link1036 link1037 link1038 link1039 link1040 link1041 link1042 link1043 link1044 link1045 link1046 link1047 link1048 link1049 link1050 link1051 link1052 link1053 link1054 link1055 link1056 link1057 link1058 link1059 link1060 link1061 link1062 link1063 link1064 link1065 link1066 link1067 link1068 link1069 link1070 link1071 link1072 link1073 link1074 link1075 link1076 link1077 link1078 link1079 link1080 link1081 link1082 link1083 link1084 link1085 link1086 link1087 link1088 link1089 link1090 link1091 link1092 link1093 link1094 link1095 link1096 link1097 link1098 link1099 link1100 link1101 link1102 link1103 link1104 link1105 link1106 link1107 link1108 link1109 link1110 link1111 link1112 link1113 link1114 link1115 link1116 link1117 link1118 link1119 link1120 link1121 link1122 link1123 link1124 link1125 link1126 link1127 link1128 link1129 link1130 link1131 link1132 link1133 link1134 link1135 link1136 link1137 link1138 link1139 link1140 link1141 link1142 link1143 link1144 link1145 link1146 link1147 link1148 link1149 link1150 link1151 link1152 link1153 link1154 link1155 link1156 link1157 link1158 link1159 link1160 link1161 link1162 link1163 link1164 link1165 link1166 link1167 link1168 link1169 link1170 link1171 link1172 link1173 link1174 link1175 link1176 link1177 link1178 link1179 link1180 link1181 link1182 link1183

Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 1

Трофические цепи и уровни

Даже в наиболее простых экосистемах присутствуют десятки и даже сотни трофических цепочек, в которых отдельные звенья одновременно взаимосвязаны со звеньями других трофических цепочек и образуется сложно переплетенная трофическая сеть. Везде в начале цепочек — растительный корм, а в конце — хищное животное. Таким образом, всё биологическое население в сообществе зависит от энергии живого органического вещества, созданного растениями.

Движение энергии и вещества по пастбищиой пищевой цепи можно представить следующим образом:

clip_image029

В потенциальную энергию пищи, в растения в процессе фотосинтеза переходит лишь очень небольшая часть солнечной энергии (1-5%). Большая ее часть теряется в виде тепла. При дальнейшем переносе с одного трофического уровня на другой часть энергии рассеивается в виде тепла при дыхании и лишь небольшая часть энергии (в среднем 10%) суммарной продукции нижестоящего трофического уровня переходит в продукцию вышестоящего. Остальная часть фиксированной энергии (первичной продукции фотосинтезирующих организмов) теряется в результате естественного отмирания организмов. На каждом последующем уровне потери энергии, заключенной в пище, составляют 90—99%. По мере ее продвижения по пищевой цепи доступное количество пищи сокращается, и уже для пятого трофического уровня почти не остается пищи и энергии. Поэтому пищевые цепи состоят не более чем из 4—5 звеньев. Существование большого числа трофических уровней в экосистеме невозможно из-за быстрого приближения доступной энергии к нулю (максимум 4—5 уровней). На конечных звеньях длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы. Чем короче пищевая цепь и чем ближе организм к ее началу, тем больше энергии доступно для популяции, тем больше биомасса популяции и ниже занимаемый ею трофический уровень.

Автотрофы и гетеротрофы. Растения в процессе фотосинтеза сами себе готовят пищу (запасные вещества ) и строят свое тело из простых неорганических минеральных соединений, поэтому их называют автотрофами. Это буквально означает самопитающиеся.

Таким образом, смысл фотосинтеза и автотрофов, которые осуществляют фотосинтез, заключается в том, что они самыми первыми в при роде создают из минеральных веществ живое органическое вещество (белки, жиры, углеводы), которые служат источником энергии для всех остальных живых организмов.

В природе в любом сообществе живых существ обязательно присутствуют зеленые растительные организмы — «трава», которые служат источником энергии или пищи для всех остальных членов сообщества а для животных и бактерий, которые в качестве источника энергии нуждаются в готовой органической пище, и поедают растения или других животных. Поэтому их еще называют гетеротрофами , что означает питающиеся другими. Созданное в процессе фотосинтеза из простых минеральных веществ с помощью энергии солнца первичное органическое вещество растений, насыщенное энергией, последовательно переходит от одних организмов к другим по цепочке:

Минеральное вещество à растения («трава») àрастительноядное животное à Хищник I порядка (хищник I)à хищник II àхищник. . . n.

В процессе питания на всех трофических уровнях появляются так называемые “отходы” экосистемы. Это опавшие листья, оста не переваренной пищи в виде экскрементов, отмершие тела растений и животных. Все это называется мертвым органическим веществом. Эти отходы потребляются различными микроорганизмами разрушителями ( деструкторами ).В схему отходы и микроорганизмов деструкторов, которые разрушают мертвые отходы до исходных простых минеральных биогенных соединений, включается замыкающее звено — биогенные минеральные вещества. Они фактически вновь становятся первыми, т.к. моментально поглощаются фотосинтезирующими растениями-автотрофами и вовлекаются в бесконечный биотический круговорот по схеме:

Минеральное вещество (биогены) à Растения («трава») à Животное растительноядное àХищник 1 порядка (Хищник 1) à Хищник IIà Хищник. . . п à («отходы») à Микроорганизмы-деструкторы à Минеральное вещество (биогены).

Продуценты, консументы и редуценты — основные функциональные группы организмов осуществляют и круговорот веществ в экосистемах. Деление всех живых организмов на автотрофов и гетеротрофов отражает способ их питания. По роли, которую живые организмы не зависимо от их принадлежности к какой-либо популяции выполняют в экосистеме, делятся на три основные функциональные группы: на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты (П) — это те же автотрофы, они продуцируют первичное органическое вещество в экосистеме.

Консументы (К) — гетеротрофные животные организмы, принадлежащие к первым звеньям трофической цепочки — потребляют готовое живое органическое вещество, созданное на предыдущих трофических уровнях. Их называют потребителями. В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:

- фитофаги (растительноядные) — это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву.

- хищники (плотоядные) — консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными.

- эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.

Редуценты (Р) — гетеротрофные микроорганизмы, замыкающие трофическую цепочку — являются разрушителями, деструкторами, минерализаторам и мертвого органического вещества (отходов экосистемы). Минерализуют его до исходных простых минеральных соединений.Существует два основных класса редуцентов:

- детритофаги — напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. (пример: шакалы, грифы, дождевые черви).

- деструкторы — разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения). Это грибы и микроскопические о бактерии.

Трофическая цепочка в функциональном аспекте будет выглядеть следующим образом: ààààààà Минеральное вещество à П àК1, К2 …..Кп à «отходы» à Р à Минеральное вещество.

Все популяции продуцентов, консументов и редуцентов тесно взаимодействуют через трофические цепи, поддерживая структуру и целостность биоценозов, согласуя потоки энергии и вещества, обусловливая тем самым регуляцию окружающей их среды. Трофическую структуру экосистем изображают графически в виде экологических пирамид энергетических потоков, численностей организмов и биомассы, основанием которых служит первый трофический уровень (продуценты), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды.

Пирамиды энергетических потоков. Наиболее полное представление о функциональной организации сообществ и оценки относительной роли популяций в их биотических сообществах дает пирамида энергии. При учете всех источников пищевой энергии в системе энергетическая пирамида всегда сужается кверху. Данные о численности организмов могут свидетельствовать о переоценке роли мелких организмов, а данные о биомассе — о переоценке роли крупных организмов. В озерах и морях вторичные и третичные консументы (рыбы, моллюски) в большинстве случаев являются крупными и весят больше продуцентов — фитопланктона. С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия. В результате количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается. Эта закономерность подчиняется правилу 10% (Р. Линдеман, 1942), которое гласит: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий её уровень по лестнице (продуцент — консумент — редуцент), в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды. Иначе, при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 10% передается на следующий уровень. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Поэтому длина пищевой цепи, как отмечалось выше, не превышает 4 — 5 звеньев. Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи или сети содержит определенное количество биомассы. Ее можно вычислить, если собрать все живые организмы с различных произвольно выбранных участков. Собранные экземпляры необходимо рассортировать по трофическим уровням, высушить и взвесить. Полученные данные в дальнейшем используются для построения пирамид биомасс для определенной экосистемы.

Пирамиды численностей и биомасс. Собирая, все образцы организмов в экосиситеме и подсчитав численность видов, обнаруженных на каждом трофическом уровне, можно создать пирамиду численностей экосистемы.

Размер каждого слоя пропорционален сухой массе на квадратный метр всех организмов на данном трофическом уровне.

Чистая первичная продуктивность растений. Скорость, с которой растения экосистемы производят полезную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). ЧПП равна скорости, с которой растения производят химическую энергию за исключением расхода химической энергии в процессе дыхания.

Вы здесь: Главная Экология Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 1