Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах. Зеленые растения в экосистеме являются
24. Структура экосистем. Биология. Общая биология. 11 класс. Базовый уровень
24. Структура экосистем
Вспомните!
Какие уровни организации живой природы вам известны?
Что такое экосистема?
Влияние абиотических факторов на живые организмы и взаимодействия между отдельными видами лежат в основе жизни любого сообщества. Сообщество, или биоценоз, – это совокупность сосуществующих популяций разных видов. Вместе с факторами неживой природы (абиотическими факторами) сообщество образует экосистему.
Экосистема – это очень широкое понятие. Дождевой тропический лес и болото, гниющий пень и муравейник, лужа посреди просёлочной дороги и одиноко стоящее дерево с его обитателями – это разные природные экосистемы. Существуют экосистемы искусственного происхождения, например сельскохозяйственные угодья, аквариум, ферма. Экосистему, границы которой определены растительным сообществом, например дубрава, луг, ельник, берёзовая роща, называют биогеоценозом. Вся совокупность биогеоценозов земного шара образует глобальную экосистему, или биосферу.
Любая экосистема имеет пространственную, видовую и экологическую структуры.
Пространственная структура экосистемы. Пространственная структура большинства биогеоценозов и, следовательно, экосистем определяется ярусным расположением растительности (рис. 75). Например, в типичном листопадном лесу можно выделить пологовый (древесный), кустарниковый, травяной и надпочвенный (приземный) ярусы. Углубляясь в почву, можно тоже обнаружить определённые «этажи», которые образованы корнями определённых растений и где обитают разные виды подземных животных. Подобная пространственная организация экосистемы позволяет растениям эффективно использовать солнечный свет и ресурсы почвы, а многочисленным животным и микроорганизмам сосуществовать вместе, занимая разнообразные экологические ниши.
Рис. 75. Пример ярусности экосистемы. Ярусная структура лиственного леса
В составе любой экосистемы можно выделить два основных структурных компонента: комплекс факторов неживой природы, так называемое абиотическое окружение, или биотоп, и совокупность всех живых организмов – биоценоз. В свою очередь, биоценоз можно подразделить на зооценоз (сообщество животных), фитоценоз (сообщество растений), микробоценоз (сообщество микроорганизмов). Биотоп – это тоже неоднородная система, он состоит из разнообразных абиотических факторов, которые в сумме формируют определённые климатические, географические, почвенные и другие параметры экосистемы.
Видовая структура экосистемы. Биоценоз любой экосистемы характеризуется определённым видовым разнообразием, т. е. числом видов, которые его образуют, и количественным соотношением особей этих видов. Видовое разнообразие обеспечивает стабильность экосистем. Высокая численность популяций, входящих в состав экосистемы, свидетельствует о том, что данные виды оптимально приспособлены к конкретным условиям и важны для стабильного существования этой экосистемы. Обычно общую численность особей в популяциях подсчитать достаточно сложно, поэтому при характеристике экосистем используют понятие «плотность популяции» (§ 6).
Экологическая структура экосистемы. Несмотря на громадное разнообразие экосистем, все они имеют примерно одинаковую экологическую структуру. Экологическая структура – это соотношение групп видов, занимающих определённые экологические ниши и выполняющих определённые функции в сообществе. Наличие этих групп является обязательным условием стабильного существования любой экосистемы, потому что благодаря их взаимодействию обеспечивается главное свойство экосистем – способность к самоподдержанию. Эти обязательные компоненты любой экосистемы – продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты, или производители, – это автотрофы, которые в процессе жизнедеятельности синтезируют из неорганических веществ органические соединения, используя в качестве источника углерода углекислый газ. Биомассу, образованную в экосистеме автотрофными организмами, называют первичной продукцией. Она служит пищей и источником энергии для остальных организмов сообщества.
Основными продуцентами являются зелёные растения, хотя свой вклад в образование первичной продукции экосистемы вносят также фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии. Для каждой крупной экосистемы или для любого биогеоценоза характерны свои специфические растения, осуществляющие фотосинтез, т. е. свои продуценты.
Консументы, или потребители, – это гетеротрофные организмы, которые используют синтезированную продуцентами биомассу для собственной жизнедеятельности. Съедая и перерабатывая растения, консументы получают энергию и образуют вторичную продукцию экосистемы.
Консументами являются самые разные живые организмы – от микроскопических бактерий до крупных млекопитающих, от простейших до человека. С точки зрения структуры экосистемы и той роли, которую играют разные консументы в поддержании её равновесного состояния, всех консументов можно подразделить на несколько подгрупп, что мы и сделаем несколько позже, когда будем разбирать пищевые связи экосистем.
Редуценты, или разлагатели, перерабатывают мёртвое органическое вещество (детрит) до минеральных соединений, которые снова могут быть использованы продуцентами. Многие организмы, такие как, например, дождевые черви, многоножки, термиты, муравьи и др., питаются растительными и животными остатками, а часть древесины гниёт и разлагается в процессе жизнедеятельности грибов и бактерий. Когда грибы и другие редуценты отмирают, они сами превращаются в детрит и служат пищей и источником энергии другим редуцентам.
Таким образом, несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой способной к самостоятельному существованию экосистеме есть свои продуценты, различные виды консументов и редуцентов (рис. 76).
Экосистема дубравы. Рассмотрим в качестве примера дубраву – очень устойчивую наземную экосистему (рис. 77). Дубрава является типичным широколиственным лесом ярусной структуры, в котором совместно существуют многие сотни видов растений и несколько тысяч видов животных, микроорганизмов и грибов.
Верхний древесный ярус образуют крупные (до 20 м) многолетние дубы и липы. Эти светолюбивые растения, растущие достаточно свободно, создают благоприятные условия для формирования второго древесного яруса, представленного низкорослыми и менее светолюбивыми грушей, клёном, яблоней.
Рис. 76. Необходимые компоненты экосистемы
Под пологом двух ярусов формируется кустарниковая растительность. Лещина, бересклет, калина, боярышник, терновник, бузина, крушина – это далеко не полный перечень растений, которые образуют третий ярус до высоты 2–4 м.
Следующий, травянистый ярус составляют многочисленные кустарнички и полукустарнички, папоротники, всходы деревьев и разнообразные травы. Причём в течение года в дубраве происходит смена травянистого покрова. Весной, когда листвы на деревьях ещё нет и поверхность почвы ярко освещена, расцветают светолюбивые первоцветы: медуница, хохлатка, ветреница. Летом им на смену приходят теневыносливые растения.
В приземном ярусе, высота которого всего несколько сантиметров от поверхности почвы, растут лишайники, мхи, грибы, низкие травы.
Сотни видов растений (продуцентов), используя энергию солнца, создают зелёную биомассу дубравы. Дубравы очень продуктивны: в течение года на площади в 1 га они создают до 10 т прироста растительной массы.
Мёртвые корни и опавшие листья образуют подстилку, в которой обитают многочисленные редуценты: дождевые черви, личинки мух и бабочек, жуки-навозники и мертвоеды, мокрицы и многоножки, ногохвостки, клещи, нематоды. Питаясь, эти организмы не только преобразуют детрит, но и формируют почвенную структуру. Деятельность таких землероев, как кроты, мыши и некоторые крупные беспозвоночные, не даёт почве слёживаться. В каплях воды между частичками почвы обитают многочисленные почвенные простейшие, а грибы образуют симбиоз с корнями растений и участвуют в разложении детрита.
Рис. 77. Экосистема дубравы
Несмотря на то что ежегодно на 1 га поверхности почвы в дубраве поступает 3–4 т отмерших растений, почти вся эта масса разрушается в результате деятельности редуцентов. Особая роль в этой переработке принадлежит дождевым червям, которых в дубравах насчитывается огромное количество: несколько сот особей на 1 м2.
Разнообразен животный мир верхних ярусов дубравы. В кронах деревьев гнездятся десятки видов птиц. Вьют гнёзда сорока и галка, певчий дрозд и зяблик, большая синица и лазоревка. В дуплах выводят птенцов филин и обыкновенная неясыть. Чеглок и перепелятник наводят страх на мелких певчих птиц. В кустарниках обитают зарянка и чёрный дрозд, мухоловка-пеструшка и поползень. Ещё ниже находятся гнёзда славки и крапивника. По всем ярусам перемещается в поисках пищи серая белка. Бабочки, пчёлы, осы, мухи, комары, жуки – более 1600 видов насекомых тесно связаны с дубом! В травяном ярусе делят место под солнцем кузнечики и жуки, пауки и сенокосцы, мыши, землеройки и ежи. Самыми крупными консументами этой экосистемы являются косули, лани и кабаны.
Устойчивость этой и любой другой экосистемы обеспечивает сложная система взаимоотношений всех организмов, входящих в её состав.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое биогеоценоз?
2. Расскажите о пространственной структуре экосистемы.
3. Какие обязательные компоненты включает любая экосистема?
4. В каких отношениях находятся друг с другом обитатели биоценозов? Охарактеризуйте эти связи.
5. Опишите видовой состав и пространственную структуру экосистемы дубравы.
Подумайте! Выполните!
1. Назовите общие черты биогеоценозов лиственного леса и пресноводного водоёма.
2. Возможно ли существование биоценоза, состоящего только из растений? Обоснуйте свою точку зрения.
3. Выполните исследование на тему «Моё жильё как пример экосистемы».
4. Разработайте экскурсионный маршрут, позволяющий продемонстрировать видовую, пространственную и экологическую структуры типичной экосистемы вашего региона (групповой проект).
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Поделитесь на страничкеbio.wikireading.ru
Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах
Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах
Питание — основной способ движения веществ и энергии.
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 зат-ем 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.
Пищевые цепи (сети) и трофические уровни. Основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетические связи. В них постоянно происходит перенос Вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями.
Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено —трофическим уровнем (рис. 14.6).
Рис. 14.6. Цепи питания африканской саванне.
Первый трофический уровень образуют продуценты (растения), второй — первичные консументы (растительноядные животные), третий — вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам является объектом питания для других организмов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных (всеядные организмы, например человек, медведь, воробей, потребляют как продуцентов, так и консументов, т. е. живут на разных трофических уровнях), цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети (рис. 14.7).
Рис. 14.7. Сети питания в экологической системе.
Существуют два основных типа пищевых цепей — пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер —>кролик —> волк; фитопланктон (водоросли) —> зоопланктон (простейшие) —>плотва —> щука —> скопа.
Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных — детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям — хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (более 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичным примером детритной пищевой связи наших лесов является следующий: листовая подстилка —> дождевой червь —> черный дрозд—> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клеши, ногохвостки, нематоды и др.
Экологические пирамиды. Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов — биомассой — на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых цепей характерно увеличение плотности популяций, скорости размножения и продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10—15% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды (рис. 14.8).
Рис, 14.8. Упрощенная экологическая пирамида.
Различают три способа составления экологических пирамид:
1. Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофических уровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровней сильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженные представления об истинныхсоотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консумен-тов могут питаться органами одного дерева — продуцента.
2. Пирамида биомасс показывает количество живого вещества, или биомассы, на каждом трофическом уровне. В большинстве наземных экосистем биомасса продуцентов, т. е. суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого последующего трофического уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомасса консументов I порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью размножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеет обратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.
3. Пирамида энергии отражает величину потока энергии в цепи питания. На форму этой пирамиды не влияют размеры особей, и она всегда будет иметь треугольную форму с широким основанием внизу, как это диктуется вторым законом термодинамики. Поэтому пирамида энергии дает наиболее полное и точное представление о функциональной организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии —динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3—5 звеньев (трофических уровней).
Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение, поскольку продукция природных и искусственных сообществ (агроиенозов) является основным источником запасов пищи для человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.
sbio.info
Экосистема. Биология 8 класс Сонин
Вопрос 1. Что такое экосистема?
Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов, среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
Вопрос 2. Как в экосистемах осуществляется круговорот веществ?
Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.
В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, в которых поступающие элементы превращаются в новые сложные соединения, и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности.
Экологические системы суши и Мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.
Важнейшим аспектом существования жизни на Земле являются круговороты (биогеохимические циклы), в которые вовлечены вода и основные биогенные химические элементы — С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, К и др. Все циклы состоят из двух фаз: органической (во время которой вещество или элемент находится в составе живых организмов) и неорганической. Последовательные переходы вещества из одной фазы в другую совершаются бесчисленное количество раз. Так, например, ежегодно проходит через органическую фазу и возвращается в неорганическую 1/7 часть всего углекислого газа и 1/4500 часть кислорода атмосферы; подсчитано, что вся вода оборачивается за 2 млн лет.
Вопрос 3. Можно ли озеро считать экосистемой?
Озеро можно считать экосистемой, так как там происходит круговорот веществ и энергии, живые организмы взаимодействуют друг с другом и само озеро является для них единой средой обитания.
Вопрос 4. Какие группы организмов имеются в каждой экосистеме?
В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различимые по способу питания:
автотрофы (“самопитающиеся”)
гетеротрофы (“питающиеся другими”).
Консументы -потребители органического вещества живых организмов.
Дитритофаги, или сапрофаги, - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом - остатками растений и животных.
Редуценты - бактерии и низшие грибы - завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.
Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии.
Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, обусловливая самоочищение экосистемы, ее среды.
Вопрос 5. Кто такие производители? Какова роль потребителей? Какие живые организмы являются разрушителями?
Живые компоненты могут быть подразделены на производителей, потребителей и разрушителей в зависимости от характера их участия в поддержании экосистемы как стабильного, взаимосвязанного целого. Организмы-производители (или продуценты) — зеленые растения, создающие органические соединения из простых неорганических веществ. Типичное маленькое озеро характеризуется продуцентами двух типов — это крупные растения, растущие вдоль берега или плавающие в мелкой воде, и микроскопические плавучие растения, преимущественно водоросли, распространенные во всей толще воды до той глубины, на которую проникает свет. Эти мельчайшие растения, составляющие фитопланктон, становятся заметны только при скоплении их в больших количествах — они придают воде зеленоватый оттенок. Обычно в озерах фитопланктон — более важный производитель, чем крупные растения.
Организмы-потребители являются гетеротрофами; в экосистеме озера это насекомые, их личинки, ракообразные, рыбы и, по-видимому, некоторые моллюски. Первичные потребители — травоядные, питающиеся растениями, а вторичные потребители — плотоядные, питающиеся первичными потребителями, и т. д.
Наконец, имеются организмы-разрушители — бактерии и грибы, разлагающие органические соединения клеток мертвых производителей и потребителей либо до низкомолекулярных органических веществ, которые они сами могут использовать, выступая в качестве сапрофитов, либо до неорганических соединений, которые могут быть использованы зелеными растениями. Даже самые большие и сложные экосистемы состоят из тех же основных типов организмов, т. е. из производителей, потребителей и разрушителей, в сочетании с различными неживыми компонентами.
Вопрос 6. Что такое цепь питания?
Цепь питания - цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для следующего звена.
Вопрос 7. Рассмотрите два типа цепей питания, изображенные на рисунке на странице 206. Предложите аналогичные примеры.
Цепь питания, начинающаяся с живой органики: трава — заяц — лиса — падальщик — бактерии.
Цепь питания, начинающаяся с мертвой органики: детрит - дождевые черви – ястреб – бактерии.
Вопрос 8. Что такое экологическая пирамида? Какое значение имеет правило десяти процентов?
Экологическая пирамида - это структурное изображение в виде прямоугольников с одинаковым масштабом и расположение их друг над другом трофических уровней.
На каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90%, и только около одной десятой доли переходит к очередному потребителю. Это правило передачи энергии в пищевых связях организмов называют «правилом десяти процентов» .
Представителям четвертого трофического уровня (например, хищнику, поедающему другого хищника) достанется только около одной тысячной доли той энергии, усвоенной растением, с которого начиналась пищевая цепь. Поэтому отдельные цепи питания в природе не могут иметь слишком много звеньев, энергия в них быстро иссякает.
Вопрос 9. Что произойдет, если нарушить одно из звеньев цепи питания?
Сложная структура цепей питания обеспечивает целостность и динамичность биоценоза. Сокращение численности организмов одного звена в цепи питания приводит к нарушениям целостности биоценоза.
resheba.com
Экосистема. Структура экосистемы.
Экосистема – совокупность продуцентов, консументов и детритофагов взаимодействующих друг с другом и с окружающих их средой посредством непосредственного обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течении продолжительного времени. Таким образом, для существования экосистемы характерны 3 признака:
1) Экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов.
2) В рамках экосистемы осуществляется полный цикл начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.
3) Экосистема сохраняет устойчивость в течении некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой в биологических и абиотических компонентах.
Примером природной экосистемы является: озеро, лес, тундра, океан, биосфера.
Продуценты – в основном зеленые растения осуществляющие фотосинтез, те поглощение воды и диоксида углерода в глюкозу и кислород. Для этого процесса необходима световая энергия Солнца. Из сахаров и минеральных элементов питания биогенов получаемых из воды и почвы растения синтезируют все сложные вещества входящие в состав организмов. Молекулы с помощью которых они улавливают световую энергию необходимую для фотосинтеза являются хлорофиллы с зеленой окраской. Таким образом роль продуцентов заключается в том, что используя световую энергию из простых неорганических веществ продуцируют сложные вещества: через глюкозу образуют белки и углероды. Животные питаясь растениями используют их как источник энергии и материал для формирования своего тела.
Консументы – самые разнообразные организмы: черви, рыбы, насекомые, человек и т.д. Животные питающиеся продуцентами (травоядные или фитофаги или консументы 1-го рода). Вторичные консументы питаются первичными. Консументы 2-го рода и т.д. – плотоядные. Бывают консументы 4-го и далее порядка. Некоторые виды животных соответствуют нескольким таким уровням (человек – овощи – 1й; мясо – 2й; рыбу – 3й).
Детритофаги – мертвые растительные и животные остатки – дедрито. Существует множество организмов питающихся ими. Такие консументы называются детритофагами: грифы, черви, раки, термиты и т.д.
Редуценты – значительная часть дедрито в экосистеме: опавшие листья и древесина в своем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессе жизнедеятельности грибов и растений, т.к. грибы и бактерии столь специфичны, их обычно выделяют в особую подгруппу детритофагов и называют редуценты.
Типы взаимоотношений между различными категориями организмов в экосистеме
1) Пищевые – являются важнейшими между организмами. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при которых один организм поедается другими и т.д. Ряд таких звеньев называется пищевой цепью. Продуценты, консументы, детритофаги – разные звенья этой цепи называемой пищевой или трофической.
2) Мутуалистические – под этим видом взаимоотношений понимают, что один из видов извлекает выгоду, а другому наносится вред. Однако существует не мало случаев когда виды вступают во взаимовыгодные отношения (мутуализм). Классический пример: цветок и насекомое.
3) Конкурентные – растущие бок о бок растения должны конкурировать между собой за воду, биогены, свет и пространство. Конкуренция между растениями различного типа может существенным образом отражаться на характере экосистемы в целом. В стабильной экосистеме животные если конкурируют то редко, конкуренция сводится к минимуму счет того, что разные виды животных приспособлены к питанию разной пищей в разных местах в разное время.
Абиотические факторы
- химические и физические факторы среды. Все факторы действуют на организм одновременно. Степень присутствия или отсутствия каждого из них существенно отражается на жизнеспособности организмов, но не одинаково для разных видов, что существенно влияет на экосистему в целом. На пример: некоторые растения предпочитают влажную почву, а некоторые сухую.
Воздействие абиотических факторов на примере температуры:
8-18 – зона усиливающегося стресса,
8-38 – диапазон устойчивости (толерантности),
8-28 – зона оптимума.
Результаты показывают, что по мере повышения температуры от некоторой точки до которой рост невозможен, растения развиваются все лучше и лучше и достигает максимального уровня. Затем при дальнейшем превышении температуры (28-38) растение будет себя чувствовать все хуже и хуже, появляются нарушения и оно погибает. Температура, при которой наблюдается максимальный рост (18-28) – зона оптимума. Весь интервал температуры, когда возможен рост, называется диапазоном устойчивости (толерантности). Точки, ограничивающие его - предел устойчивости. Подобные эксперименты были проведены и для других абиотических факторов. Результаты аналогичные. Это позволило сформулировать фундаментальный биологический принцип. Для каждого вида растений и животных существует оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости в отношении каждого фактора среды. Лабораторные исследования позволили сделать еще один вывод, т.к. в ходе исследования менялся один фактор, а остальные оставались в зоне оптимума, то, следовательно, наблюдали действие закона лимитирующих факторов, а именно даже единственный фактор за пределами своего оптимума приводит к стрессовому состоянию, а за пределом устойчивости к гибели. Такие факторы лимитирующие. Это относится к любому влияющему на рост параметру, которого слишком много или слишком мало. Так стресс и гибель растения вызывают как чрезмерный полив и избыток удобрений, так и их недостаток. И так, в своем развитии любой организм ограничен минимальным количеством какого-либо компонента для жизнедеятельности и добавление другого компонента не заменит недостаток лимитирующего.
Экологические пирамиды
Графически структуру экосистемы представляют в виде экологической пирамиды (пирамида Элтона). Также существуют пирамиды чисел, биомасс, энергий. Пирамида чисел представляет собой первое приближение к изучению трофической структуры. Установлено основное правило, согласно которому, в любой среде растений больше чем животных, травоядных больше чем плотоядных, насекомых больше чем птиц. Можно констатировать, что при переходе одного трофического уровня к другому число особей уменьшается, а размеры из увеличиваются.
Пирамида биомасс более полно отображает пищевые взаимоотношения, тк она показывает биомассу в данный момент времени, на каждом уровне пищевой цепи.
Пирамида энергии показывает эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей. Она стремится путем подсчета количества энергии аккумулированной единицей поверхности и за единицу времени, и которое используется организмом на каждом трофическом уровне. Расчет теоретической экосистемы сведенный к одной элементарной пищевой цепи провел американец Одум. Исходная продукция люцерна посеянная на 4 га. Люцерной можно прокормить 4-5 телят, которыми питается 12-летний мальчик.
Расчеты проведенные на основе этих показателей свидетельствуют о том, что эффективность всех 3х уровней невысокая. Так люцерна использует 0,24% всей солнечной энергии, телята 8% и только 0,7% энергии накопленной телятами приходится на рост и развитие мальчика. Очевидно, что для мальчика достаточно 1/106 части всей солнечной энергии, которая поступает на 1 га занятой люцерной в поле. Таким образом КПД при переходе от одного звена пирамиды ее вершины значительно уменьшается. Это всеобщее явление: зеленые растения используют 0,1-1,2% солнечной энергии, фитофаги 3-10%, консументы 2-го порядка от 2-12%.
Нельзя не принимать во внимание то, что существенная часть энергии расходуется на удовлетворение энергетических потребностей организма. Следует отметить, что биомасса выпавшая из цепи питания не теряется для экосистемы, она служит основой других цепей питания.
infopedia.su
Параграф 18. Экосистемы. Биогеоценоз. Структура экосистема
1. Сравните определения понятий «биогеоценоз» и «экосистема». Что между ними общего? В чем отличие?
Экосистема — комплекс из сообщества живых организмов и неживых компонентов среды их обитания, связанных между собой обменом вещества и энергии. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность живых (биоценоз) и неживых (биотоп) компонентов однородного участка суши, где происходит круговорот веществ и превращение энергии. Биогеоценоз и экосистема — близкие понятия, обозначающие биосистемы одного уровня организации. Общим признаком для этих систем является наличие в них обмена веществом и энергией между живым и неживым компонентами. Однако это различные понятия, так экосистема не имеет определенной размерности, а биогеоценоз отличается от экосистемы территориальной ограниченностью и определенным составом популяций.
2. Какие из экосистем можно назвать биогеоценозами: луг, озеро, гнилой пень, море, хвойный лес, реку?
Гнилой пень, хвойный лес.
3. В чем состоит роль продуцентов в экосистеме? Приведите примеры фото- и хемотрофов.
Продуценты - автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из минерального с использованием энергии. Если для синтеза органического вещества используется солнечная энергия, то продуцентов называют фототрофами. К фототрофам относятся все зеленые растения, лишайники, цианобактерии, автотрофные протисты, зеленые и пурпурные серобактерии. Продуценты, использующие для синтеза органического вещества энергию химических реакций окисления неорганических веществ, называются хемотрофами. Ими являются серобактерии, нитрифицирующие и водородные бактерии.
4. Какие из организмов являются консументами: береза, лось, дождевой червь, лев, подосиновик, кузнечик, лишайник?
Консументы - гетеротрофные организмы, потребляющие живое органическое вещество и передающие содержащуюся в нем энергию по пищевым цепям. К ним относится: лось, лев, кузнечик.
5. Какую функцию в экосистеме выполняют редуценты? Какие последствия могли бы ожидать Землю, если бы исчезли все редуценты?
Редуценты - гетеротрофные организмы, разрушающие отмершее органическое вещество любого происхождения до минерального. Роль редуцентов в природе очень велика. Без них в биосфере накапливались бы отмершие органические остатки, а минеральные вещества, необходимые продуцентам, иссякли бы. И жизнь на Земле в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.
resheba.com
Виды и особенности экосистем
Экосистема (от греч. Ойкос – жилище и система) – любое сообщество живых существ вместе со средой их обитания, связанное внутри сложной системой взаимоотношений, главным образом через питание.
По выражению Р. Даже, «экосистема = биотоп + биоценоз», где биотоп – относительно однородный по своим абиотическим условиям участок биосферы, охваченный биоценозом – сообществом организмов, живущих в определенной взаимосвязи.
По характеру питания организмы в экосистемах делятся на продуцентов, консументов и редуцентов.
Продуценты – зеленые растения и бактерии, содержащие хлорофилл, - единственные организмы на Земле, способные, использую энергию Солнца, синтезировать органические вещества из неорганических.
Консументы – потребители органического вещества. Консументы первого порядка получают их от растений. Это растительноядные животные, в том числе насекомые. Этими животными питаются консументы второго порядка и так далее.
Редуценты – разрушители органического вещества. Среди них много разных групп насекомых, разлагающих органические остатки до простых веществ неорганической природы, превращая их в углекислоту, аммиак, воду, соли и прочее.
Большинство экосистем автотрофные, то есть обеспечивающие себя энергией за счет собственных организмов-продуцентов. Гетеротрофные системы – экосистемы, получающие энергию от готовых органических соединений, созданных организмами, не являющимися компонентами этой экосистемы, или использующие энергию созданных человеком устройств, например, экосистемы океанических глубин, куда не попадает свет, антропогенные экосистемы.
Экосистема может быть сельскохозяйственной и включать некоторое сообщество людей, вместе с их хозяйственной деятельностью, и территорию, занятую этим сообществом.
Техногенная экосистема (от греч. Техне – искусство, генос - происхождение) – экосистема, возникшая или изменившаяся в результате технического воздействия человека (вырубки, заболоченные земли, осушенные болота и т.д.).
Без воздействия извне экосистема существует в полном равновесии. Для примера рассмотрим экосистемы, отражающую так называемую «пирамиду». В ее основании – производители органического вещества – злаки. Потребители первого порядка – насекомые, которыми питаются лягушки. Тех, в свою очередь, поедают змеи, а змей – орлы.
Теперь предположим, что орлов истребили. Что же получится? Размножатся змеи, уменьшится количество лягушек, а, следовательно, возрастет количество насекомых, которые уничтожат растения.
Приведем еще один пример «пирамиды» в экосистеме под названием «пруд». Источником органического вещества в данном случае являются зеленые растения, которые используют мелкие беспозвоночные – зоопланктон, являющийся пищей мальков рыб, например, карпа. Карпом питается щука.
По таксономическим рангам экосистемы делятся на:
Макросистемы – например, Мировой океан, суша-материк, атмосферный воздух
Мезоэкосистемы – например, прибрежная зона океана (континентальный шельф) и т.д.
Одна из важных особенностей экосистем – способность самовосстанавливаться и развиваться. Они находятся в устойчивом равновесии с условиями внешней среды.
Необходимо отметить, что история человечества с самого начала приобрела форму противоборства с окружающей природой, в результате чего возникали и возникают экологические кризисы. Люди не могут не изменять природу, но они могут и должны перестать изменять ее необдуманно и безответственно, не учитывая требований экологических законов. Только в том случае, если деятельность людей будет идти в соответствии с объективными требованиями этих законов, а не вопреки им, изменение природы человеком станет способом ее сохранения, а не разрушения.
biofile.ru
РАСТИТЕЛЬНОЕ СООБЩЕСТВО, БИОЦЕНОЗ, БИОГЕОЦЕНОЗ
На экологически однородных территориях формируются определенные совокупности растений. Входящие в их состав виды непросто совместно растут, но между ними существует взаимовлияние, осуществляемое как прямо (специфические выделения, затенение и т.д.), так и косвенно (конкуренция за пищу, влагу и свет). Эта общность видов складывается в результате борьбы за существование на основе экологических особенностей растений в конкретных условиях среды. В сходных экологических условиях эти сочетания растений повторяются. Так, в лесной зоне на песчаных почвах обычно развиваются сосновые леса, на глинистых — еловые.
Растительным сообществом называется исторически сложившаяся устойчивая совокупность растений на однородном участке территории, характеризующаяся определенными взаимоотношениями растений друг с другом и с условиями среды, Растительное сообщество характеризуется определенным видовым составом. Роль видов в сообществе неравноценна. Встречающиеся в большом количестве и занимающие большую площадь виды играют в сообществе ведущую роль и называются доминантами. Набор видов определяется в основном их экологическими особенностями и не зависит от их систематического положения. Разберем такой упрощенный пример. На каком-то участке на близком расстоянии друг от друга выросли дубы. Кроны дубов сомкнулись и под их пологом могут поселиться только растения, выносящие затенение, например орешник, а еще ниже, под их пологом,— теневыносливые травы. Так создается ярусная структура растительного сообщества: надземная (I ярус — дуб, II ярус — орешник, III ярус — травы) и не менее сложная подземная. Одни растения создают для других (биотический фактор) экологические условия, поэтому виды одного сообщества различаются по своей экологии.
Растительное сообщество связано с обитающими в нем животными. Поедая плоды или нектар, они способствуют размножению и распространению растений. Травоядные животные влияют на состав травостоя. Чрезмерный выпас вызывает угнетение ценных в кормовом отношении растений, способствует разрастанию колючих, пахучих и груботравных видов. Животные утаптывают почву и удобряют ее, создавая тем самым новые экологические условия. Роющие животные (кроты, суслики, дождевые черви) перерывают почву, вынося на поверхность ее нижние горизонты, что также влияет на растения.
Деревья и травы, образующие лес, и обитающие в нем животные.— олени и кабаны, птицы, бесчисленные насекомые, а также разнообразные грибы, бактерии и водоросли, живущие в почве,— все объединены между собой круговоротом веществ и энергии, который осуществляется через пищевые и другие связи. Растительное сообщество вместе с его обитателями образуют биоценоз. Биоценозы имеют определенный видовой состав и биомассу — общее количество живого органического вещества, выраженное в единицах массы. Биоценозы существуют в неразрывной связи с абиотической средой. Биоценоз и его среда обитания (соответствующий участок земной поверхности с его атмосферой, почвой и водным режимом) представляют собой биогеоценоз. Границы биогеоценоза совпадают с границами растительного сообщества, являющегося его основой.
Биотические (авто- и гетеротрофные организмы) и абиотические (климат, почвы, водный режим) компоненты биогеоценоза связаны взаимодействием, осуществляющимся в процессе обмена веществ и энергии. Популяции организмов получают из среды необходимые для поддержания жизни ресурсы, выделяя продукты жизнедеятельности, воссоздающие среду. Биогеоценоз функционирует как целостная самовоспроизводящаяся система.
Понятие о биогеоценозе введено академиком В.Н. Сукачевым в 1940 г. Биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в природный комплекс.
Понятие «биогеоценоз» получило распространение главным образом в отечественной литературе; за рубежом чаще используется термин «экосистема».
Под экологической системой (экосистемой) понимают любое сообщество организмов и его среду обитания, объединенные в единое функциональное целое общим круговоротом веществ и энергии. Термин был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли. Он рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли. Экосистемы не имеют определенного объема. Это понятие распространяется и на каплю воды с содержащимися в ней микроорганизмами, и на биосферу в целом. Биогеоценоз — это определенный ранг экосистемы, экосистема в границах растительного сообщества.Основу экосистемы составляют автотрофные зеленые растения — продуценты (производители), синтезирующие органические вещества из неорганических. Результат их деятельности — фиксация солнечной энергии, превращение ее в потенциальную энергию химических связей синтезированных органических веществ. Суммарная продукция фотосинтеза — это первичная продуктивность. Она определяется той скоростью, с которой энергия Солнца используется продуцентами в процессе фотосинтеза и накапливается в форме органических веществ (биомассы). Готовое органическое вещество используют консументы (потребители) — гетеротрофные организмы: растительноядные (консументы I порядка), хищники (II, III порядков и т.д.). Накопленная ими биомасса характеризует вторичную продуктивность. Органические остатки продуцентов и консументов разрушаются гетеротрофными редуцентами (бактериями, грибами) и превращаются в минеральные соединения, вновь доступные растениям. Так осуществляется круговорот веществ и энергии в экосистеме.
Перенос потенциальной энергии пищи от ее создателей — растений — через ряд организмов путем поедания одних другими называется пищевой цепью (или цепью питания, или трофической связью). Например, олень съедает ягель, волк съедает оленя. Во вновь образовавшиеся органические вещества тела оленя переходит лишь 5—10% энергии пищи; большая ее часть теряется, расходуясь на переваривание, дыхание, работу по добыванию пищи. Аналогичные явления происходят и на следующем уровне — уровне волка. При каждом очередном переносе теряется 80—90% потенциальной энергии. Это ограничивает число звеньев пищевой цепи; обычно их бывает от 3 до 5. В среднем за счет 1 т растительной массы образуется 100 кг массы травоядных животных, из них 10 кг тела хищников и лишь 1 кг тела вторичных хищников. Такимобразом, масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эту закономерность называют правилом экологической пирамиды. Она может быть выражена в числе особей на каждом уровне пищевой цепи — пирамида чисел; в количестве органического вещества, синтезированного на каждом из уровней,— пирамида биомассы; в количестве энергии — пирамида энергии. Пищевые цепи в экосистеме обычно перекрещиваются: член одной цепи является также членом другой. Соединение цепей образует пищевую сеть экосистемы. Нарушение любого звена экосистемы неизбежно отразится на экосистеме в целом, поэтому вмешательство в жизнь экосистемы может привести к ее необратимым изменениям и гибели.
Численность особей в популяции варьирует в зависимости от уровня рождаемости, смертности, а также миграций (перехода члена одной популяции в другую). Эти показатели определяются большим числом экологических факторов, как абиотических (погодные условия и т.д.), так и биотических (количество корма, хищников, вредителей и т.д.). В относительно постоянных условиях численность популяций держится примерно на одном уровне. Изменение среды может резко изменить и численность, но затем устанавливается новый стабильный уровень.
Важнейший фактор, регулирующий численность,— наличие кормовых ресурсов. Популяция, хотя и обладает потенциальной возможностью неограниченного увеличения численности, обычно насчитывает столько особей, сколько их может прокормиться на занимаемой территории. Например: 1) годы, урожайные для хвойных, отличаются высокой численностью кедровок, белок и соболей, питающихся их семенами; 2) рост численности растительноядных насекомых при обилии пищи в дальнейшем ведет к нехватке корма, что вызывает ослабление насекомых и развитие у них вирусных, грибковых и других заболеваний. Вместе с массовым развитием паразитов и хищников это приводит к снижению численности популяции насекомых.
Изучение причин динамики численности популяций биогеоценоза дает возможность предвидеть и предотвращать вспышки размножения насекомых-вредителей и правильно с ними бороться. Использование ядохимикатов для защиты растений зачастую экологически неоправданно, так как ведет к гибели не только насекомых-вредителей, но и их хищников, и паразитов. Одновременно возникают устойчивые к яду вредители (сейчас их насчитывается более 400), массовое размножение которых уже ничем не сдерживается.
Сайт создан в системе uCozdmi-schel.narod.ru
