фактов передачи ими друг другу веществ и энергии.

Любая экосистема является с точки зрения физики открытой системой, в которой есть входящие и выходящие потоки энергии и вещества.

Синонимом термина экосистема является понятие биогеоценоз.

В любом биогеоценозе выделяются биотический и абиотический компоненты. При этом участники биотического компонента по своей роли в ней могут быть:

• продуцентами. Это автотрофные и хемотрофные организмы, преобразующие энергию и неорганические вещества в органические;

• консументами. Это гетеротрофные потребители энергии, находящейся в веществе в виде химических связей. Они могут подразделяться на несколько порядков: консументы первого поедают растения и хемотрофов, второго – поедают консументов первого, то есть растительноядных животных, третьего – питаются консументами второго, то есть мелкими хищниками;

• редуцентами. Это гетеротрофы, разлагающие органику на простые органические и минеральные вещества. К ним относятся грибы, многие простейшие, личинки некоторых насекомых, питающиеся опавшей листвой, погибшими животными.

Между биотическими компонентами экосистемы формируются устойчивые трофические связи. К абиотическим факторам относятся влияния неживой природы.

Еще одним важным понятием биогеоценологии является продуктивность экосистемы. Это понятие определяет количественную биомассу, произведенную экосистемой, то есть совокупность всех живых существ в ней. Расчет биомассы обычно производится в единицах количества массы живых существ на единицу площади.

В большинстве случаев экосистемы не имеют четких границ, для сообществ, образующихся на границах разных экосистем даже создан специальный термин, их принято называть экотонами.

Для удобства изучения, рассматриваются два типа границ экосистем:

• Видовые – этот тип границ определяется ареалом расселения отдельных особей, обитающих в конкретной экосистеме;

Трофические цепи и сети

Каждая из экосистем характеризуется наличием трофических цепей и сетей:

Цепью питания называется последовательно связанная пищевыми отношениями группа видов. Каждое из предыдущих звеньев цепи является пищей для следующего.

Так, примером цепи питания может служить последовательность:

растения – насекомые – головастик – форель – донные сапрофиты.

При каждом переходе вещества от одного звена к другому происходит потеря (тратится на жизнь предыдущего звена и выделяется в виде тепла) до 90% потенциальной энергии. Именно поэтому число звеньев в трофических цепях обычно ограничено четырьмя-пятью.

Трофической сетью называется более сложная структура пищевых отношений, учитывающая, что каждое звено пищевой цепи может быть пищей для разных видов. Так, траву едят не только травоядные животные, но и насекомые, и всеядные животные. При отслеживании таких взаимоотношений получается графическая схема, напоминающая разветвленную сеть.

Известно 2 основных типа трофических цепей:

1) пастбищная – в ней первичным звеном являются зеленые растения-продуценты. Характерен для луговых, океанических экосистем;

2) детритная – в ней первым звеном являются сапротрофы (редуценты), разлагающие органику. Сапротрофами питаются другие организмы.

При этом, в пастбищных цепях питания участвует только 10% энергии, остальные 90% – приходятся на долю детритных. Это связано с тем, что огромная часть энергии, создаваемой автотрофами, переходит в органические «отходы», где используется сапротрофами.

Правило экологической пирамиды

Графическое изображение количественных соотношений между участниками цепей питания называется экологической пирамидой.

Такое изображение пищевых отношений основано на правиле Лендемана:

Правило экологической пирамиды: "При передаче вещества от одного трофического уровня к другому количество доступной для усвоения энергии становится в 10 раз меньше".

Оно используется для приближенных вычислений при решении задач по экологии и предлагает считать, что для прокорма растительноядных животных необходима масса растений, в 10 раз превышающая их собственную. Для прокорма хищника – требуется масса мяса растительноядных, превышающая его массу в 10 раз.

cknow.ru

Экосистема, биогеоценоз, антропобиоценоз. Продуценты, консументы, редуценты. Пищевые цепи.

Экосистема - совокупность всех популяций разных биологических видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

· Биоценоз – биотичекая составляющая экосистемы

· Биотоп – абиотическая составляющая экосистемы

Биогеоценоз - участок территории однородный по экологическим условиям и занятый одним биоценозом.

Антропобиоценоз- биоценоз, находящийся под воздействием хозяйственной деятельности человека.

Продуце́нты— организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. (Зелёные растения , некоторые виды бактерий-хемотрофов ).и Продуценты являются первым звеном пищевой цепи.

Консументы— гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических. (Животные, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения).

· Консументы первого порядка (первичные консументы) — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы.

· Консументы второго порядка — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка.

Редуце́нты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения.

От животных-детритофагов редуценты отличаются прежде всего тем, что не оставляют твёрдых непереваренных остатков (экскрементов). Животных-детритофагов в экологии традиционно относят к консументам.

Пищева́я (трофи́ческая) цепь— ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища — потребитель.

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.

Существуют 2 основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные.

· В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.

· В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространённых в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоёмах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

· Наземные детритные цепи питания более энергоёмки, поскольку большая часть органической массы, создаваемой автотрофными организмами, остаётся невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10 % энергии и веществ запасённых автотрофами, 90 % же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения.

Предмет экологии человека. Биологический и социальный аспекты адаптации населения к условиям жизнедеятельности. Пути экологической адаптации: активный, пассивный, избегание. Уровни экологических связей человека( индивидуальный, групповой, глобальный).

Экология человека (или социальная экология) - это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Она выделилась (сформировалась) в 70-е гг. XX века как самостоятельный раздел общей экологии, главной особенностью которого является междисциплинарный характер, т.к. в нём обобщены социологические, философские, географические, естественно-научные и медико-биологические проблемы.

Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации (различающиеся по способу производства, укладу жизни) и, наконец, человечество в целом.

Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адоптациями, поскольку каждый человек индивидуален.

Биологическая адаптация человека - эволюционно возникшее приспособление организма человека к условиям среды, выражающееся в изменении внешних и внутренних особенностей органа, функции или всего организма к изменяющимся условиям среды.

В процессе приспособления организма к новым условиям выделяют два процесса - фенотипическую адаптацию, или индивидуальную адаптацию, которую более правильно называть акклиматизацией, и генотипическую адаптацию, осуществляемую путем естественного отбора полезных признаков.

При фенотипической адаптации организм непосредственно реагирует на новую среду, что выражается в фенотипических сдвигах, компенсаторных физиологических изменениях, которые помогают организму сохранить в новых условиях равновесие со средой. При переходе к прежним условиям восстанавливается прежнее состояние фенотипа, компенсаторные физиологические изменения исчезают.

Достаточно демонстративно это выявляется при переходе в местообитания с экстремальными условиями, которые проявляются благодаря наличию на заселяемой территории экологического фактора или комбинации факторов, оказывающих на здоровье человека выраженное неблагоприятное действие.

Адаптации человека к факторам окружающей среды носят опосредованный характер. Действие экологических факторов всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. В процессе труда человек своей собственной деятельностью опосредует, регулирует и контролирует обмен веществ между своим организмом и природой. К тому же естественные экосистемы в настоящее время всё больше вытесняются антропогенными экосистемами, в которых человек является абсолютно доминирующим экологическим фактором.

Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Читайте также:

1. ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ.
2. Код неисправности C0012 и проверка цепи.
3. Код неисправности C0018 и проверка цепи.
4. Коды неисправности C0022, C0023, C0024 и проверка цепи.
5. Коды неисправности C0033, C0034, C0035 и проверка цепи.
6. Коды неисправности C0055, C0056, C0061, C0062, C0063, C0064, C0065, C0066, C0067, C0068 и проверка цепи.
7. Основные пищевые источники биотина
8. Основные пищевые источники витамина Е
9. Основные пищевые источники железа
10. Основные пищевые источники кальция и факторы, снижающие его
11. Основные пищевые источники фолацина
12. Основные пищевые источники хрома

lektsia.com

Раздел 7

В пределах диапазона устойчивости скорость роста и развития организмов не одинакова. На­пример, продолжительность жизненного цикла плодовой мушки дрозофилы при +24 °С составляет в среднем две недели, а при +17°С — уже около трех. Такие значения экологического фактора, при которых организмы и популяции достигают наилучшего развития и максимальной продук­тивности, называются оптимальными. Любые отклонения от этого оптимума вызывают угнете­ние процессов жизнедеятельности.

Выявление этих закономерностей позволило сформулировать закон оптимума: любой эколо­гический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы.

Поиск оптимальных значений экологических факторов имеет важное прикладное значение для сельского и лесного хозяйств, а также некоторых отраслей медицины, поскольку только при данном условии реализуется генетически запрограммированный потенциал продуктивности дан­ного вида, а также возможно сохранение здоровья человека.

Закон минимума. Оптимальное соотношение факторов среды встречается в природе довольно редко, и те факторы, которые в наибольшей степени вызывают нарушения роста и развития ор­ганизма, называются ограничивающими. Именно к ним организм вырабатывает приспособления в первую очередь.

Несмотря на то, что природа ограничивающих факторов неодинакова: дефицит химического элемента в почве, недостаток тепла или влаги, биотические отношения (занятие территории более сильным конкурентом, недостаток опылителей для растений), они могут в существенной мере препятствовать процветанию вида. Так, ареал вида значительно ограничивается двумя показате­лями: температурным порогом развития и суммой эффективных температур.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практическом отношении. Так, многие культурные растения весьма требовательны к кислотности почвы, поэтому известкование почвы позволяет существенно повысить их продуктивность.

Изучая влияние дефицита элементов минерального питания на растения, немецкий физиолог Ю. Либих сформулировал закон минимума (1840):

Наибольшее влияние на рост и развитие организма оказывает тот фактор, которого в дан­ный момент не достает в наибольшей степени.

Однако не только недостаток какого-либо фактора может приводить к нарушению жизнедея­тельности организма, но и его избыток, поэтому в настоящее время более широкое распростране­ние получил закон ограничивающего фактора:

Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; именно он определяет в данный момент выживание особей.

Экологические факторы действуют на организмы не по отдельности, а в тесном взаимодей­ствии друг с другом. Избыточные значения одних из них могут снижать неблагоприятные послед­ствия недостатка других, как, например, в случае неблагоприятного фотопериода он может быть заменен повышенными температурами. Это явление называется компенсацией.

Биологические ритмы. Существование ритмических колебаний ряда факторов окружающей среды вынуждает живые организмы согласовывать свою жизнедеятельность с периодами дей­ствия наиболее благоприятных значений этих факторов. Такие периодически повторяющиеся изменения интенсивности и направления биологических процессов называются биологическими ритмами.

Биологические ритмы чаще всего наследственно закреплены, однако некоторые из них кор­ректируются изменениями факторов среды. Одним из основных периодически действующих на организмы и экосистемы факторов является свет, поскольку он не только действует на организмы с момента их возникновения, но и наиболее устойчив в своей динамике, автономен и не подвер­жен другим влияниям.

Суточные ритмы свойственны большинству видов растений и животных. Сигнальным факто­ром начала и прекращения активности для них служит режим освещения. У многих видов отме­чается смена суточных ритмов в течение сезона. У песчанок в середине лета наблюдается два пика активности в течение суток, а ранней весной и поздней осенью — по одному.

Циркадианные (циркадные, околосуточные) ритмы — это повторяющиеся изменения интен­сивности и направленности процессов жизнедеятельности с периодом от 20 до 28 ч. Часто относят также и суточные ритмы. К ним относят суточные циклы активности различных органов и систем органов организма человека, открывание и закрывание цветков ряда растений.

В другую очень важную группу биологических ритмов, имеющих огромное значение для выс­ших и низших организмов, входят сезонные (околосезонные), годичные (цирканнуальные, цир- канные) ритмы, обусловленные вращением Земли вокруг Солнца.

Фотопериодизм. Реакция организмов на суточный ритм освещения (соотношение продолжи­тельности дня и ночи), которая выражается в изменении интенсивности процессов роста и разви­тия, называется фотопериодизмом. Она присуща как животным, так и растениям.

У растений фотопериодизм является приспособлением к комплексу сезонных изменений внешних условий. Например, растения экваториальной зоны и тропиков, где день и ночь имеют примерно равную продолжительность, зацветают на коротком световом дне, тогда как растения умеренного климата, лето которого характеризуется длинным световым днем (свыше 12 ч), осу­ществляют этот акт только на длинном дне. Уменьшение же продолжительности светового дня для них означает приближение зимы, и они прекращают рост, переходя к цветению и плодоно­шению, накоплению запасных веществ.

У животных фотопериодизм также связан с изменениями процессов жизнедеятельности, на­пример, наступлением и прекращением брачного периода, линьками, сезонными миграциями, впадением в спячку и т. д. Он также генетически закреплен, однако во многих случаях происхо­дит согласование его с суточным ритмом освещенности.

Антропогенный фактор

Антропогенным фактором называют совокупность последствий хозяйственной деятельности человека для окружающей среды. Она заключается в эксплуатации природных ресурсов, в том числе исчерпаемых (добыче газа, нефти, руд и т. д.), загрязнении воздуха, воды и почвы, ис­треблении значительного количества видов животных и растений, что ведет к необратимому на­рушению экологического равновесия. В большинстве случаев антропогенный фактор не носит систематического характера, поэтому приспособление организмов к его действию существенно затруднено.

7.2. Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль. Видовая и пространственная структура экосистемы. Цепи и сети питания, их звенья. Типы пищевых цепей. Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания). Правило экологической пирамиды. Структура и динамика численности популяций.

Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль

Совокупность живых организмов, тесно взаимодействующих между собой и со средой их оби­тания, образует экосистему. Границы экосистемы достаточно условны, поэтому к экосистемам относят и нору сурка со всеми ее обитателями (сожителями, паразитами и т. д.), и озеро Байкал, и биосферу в целом. Элементарной экосистемой является биогеоценоз, поэтому далее эти понятия будут рассматриваться как тождественные.

Биогеоценоз — это устойчивый, достаточно однородный комплекс взаимосвязанных видов живых организмов и компонентов окружающей среды.

Примерами биогеоценозов являются лиственный лес, сосновый бор, заливной луг, озеро, боло­то и др. Согласно учению о биогеоценозах, разработанному академиком В. Н. Сукачевым (1940), свойствами биогеоценоза являются целостность, открытость, саморегуляция и самовоспроизве­дение.

В биогеоценозе выделяют биотический и абиотический компоненты (биоценоз и биотоп со­ответственно).

Биоценозом называют совокупность популяций живых организмов, населяющих участок суши или водоема. Он характеризуется видовым разнообразием, плотностью популяций, биомассой и продуктивностью. Сам участок водоема или суши с одинаковыми условиями рельефа, климата и прочими абиотическими факторами, занятый определенным биоценозом — это биотоп.

Целостность биогеоценозов поддерживается за счет потока энергии, который проходит через него. Поскольку основным поставщиком энергии на Землю является солнечный свет, то улавлива­ют его и переводят в доступную для других организмов форму органических веществ автотрофы, тогда как гетеротрофы используют готовые органические вещества.

С экологической точки зрения в составе биогеоценозов выделяют три основные группы ор­ганизмов: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты — это автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Через их посредство происходит при­ток в экосистему энергии солнечного света или химических связей неорганических соединений. Основными продуцентами большинства экосистем являются зеленые растения, хотя со счетов нельзя сбрасывать и фото-, и хемосинтезирующие бактерии, являющиеся основой некоторых во­дных экосистем.

Консументы, являющиеся гетеротрофами, потребляют органические вещества, синтезирован­ные автотрофами в процессе жизнедеятельности. К ним относят растительноядных и плотоядных животных, а также грибы. Консументы могут быть представлены целым рядом видов, каждый из которых является пищей для последующего. Например, растительноядных животных (насеко­мых) рассматривают в качестве консументов 1-го порядка, насекомоядных птиц — консументов 2-го порядка, а хищных птиц — консументов 3-го порядка.

Наличие консументов в биогеоценозе не является обязательным условием его существования, поскольку отмершие остатки все равно будут утилизированы редуцентами. Таковы некоторые глубоководные экосистемы, в которых продуцентами являются хемосинтезирующие бактерии.

Редуценты также относятся к гетеротрофам, поскольку они используют готовые органические вещества, разлагая их до неорганических, вновь вовлекаемых в биотический круговорот веществ продуцентами. Редуцентами являются бактерии, грибы и некоторые животные, например дожде­вой червь.

Таким образом, благодаря существованию этих трех групп организмов в биогеоценозах осу­ществляется круговорот веществ, тогда как большая часть энергии рассеивается.

Видовая и пространственная структура экосистемы

Несмотря на то что биогеоценозы Земли достаточно разнообразны, в естественных условиях ни один из них не может функционировать за счет единственного вида живых организмов, поскольку последний не может являться одновременно и продуцентом, и консументом, и редуцентом. Так, в обычной дубраве обитает около 100 видов растений, несколько тысяч видов животных и сотни видов грибов и бактерий.

Безусловно, виды живых существ различаются не только внешними и внутренними особен­ностями, но и численностью особей в популяциях, а также ролью в данном биогеоценозе. Виды, в наибольшей степени определяющие тип и структуру сообщества, называются доминантами. Так, в сосновом бору доминантом древесного яруса является сосна, а в кустарниковом, например, малина, тогда как в ярусе трав — зубровка, земляника и др. Другие виды могут играть в экоси­стеме не столь значительную роль, однако это не означает, что они менее важны, чем доминанты, поскольку каждый вид играет в биогеоценозе свою роль и занимает свое место, характеризующе­еся определенной совокупностью факторов среды, которая делает возможным существование вида в ней — экологическую нишу.

Абиотические условия даже в отдельных участках биотопа неодинаковы, так как, например, в озере можно выделить прибрежную зону, зону открытой воды и придонную глубоководную зо­ну, которые различаются условиями освещенности, обеспеченности кислородом, температурными и другими особенностями, что, в свою очередь, накладывает отпечаток на встречаемость тех или иных видов организмов в них.

В прибрежной зоне озера, помимо водорослей, произрастают высшие водные растения-продуценты тростник, рогоз, камыш, кувшинка, элодея канадская, роголистники и др. К консументам этой зоны относятся личинки стрекоз, разнообразные рачки, прудовики, лягушки и змеи. В зо­не открытой воды продуцентами служат различные виды водорослей, глубину обитания кото­рых определяет проникновение солнечного све­та. Этими продуцентами питается зоопланктон, в том числе мелкие рачки — циклопы и даф­нии, которых поедают мелкие рыбы, например плотва, в свою очередь являющаяся добычей более крупной рыбы — щуки или окуня. Глу­боководная зона и донный ил водоема населе­ны бактериями, трубочниками, личинками ко­маров и двустворчатыми моллюсками, которые питаются органическими остатками (рис. 7.1).

Листопадный лес также имеет ярко выра­женную структуру, так как в нем можно выде­лить несколько ярусов: высокий древесный, низкий древесный, кустарниковый, травяни­стый и моховой напочвенный (рис. 7.2). В этих ярусах существенно различаются освещенность, температура и влажность. Так, древесные ярусы представлены светолюбивыми дубами, буками, липами. В верхних ярусах леса устраивают гнез­да многие птицы (обыкновенная неясыть, че­глок, перепелятник, вяхирь, сорока, галка, во­рона, певчий дрозд, зяблик, большая синица, лазоревка, дятел, сойка, поползень, пищуха), листья древесных растений и кустарников служат пищей для взрослых насекомых и их личинок (например, пядениц и еще около 1600 видов), рас­тительноядных птиц, грибов и бактерий. Из млекопитающих здесь обитает серая белка.

Кустарники подлеска — это преимущественно теневыносливые бересклет, боярышник, бузина, ка­лина и терновник. Из птиц тут оби­тают зарянка, черный дрозд, му­холовка-пеструшка, горихвостка, дятел, поползень, пищуха. Обычна здесь и серая белка, а также многие насекомые, которые встречаются и в травянистом ярусе.

Травы и мхи в лесу тем более те­невыносливы, поскольку летом их почти полностью затеняет листва деревьев. Местами здесь встреча­ются грибы и лишайники. В траве можно найти гнезда мелких птиц — крапивника, лесной завирушки, славок. Млекопитающие данного яруса в подавляющем большинстве относятся к грызунам (полевки, со­ня), зайцеобразным (зайцы) и пар­нокопытным (кабан, лось, косуля). Видовое разнообразие членистоно­гих здесь не меньше, чем в верхних ярусах, поскольку в напочвенном ярусе можно встретить и бабочек, и пчел, и мошку, и жуков, и кузне­чиков, и пауков.

Почва в листопадном лесу обычно покрыта подстилкой из растительных остатков. В ней и верхних слоях почвы, пронизанных корнями растений, особенно велико разнообразие видов бактерий и грибов, встречаются также дождевые черви, личинки мух, бабочек, жуки-навозники и мертвоеды, многоножки, мокрицы, ногохвостки, клещи, нематоды. Постоянным местом обита­ния почву избрали и некоторые млекопитающие, например кроты.

Таким образом, биогеоценоз характеризуется видовой и пространственной структурой, обеспе­чивающей не только его целостность, но и уникальность.

Цепи и сети питания, их звенья. Трофические уровни

Каждый организм в биогеоценозе связан с остальными положительными либо отрицатель­ными взаимодействиями. Первые смягчают действие факторов окружающей среды, обеспечивая питание, размножение и возможность защиты, а вторые, наоборот, зачастую несут угрозу самому существованию данного организма.

Ряд взаимосвязанных видов, каждый предыдущий из которых служит пищей последующему, носит название цепи питания, или пищевой (трофической) цепи. Пищевая цепь обеспечивает перенос энергии, заключенной в органических веществах, от продуцентов через ряд организмов путем поедания одних видов другими.

При переносе энергии значительная ее часть (80-90%) рассеивается в виде тепла, поэтому большинство пищевых цепей содержат 3-5 звеньев. Например, мышь-полевка питается зерновками пшеницы, а ее саму может съесть лисица. В водных экосистемах пищевые цепи обычно длиннее, чем в наземных, и могут содержать консументы вплоть до 4-го порядка. Так, в зоне континентального шельфа фитопланктон (диатомовые водоросли и жгутиковые) является пищей для зоопланктона (веслоногих ракообразных, личинок крабов и криля), которых, в свою очередь, потребляют головоногие моллюски, а ими питаются пеламиды и тунцы.

Судя по результатам недавних исследований, длина пищевых цепей ограничивается и други­ми факторами. Возможно, существенную роль играют доступность предпочитаемой пищи и тер­риториальное поведение, снижающее плотность расселения организмов, а значит и численность консументов высших порядков в конкретном местообитании.

В экосистемах различают два типа цепей питания: цепи выедания и цепи разложения. Рас­смотренные выше пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов (растений) и идут к консу- ментам различных порядков (растительноядным животным, а затем — к хищникам), называются цепями выедания, или пастбищными цепями.

В отличие от них, в цепях разложения, или детритных цепях, источником органического ве­щества являются растительные и животные остатки, экскременты животных, которыми питают­ся мелкие животные (ракообразные, моллюски), а также микроорганизмы. Полуразложившаяся масса органических остатков вместе с перерабатывающими ее микроорганизмами называется де­тритом. Так, в мангровых зарослях насекомые потребляют всего около 5% биомассы растений, а ее остаток попадает в воду и переносится на значительные расстояния. Существование детрит­ных цепей не является бесполезным, поскольку обеспечивает завершение круговорота веществ в биогеоценозах. Кроме того, включенные в эти цепи организмы являются одновременно пищей для консументов цепей выедания (например, в лесу может существовать такая цепь: листовой опад — дождевой червь — черный дрозд — ястреб-перепелятник).

Для различных участков биоценозов характерны неодинаковые цепи питания. Так, на суше и на континентальном шельфе большая часть растительной биомассы попадает в цепи разложе­ния, тогда как в открытом море преобладают цепи выедания.

Пищевые цепи биогеоценоза сложно переплетаются вследствие того, что одни и те же орга­низмы могут питаться несколькими видами других, служить пищей нескольким видам, а также входить одновременно в цепи выедания и цепи разложения. Поэтому в реальных биогеоценозах комплексы взаимосвязанных трофических цепей образуют пищевые сети.

Пищевые сети и цепи внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру, поскольку в них можно выделить группы организмов, объединенных общим типом питания. На­пример, на лугу злаки, клевер, полевая герань и другие растения — это продуценты, тогда как кузнечики, жуки-листоеды, гусеницы различных видов бабочек и мыши-полевки являются консументами 1-го порядка, ящерицы, трясогузки и малиновки — консументами 2-го порядка. Такие группы организмов относят к одному трофическому уровню.

Правила экологической пирамиды

Поскольку трофические уровни различаются по ряду показателей, соотношение между ними в экосистеме можно изобразить графически — в виде экологической пирамиды.

Существует три вида экологических пирамид: пирамида чисел, пирамида биомассы и пирами­да энергии.

Пирамида чисел отражает численность особей на каждом трофическом уровне.

Пирамида биомассы базируется на количестве сухого органического вещества (рис. 7.3).

Пирамида энергии базируется на количестве энергии, заключенной в особях на каждом тро­фическом уровне.

В тех случаях, когда количество или масса продуцентов меньше, чем масса консументов, осно­вание пирамиды меньше, чем ее вершина, и она оказывается перевернутой. Например, в дубовом лесу число деревьев невелико по сравнению с количеством насекомых, питающихся их тканями и опадом, а в глубоководных участках экосистемы биомасса продуцентов ничтожна, и органиче­ское вещество поступает из других участков водоема. Перевернутыми могут быть исключительно пирамиды чисел и биомассы, тогда как пирамида энергии всегда суживается кверху.

Экологические пирамиды предоставляют наглядную основу для сопоставления разных экоси­стем, сезонных состояний одной и той же экосистемы, а также разных фаз изменения экосисте­мы. Кроме того, составление экологических пирамид дает человеку возможность получить макси­мальный выход продукции экосистемы. Пирамиды энергии считаются наиболее важными, поскольку они непосредственно обращаются к основе пищевых отношений — потоку энергии, необходимой для жизнедеятельности любых организмов.

Основой для составления пирамиды энергии является продуктивность экосистемы — количе­ство энергии, производимое ею за определенный период времени. Несмотря на то, что продуценты могут запасать значительные количества энергии в химических связях органических веществ, они сами частично расходуют ее на процессы дыха­ния. Большие или меньшие количества энергии (обычно 80-90%) теряют на каждом последую­щем трофическом уровне консументы, сохраняя лишь около 10%, а в конечном итоге устойчивый биогеоценоз расходует ее на собственное функ­ционирование практически полностью. На основе этой закономерности сформулировано правило экологической пирамиды, или правило 10 %: в каждом последующем звене цепи питания коли­чество энергии уменьшается в 10 раз.

Основной проблемой, связанной с применением экологических пирамид, является точное и полное распределение организмов по трофическим уровням, так как многие консументы добы­вают пищу сразу на нескольких трофических уровнях, а растения не всегда целесообразно полно­стью включать в состав продуцентов, поскольку они содержат ряд нефотосинтезирующих частей или даже являются паразитами (повилика, заразиха).

Составление схем передачи веществ и энергии (цепей и сетей питания)

Простое перечисление видов, обитающих на определенном участке территории или акватории, не дает полной информации об экосистеме, поскольку за рамками такого списка остаются взаи­мосвязи этих организмов. К тому же изучение пищевых цепей и сетей биогеоценозов предостав­ляет необходимые сведения о потоке энергии и веществ в экосистеме.

Для удобства записи цепи питания ее звенья записывают в строку слева направо, начиная с продуцентов, за которыми следуют консументы 1-го, 2-го порядков и т. д. Звенья пищевой цепи соединяют между собой стрелками, указывающими направление потока вещества и энергии. На­пример, на лугу злаки являются пищей для кузнечиков, которых потребляют мелкие насекомо­ядные птицы, а уже ими питаются змеи, опасность для которых представляют ежи. Эта пищевая цепь будет иметь следующий вид:

злаки →кузнечики →насекомоядные птицы → змеи →ежи.

Из данной записи видно, что злаки являются продуцентами, кузнечики — консументами 1-го порядка, птицы — консументами 2-го порядка, а змеи и ежи — консументами 3-го и 4-го порядка соответственно.

Иногда требуется составить пищевую цепь, руководствуясь лишь перечнем видов организ­мов, входящих в нее. В таком случае следует проанализировать не столько их систематическую принадлежность, сколько способ питания. Например, необходимо составить пищевую цепь по следующим данным: в африканской саванне широко распространены гепарды, антилопы, акации и гиены.

Сначала выделяем из предложенных видов продуценты — это растения (акации). Они, вне вся­кого сомнения, должны стоять на первом месте, поскольку все остальные виды — это животные (гетеротрофы). Теперь распределяем консументов согласно их положению в трофической цепи: антилопы являются растительноядными животными, гепарды — хищниками, гиены же — падалыцики.

Таким образом, пищевая цепь будет иметь следующий вид:

акации → антилопы → гепарды → гиены.

Однако возможна и более короткая цепь, в которой будет отсутствовать третье звено, посколь­ку гиены могут питаться и погибшими от бескормицы, болезней, ран или старости антилопами.

Аналогично следует поступить, если, имея список растений и животных, требуется составить пищевую сеть. Например, нам даны волк, лиса, лось, белка, бобр, сосна лесная, клен, заяц-беляк, пихта, осина и рогоз. Учитывая тот факт, что каждый компонент этой трофической сети может служить пищей одному или нескольким другим и иметь более чем один источник питания, полу­чим следующую трофическую сеть (рис. 7.4).

Решение экологических задач

Задача 1. Постройте пищевую цепь экосистемы леса, в которой продуцентами являются древес­ные растения, а консументом высшего порядка — ястреб.

Решение.

Поскольку растения — это продуценты, в пищевой цепи они займут первую позицию:

растение →

Их тканями могут питаться многие насекомые, например тля, которая сосет флоэмный сок. Тля будет являться консументом 1-го порядка:

растение →тля →

Как известно, тлю истребляют божьи коровки, которых применяют даже в садах и на полях вместо ядохимикатов:

растение →тля → божья коровка →

Божьими коровками могут питаться немногие птицы из-за их предупреждающей окраски, однако к таковым относятся и скворцы:

растение → тля →божья коровка→ скворец →

Скворец вполне может стать добычей ястреба, который и завершит данную пищевую цепь, будучи консументом 4-го порядка:

растение → тля → божья коровка → скворец →ястреб.

Ответ: растение → тля → божья коровка → скворец → ястреб.

Задача 2. В упрощенной экосистеме африканской саванны имеется четыре компонента: растения (акации), травоядные (антилопы), хищники (гепарды) и падалыцики (гиены). Какие организмы занимают в этой экосистеме второй трофический уровень?

Решение.

Поскольку продуцентами являются только акации, а все остальные — консументами, расте­ния оказываются в начале пищевой цепи:

акации →

Антилопы относятся к травоядным, гепарды — к хищникам, а гиены — к падалыцикам. Сле­довательно, пищевая цепь приобретает вид:

акации →антилопы → гепарды → гиены.

studfiles.net

Смотрите также

• 
  Растения с фитогормонами
• 
  Справочник лекарственный растений
• 
  Фитогормоны у растений
• 
  От кротов растения
• 
  Семена растений фото
• 
  Питомник растений краснодарский
• 
  Воздушные корни растений
• 
  Полки для растений
• 
  Дикорастущие растения значение
• 
  Голосеменные растений примеры
• 
  Композиции комнатных растений