Что такое абиотический компонент
Что такое экосистема — ее типы, структура, компоненты и влияние человека на экосистемы
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Сегодня речь пойдет о природных сообществах, которые все вместе образуют биосферу (что это такое?).
Каждый живущий организм связан с внешней средой потоками вещества и энергиями, проходящими через его тело. Кроме этого, он взаимодействует с другими организмами, его окружающими.
Для того чтобы лучше изучить эти взаимодействия биосферу разбили на так называемые экосистемы, о которых мы сегодня и поговорим.
Экосистема — это.
Понятие «экосистема» (аббревиатура словосочетания «экологическая система») вошло в научную литературу с подачи английского ботаника А.Тенсли в 30-е годы прошлого столетия.
Под этим термином понимается биологическая система, которая состоит из совокупности живых организмов и природной среды их обитания. Эти два компонента находятся в постоянном взаимодействии, обмениваясь питательными веществами и энергией.
Экосистема не имеет чётко выраженных размеров и границ. Чаще всего её конуры определяются чисто географическими барьерами (моря, леса, пустыни, горы и т.д.). Экосистема может быть безбрежной, как океан, или совсем маленькой, как пенёк или лужица.
Размытость границ даёт основания утверждать, что по большому счёту наша планета – это одна огромная экосистема.
В ней есть всё необходимое для поддержания жизни её обитателей, и лишь свет поступает из космоса. Совокупность всех экосистем составляет биосферу Земли.
Типы экосистем
Экосистемы можно классифицировать по разным признакам. Если исходить из пространственного масштаба, то это:
По природному происхождению экосистемы делятся на:
В зависимости от источника жизнеобеспечения экосистемы бывают:
Все вышеперечисленные экосистемы входят в одну из двух категорий: наземную или водную. К первой относятся леса, степи, пустыни и т.д., ко второй – моря, реки, озёра, болота и т.д.
Структура и компоненты экосистемы
Экологическая система – это функциональная единица, в состав которой входят живые организмы (биоценоз) и неживая (абиотическая) окружающая среда. Эти компоненты находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, образуя устойчивую структуру.
Таким образом, любая экосистема находится под влиянием биотических и абиотических факторов. Но не только.
На дикую природу огромное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека (к сожалению, далеко не всегда положительное). Поэтому стоит добавить ещё один фактор – антропогенный.
Биотические компоненты – это растения, животные и микроорганизмы, которые можно разделить на 3 основные группы.
Образно выражаясь, живые организмы экосистемы выступают в трёх ипостасях: «кормильцы, «едоки» и «мусорщики».
Абиотические компоненты – это факторы внешней среды, оказывающие влияние на поведение, взаимодействие и распределение живых организмов. Они представлены тремя типами:
Антропогенные факторы проявляются в преобразовании природы человеком. Деятельность людей так или иначе сказывается на состоянии окружающей среды, а следовательно, и на условиях жизни её обитателей.
С ростом населения Земли и развитием цивилизации (что это такое?) влияние человечества на глобальную экосистему становится всё более существенным.
Все вышеперечисленные компоненты тесно взаимосвязаны между собой, поэтому изменение хотя бы одного из них нарушает исторически сложившийся баланс любой экосистемы.
Если эти изменения критичны (например, перемена климата, наводнение, радиоактивное заражение местности), последствия оказываются катастрофическими. Вспомните ледниковый период, всемирный потоп, извержение Везувия, Чернобыль.
До сих пор матушка-земля находила силы для восстановления после глобальных потрясений. Но ведь всему есть предел…
Экосистема и человек
Переделывая природу, чтобы приспособить её к своим постоянно растущим потребностям, люди изменяют среду обитания животных и растений, влияя таким образом на их существование. При этом воздействие может быть как прямым, так и косвенным.
Прямое воздействие касается непосредственно живых организмов. Например, браконьерство, уничтожение зон обитания растений и животных (вырубка лесов, осушение болот). Защитники природы не зря бьют тревогу по этому поводу и требуют усилить борьбу с разрушителями флоры и фауны.
Косвенное воздействие происходит путём опосредованного изменения условий окружающей среды (распашка земель, строительство плотин, вредные выбросы в атмосферу). Оно не так заметно, так как последствия проявляются не сразу, а постепенно.
Справедливо и то, что многие виды растений и животных исчезают и без вмешательства человека. Это естественный эволюционный процесс. Но в природе он идёт медленно, а уходящие виды уступают дорогу новым, более совершенным популяциям.
Человек же своей деятельностью (часто непродуманной и недальновидной) многократно ускорил темпы вымирания, и теперь приходится принимать экстренные меры для спасения отдельных экземпляров дикой природы (создание заповедников, занесение в «Красную книгу» и т.п.).
Известна фраза И.В.Мичурина:
Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у неё – наша задача.
К сожалению, эта задача часто толкуется превратно либо решается без должной ответственности перед грядущим поколением. Есть над чем задуматься.
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
Эта статья относится к рубрикам:
Комментарии и отзывы (3)
Сейчас если и есть где-то естественная экосистема, то существует она лишь потому, что человек туда ещё не добрался, например, в глубинах океанов. Идет вырубка лесов, строительство, животные вынуждены покидать свой ареал обитания. Если так и дальше дело пойдет, то мы в итоге уничтожим самих себя.
Хм, а я не согласна с Мичуриным. На мой взгляд, не нужно ничего брать от природы. Природа будет более здоровой и счастливой, если в неё не вмешиваться. Человек, своими грязными ручищами, только все портит.
Я бы с Вами согласился, если бы людей было несколько миллионов на планете и всем хватало бы пропитания без вмешательства в природу. А так Ваши рассуждения — это банальный штамп и желание покрасоваться, при этом кушая купленные в магазине продукты (результаты деятельности Мичурина и ему подобных).
Структура, основные компоненты и виды экосистем
Во второй половине ХХ в. сложилось представление о структурности материального мира. С позиций концепции современного естествознания говорят о следующих уровнях организации живой материи:
элементарные частицы → атомы → молекулы → протоплазма → клетки → ткани → органы → системы органов → организмы → популяции → сообщества → экосистемы → экосфера → земля → планеты → Солнечная система → галактика → Вселенная.
Основополагающим объектом изучения экологи и является взаимодействие пяти уровней организации материи — живых организмов, популяций, сообществ, экосистем и экосферы.
Живой организм — это любая форма жизнедеятельности.
Популяция — это динамичная группа организмов одного вида, проживающая в определенном районе. Примерами популяций являются все окуни в пруду, белки обыкновенные или дубы белые в лесах, население в отдельной стране или население Земли в целом.
Вид — это совокупность популяций особей, представители которых фактически или потенциально скрещиваются друг с другом в естественных условиях.
Каждый живой организм или популяция имеет свое местообитание — местность или тип местности, где они проживают. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемое сообщество.
Выделяют следующие основные виды природных экосистем:
Однородные участки суши или воды, заселенные живыми организмами, называются биотопами (местами жизни), а исторически сложившееся сообщество организмов разных видов, населяющих биотоп, — биоценозом или биомом.
Сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа (биотоп) образуют устойчивую и динамичную систему — биогеоценоз. Таким образом, биогеоценоз — это совокупность биома и биотопа. Каждый биогеоценоз характеризуется видовым разнообразием, численностью и плотностью популяции каждого вида, биомассой и продуктивностью.
В структуре биогеоценоза различают биотический и абиотический компоненты.
Абиотический компонент составляют:
Биотический компонент делится на автотрофный и гетеротрофный компоненты:
Структура биогеоценозов складывается в процессе эволюции, которая приводит к тому, что каждый вид занимает в экосистеме определенную нишу — место расположения данного вида в пространстве и в цепи питания.
Все организмы, взаимодействующие со средой, должны поддерживать динамическое равновесие — гомеостаз.
Экосистема и ее факторы
Продуценты, консументы и редуценты
Растения, преобразующие энергию солнечного света в энергию химических связей. Создают органические вещества, потребляемые животными.
Пищевые цепи
Взаимоотношения между организмами разных трофических уровней отражаются в пищевых цепочках (трофических цепях), в которых каждое предыдущее звено служит пищей для последующего звена. Поток энергии и веществ идет однонаправленно: продуценты → консументы → редуценты.
В естественных сообществах пищевые цепи часто переплетаются, в результате чего образуются пищевые сети. Это связано с тем, что один и тот же организм может быть пищей для нескольких разных видов. Например, филины охотятся на полевок, лесных мышей, летучих мышей, некоторых птиц, змей, зайцев.
Экологическая пирамида
Экологическая пирамида представляет собой графическую модель отражения числа особей (пирамида чисел), количества их биомассы (пирамида биомасс), заключенной в них энергии (пирамида энергии) для каждого уровня и указывающая на снижение всех показателей с повышением трофического уровня.
Существует правило 10%, которое вы можете встретить в задачах по экологии. Оно гласит, что на каждый последующий уровень экологической пирамиды переходит лишь 10% энергии (массы), остальное рассеивается в виде тепла.
Представим следующую пищевую цепочку: фитопланктон → зоопланктон → растительноядные рыбы → рыбы-хищники → дельфин. В соответствии с изученным правилом, чтобы дельфин набрал 1кг массы нужно 10 кг рыб хищников, 100 кг растительноядных рыб, 1000 кг зоопланктона и 10000 кг фитопланктона.
Агроценоз
Факторы экосистемы
К биотическим факторам относятся все живые существа и продукты их жизнедеятельности. Например: хищники регулируют численность своих жертв, животные-опылители влияют на цветковые растения и т.д. Это и самые разнообразные формы взаимоотношений между животными (нейтрализм, комменсализм, симбиоз).
В результате деятельности человека произошли глобальные изменения: над Антарктикой появились «озоновые дыры», ускорилось глобальное потепление, которое ведет к таянию ледников и повышению уровня мирового океана.
За миллионы лет эволюции растения и животные вырабатывают приспособления к тем условиям среды, где они обитают. Так у алоэ, растения живущего в засушливом климате, имеются толстые мясистые листья с большим запасом воды на случай засухи. У каждого организма вырабатывается своя адаптация.
Формируются привычные биологические ритмы (биоритмы): организм адаптируется к изменениям освещенности, температуры, магнитного поля и т.д. Эти факторы играют важную роль в таких событиях как сезонные перелеты птиц, осенний листопад.
Если адаптация не вырабатывается, или это происходит слишком медленно по сравнению с другими видами, то данный вид подвергается биологическому регрессу: количество особей и ареал их обитания уменьшаются и со временем вид исчезает. Иногда деятельность человека играет решающий фактор в исчезновении видов.
Закон оптимума
За пределами зоны оптимума начинается зона угнетения (пессимума). Если значение фактора лежит в зоне пессимума, то организм испытывает угнетение, однако процесс жизнедеятельности может продолжаться. Таким образом, зона пессимума лежит в пределах выносливости организма. За пределами выносливости организма происходит его гибель.
Фактор, по своему значению находящийся на пределе выносливости организма, или выходящий за такое значение, называется ограничивающим (лимитирующим). Существует закон ограничивающего фактора (закон минимума Либиха), гласящий, что для организма наиболее значим фактор, который более всего отклоняется от своего оптимального значения.
Метафорически представить этот закон можно с помощью «бочки Либиха». Смысл данной метафоры в том, что вода при заполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску, таким образом, длина остальных досок уже не играет роли. Так и наличие выраженного ограничивающего фактора сводит на нет благоприятность остальных факторов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Что такое абиотический компонент
Важнейшими составляющими абиотического компонента экосистемы помимо почв являются климатические и топографические факторы. Кроме того, в абиотический компонент может входить наличие волн, гейзеров, вулканов и прочие экзотические факторы.
К климатическим факторам относят свет, температуру, влажность и т. п. На интенсивность света влияет широта местности, время дня и года, а также наклон поверхности по отношению к горизонтали. Под действием света в растениях происходят фотосинтез и транспирация, благодаря свету животные видят. Организмы, живущие в областях с выраженной сменой времён года, выработали различные реакции на периодические изменения освещённости (у растений – цветение, опадание листьев, у животных – миграция, зимняя спячка). Необходимость света для нормальной жизнедеятельности приводит к ярусной структуре наземных сообществ, а в водных экосистемах ограничивает распространение большинства организмов поверхностными слоями воды.
Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 290 нм губительны для всего живого. Жизнь на Земле возможна только потому, что это излучение задерживается озоновым слоем атмосферы, и до поверхности доходит только длинноволновая часть УФ-излучения (300–400 нм). Но даже она обладает высокой активностью и может вызывать повреждение кожного покрова.
Каждый организм может существовать только в определённом диапазоне температур. При понижении температуры до 0 °C происходит замерзание воды, и клетка погибает. При высоких температурах белки денатурируют, теряя свои функции, и жизнь также становится невозможной.
У организмов с непостоянной температурой тела повышение температуры окружающей среды вызывает ускорение метаболических реакций. Млекопитающие и птицы развили способность к терморегуляции – поддержанию постоянной температуры тела. Наземные организмы выработали различные адаптационные механизмы, позволяющие уменьшить неблагоприятное воздействие температурных колебаний. В воде изменения температуры относительно невелики, и проблема приспособления организмов к колебаниям так остро не стоит.
Вода, как необходимое условие жизни, также является ограничивающим фактором в экосистемах. Водный баланс определяется выпадением осадков, дренажем и испарением воды; его смещение приводит к засухе либо, наоборот, к переувлажнению. Растения и животные, обитающие в засушливых местностях, приспособились к неблагоприятным условиям: они уменьшают потери воды (например, сбрасывают листья, снижают потоотделение или транспирацию, уменьшают площадь поверхности тела), увеличивают её потребление (длинные, глубоко проникающие корни), переживают неблагоприятный период в виде луковиц и клубней или в летней спячке.
Ветер увеличивает скорость испарения воды. Он влияет на рост растений на открытых участках, переносит семена и споры неподвижных растений и животных. Перемещения воздушных масс вызывают перераспределение осадков на поверхности Земли.
Исключительно важную роль играет и рельеф местности. Во-первых, топография сильно сказывается на климатических; горы могут являться климатическим барьером. Во-вторых, при изменении высоты местности над уровнем моря меняются температура, влажность, атмосферное давление. Крутизна склона и его ориентация по частям света (экспозиция) также оказывают большое влияние на экосистему.
Вода испаряется с поверхности океанов и морей, переносится ветром в виде туч и осадками выпадает на сушу. Часть воды испаряется с суши обратно в атмосферу, другая часть через грунтовые воды даёт начало рекам, третья часть поглощается организмами. По пути сквозь горные породы вода вымывает минеральные вещества; в конце концов они попадают в океан, изменяя с течением времени его состав. На круговорот воды в природе тратится огромная энергия: 10,5 ∙ 10 32 Дж в год (10 % всей получаемой Землёй от Солнца энергии).
Углерод поглощается из атмосферы растениями, растения поедаются животными. Скорость усваивания углерода растениями составляет 1,5 ∙ 10 11 т в год (для сравнения общая масса углерода в растениях составляет около 5 ∙ 10 11 т, в животных – 5 ∙ 10 9 т, в атмосфере – 6,4 ∙ 10 11 т). В результате дыхания часть углерода возвращается обратно в атмосферу. Из остаков мёртвых организмов углерод попадает в почву и накапливается там, образуя гумус, торф, каменный уголь, нефть, природный газ. В активном круговороте углерода участвует лишь небольшое количество этого элемента; огромные запасы углерода законсервированы в известняках и других породах. Сжигание этих веществ увеличивает содержание углекислого газа в атмосфере, что по некоторым данным увеличивает парниковый эффект.
Кратко остановимся на круговоротах других важнейших веществ.
Кислород выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу и поглощается из неё организмами во время дыхания, связываясь при этом в углекислом газе. Используется кислород и редуцентами – при разложении мёртвой органики. В верхних слоях атмосферы происходит взаимное превращение кислорода в озон и обратно под действием солнечных лучей. Небольшое количество кислорода фиксируется в полезных ископаемых.
Человек вносит заметные изменения в круговорот кислорода. Всё больше и больше кислорода связывается за счёт сжигания органического топлива (каменного угля, нефти, газа). Использование хлорфторуглеводородов (например, фреона) истончает озоновый слой, который защищает всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей.
Большинство живых организмов не могут усваивать азот в газообразной форме. Исключением являются только некоторые бактерии и сине-зелёные водоросли (при этом некоторые бактерии наоборот восстанавливают нитраты до молекулярного азота). В растениях азотсодержащие соли преобразуются в органические соединения, которые передаются дальше по цепям питания. Обратно в среду соединения азота попадают с мочой или уже после гибели организма.
Чрезмерное использование азотистых удобрений приводит к увеличению содержания нитратов в пищи. Кроме того, растения усваивают лишь часть (меньшую часть) удобрений, а остальное смывается дождями в водоёмы, что в конечном итоге приводит к зарастанию водоёмов водорослями.
Сера поступает в пищевые цепи через растения. Сера содержится в любом организме как составная часть протеинов. После гибели организма сера редуценты разлагают серосодержащие соединения до сульфатов и сероводорода (последний является причиной характерного запаха, например, от тухлых яиц). Окисление и восстановление серы также производится с участием бактерий-продуцентов.
Накапливаясь в горных породах и полезных ископаемых, сера постепенно выводится из круговорота. Обратно она возвращается с вулканическими газами и в процессе выветривания горных пород.
Сжигание полезных ископаемых приводит к выбросу в атмосферу оксида серы SO3. Растворяясь в дождевой воде, это вещество вызывает кислотные дожди, губительно действующие на наземные и водные экосистемы.
В отличие от других макроэлементов из круговорота фосфора исключена газообразная форма; в атмосфере он может присутствовать только в виде пыли. В пищевую цепь фосфор поступает в виде фосфатов, преобразуясь в продуцентах в органические вещества. После гибели организма редуценты разлагают органику с выделением фосфатов, замыкая круговорот фосфора. Часть фосфора изымается из круговорота в осадочных породах; обратно этот фосфор возвращается в процессе выветривания.
Человек вносит на поля фосфатные удобрения; большая часть из них смывается в водоёмы. При изобилии фосфатов начинается взрывообразный рост одноклеточных водорослей – водоёмы «цветут». Редуценты перестают справляться с разложением отмерших водорослей, и над водоёмом появляется характерный запах. Кроме того, при разложении отмерших водорослей расходуется большое количество кислорода; его перестаёт хватать рыбам и другим водным животным.
Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты
Содержание:
Содержание:
Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты и их роль
Экосистема (или биогеоценоз) – это открытая, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся биологическая система, состоящая из взаимодействующих между собой организмов живой природы (биоценоз) и окружающей их неживой среды (биотоп). Озеро, степь, лес, болото – типичные примеры природных экосистем.
ЭКОСИСТЕМА = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП
Термин «экосистема» был предложен ботаником А. Тенсли в 1935 году. Он считал, что любая совокупность живых организмов, как органического компонента, и неживой природы, как неорганического компонента, формирует экосистему. Для А. Тенсли органика и неорганика в экосистеме равноценные части, которые нельзя исключать.
Классификация экосистем
По происхождению все экосистемы делят на природные (естественные), антропогенные (искусственные) и социоприродные (смешанные).
По источнику получаемой энергии экосистемы делятся на автотрофные и гетеротрофные.
В экосистеме выделяют два основных компонента:
Биотический компонент подразделяется на автотрофный и гетеротрофный:
— автотрофный – это организмы, называемые продуцентами, которые сами производят органическое вещество из простых неорганических веществ с использованием энергии солнечного света (фотоавтотрофы) или энергии, выделяющейся при химических реакциях (хемоавтотрофы). К группе автотрофных организмов принадлежат все зеленые растения и некоторые представители бактерий, способные фотосинтезировать. Простыми неорганическими веществами для фотоавтотрофов служат углекислый газ и вода. В процессе жизнедеятельности они образуют на свету органические вещества – углеводы или сахара. Кислород выделяется как побочный продукт:
Хемоавтотрофы используют энергию химических связей. Типичными представителями являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммиак сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты:
Выделившаяся при этих реакциях химическая энергия (Q) используется бактериями для образования органических веществ в процессе восстановления углекислого газа до углеводов.
— гетеротрофный – это организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества. Сами они не могут производить органические соединения, поэтому получают их в готовом виде. К гетеротрофам принадлежат консументы и редуценты.
Консументы – это гетеротрофные организмы, потребляющие готовое органическое вещество, созданное продуцентами, и использующие его как источник энергии и питательного материала. Все животные, некоторые микроорганизмы и паразитические растения являются консументами. Консументы делятся на фаготрофов, питающихся животными и растительными организмами, и сапротрофов, питающихся мертвыми остатками.
Классификация консументов:
Редуценты, или деструкторы – это микроорганизмы (бактерии, грибы), которые разлагают все растительные и животные остатки до простых неорганических соединений.
К абиотическим факторам относятся влияния неживой природы: свет, температура, влажность.
Видовая и пространственная структуры экосистемы
При рассмотрении любых экосистем в горизонтальном и вертикальном направлении, можно отметить неоднородность расположения в них живых организмов.
Видовая структура экосистемы – это многообразие видов, их взаимодействие и соотношение численности. Различные сообщества, состоящие из разных видов, образуют видовое разнообразие экосистемы. Например, в степи на площади 100 м 2 произрастают растения, принадлежащие к 100 разным видам.
Видовая структура экосистемы определяется также и соотношением численности особей разных видов в экосистеме. Например, в одном лесу могут обитать около 10 видов птиц по 100 особей каждого вида. В другом лесу то же количество видов включает неоднородное соотношение особей каждого вида: особи одних видов по численности могут превосходить другие виды, и наоборот. Виды, в популяции которых содержится наибольшее количество особей, называются доминантами. Например, в степях доминантами являются ковыль и типчак, так как именно представители этих видов преобладают в экосистеме по численности. Доминанты определяют структуру экосистемы и, как правило, не имеют врагов, что дает им заметное преимущество к процветанию.
Эдификатор — основной образователь среды. Обычно доминирующий вид является и эдификатором. Например, сосна в сосновом бору считается как доминантом, так и эдификатором. Во-первых, по биомассе сосна значительно превосходит остальные организмы данной экосистемы, а во-вторых, она создает условия для существования “соседей”, затеняя нижние ярусы, окисляя почву.
Пространственная структура экосистемы – это расположение популяций разных видов в экосистеме. Пространственная структура экосистемы бывает вертикальной и горизонтальной. Растительность определяет главным образом вертикальную структуру экосистемы. Совокупность растений одинаковой высоты формирует ярусы. Выделяют около пяти ярусов, образованных разными жизненными формами растений: древесный (верхний и нижний), кустарниковый, кустарниково-травяной, мхово-лишайниковый. Высокие деревья (сосна, ель, дуб, береза) составляют верхний (первый) ярус. Далее располагаются деревья пониже (рябина, осина, черемуха, яблоня), образующие второй ярус. Затем идут кустарники (шиповник, жимолость, крушина, ежевика), формирующие третий ярус. Мхи, низкорослые травы и лишайники создают самый нижний ярус.
Ярусное расположение растительности определяется, прежде всего, их неодинаковой потребностью в солнечном свете: верхний ярус занимают светолюбивые растения, под пологом которых прячутся теневыносливые.
Животные также могут занимать тот или иной растительный ярус, практически не покидая его.
Ярусность бывает не только надземная, но и подземная. Почвенную ярусность определяет характер залегания корневой системы различных растений. Корни наиболее высоких деревьев проникают на большую глубину, чем корни кустарников, ближе к поверхности располагаются корни мелких травянистых растений, а непосредственно на ней — мхи. При этом, в поверхностных слоях почвы корней значительно больше, чем в глубинных.
Горизонтальная структура экосистемы (мозаичность) – это неравномерное распределение популяций отдельных видов по площади. Мозаичность возникает вследствие неоднородности рельефа почвы, а также может быть результатом деятельности человека (например, кострища, выборочная рубка). Животные тоже оказывают влияние на горизонтальную структуру экосистемы (вытаптывание копытными травостоя, образование муравейников).
Вертикальная и горизонтальная структуры экосистемы позволяют организмам наиболее эффективно использовать световой поток, минеральные вещества почвы и влагу.
Трофические уровни. Цепи и сети питания, их звенья
Трофический (пищевой) уровень — комплекс организмов с одинаковым типом питания, занимающих определенное положение в пищевой цепи.
Классификация трофических уровней:
Особи одного вида могут занимать несколько трофических уровней в зависимости от источников пищи (например, белый медведь, потребляя ягоды, считается консументом I порядка, но, поедая грызуна, становится консументом II порядка).
Заключенная в одних организмах энергия потребляется другими организмами в процессе круговорота веществ. Перенос энергии и пищи от ее источника — автотрофов (продуцентов) через ряд организмов происходит по пищевой цепи, путем поедания одних организмов другими. Пищевая цепь — это ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Число звеньев в ней может быть различным, но обычно их бывает 3 — 5.
Пищевые цепи подразделяются на:
Пастбищные пищевые цепи – это цепи выедания. Основным источником пищи здесь являются зеленые растения (продуценты).
Детритные пищевые цепи – это цепи разложения, где в качестве главного источника пищи используются отмершие останки. Органические останки, или детрит, формируют начало детритных пищевых цепей.
Значение пищевой цепи:
Пищевые цепи не изолированы друг от друга. Они взаимодействуют между собой, формируя пищевые сети. Пищевая сеть – это условное образное обозначение трофических взаимоотношений продуцентов, консументов и редуцентов в сообществе. Оценивая схемы пищевых цепей, можно отметить, что каждый организм питается только каким-то определенным организмом. На самом деле, это не всегда так. Как правило, живые организмы могут использовать в качестве источника пищи организмы из разных популяций. Даже организмы из смежных пищевых цепей могут выступать для них компонентом питания. Таким образом, возможно переплетение пищевых цепей с образованием пищевых сетей.
Правила экологической пирамиды
На каждом последующем уровне продукция примерно в 10 раз меньше предыдущего. Это правило экологических пирамид в 1927 году объявил зоолог Чарлз Элтон для отображения экологической структуры. Структурой для построения экологических пирамид служат пищевые цепи. Чарлз Элтон разработал графическую модель в форме пирамиды, основание которой занимают продуценты. Объем каждого верхнего этажа по сравнению с предыдущим уменьшается. Над уровнем продуцентов залегает уровень консументов I порядка. Выше находятся консументы остальных порядков.
Позже эколог Р. Линдеман в 1942 году вывел правило 10%: на каждый следующий более высокий трофический уровень переходит около 10% энергии предыдущего уровня. 90% энергии при переносе ее от звена к звену рассеивается в виде тепла. Поэтому, в связи с колоссальной потерей энергии, количество трофических уровней ограничено и не превышает четырех-пяти звеньев. Чем дальше от начала располагаются звенья цепи, тем меньше энергии достается следующим трофическим уровням.
Энергия (C) тратится на разнообразные процессы жизнедеятельности организмов. Часть идет на построение клеток, а именно на прирост (P). Часть расходуется на прохождение энергетического обмена (R) и на процесс дыхания (i). Некоторая часть энергии выводится из организма в качестве неусвояемых продуктов жизнедеятельности (F). Следовательно, общее количество энергии будет складываться из отдельных составляющих:
Очевидно, что не все слагаемые будут переходить на следующий трофический уровень. Например, энергия, затраченная на дыхание, уходит из экосистемы. Таким образом, каждый последующий уровень всегда будет получать меньше энергии, чем первоначально содержится в предыдущем.
Правило 10% (принцип Линдемана) – основной закон пирамиды энергии.
Типы экологических пирамид:
Экологическая пирамида может быть перевернута основанием вверх, то есть предыдущие уровни могут иметь меньшую плотность и биомассу, чем последующие. Основным фактором для этого служит высокая скорость воспроизводства популяции жертвы. Например, множество насекомых, обитающих на одном дереве.
Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания)
Схемы цепей питания позволяют нам получить полную информацию о кормовой структуре биогеоценоза. В отличие от обычного бессвязного перечисления видов той или иной экосистемы, схемы передачи веществ и энергии дают возможность проследить взаимоотношения между видами разных популяций, построенных на принципе «пища-потребитель».
Поскольку вещество и энергия постоянно перемещаются, важно также знать направление этого потока.
Типичная трофическая цепь записывается линейно. В зависимости от типа пищевой цепи, определяют организм, расположенный в начале. Если целью служит запись пастбищной пищевой цепи, то сначала записывают продуцента (любое растение, способное к фотосинтезу). За продуцентом следуют консументы всех возможных порядков. Между организмами, записанными в строку, рисуют стрелки. Направление стрелок позволяет понять, в какую сторону движется энергия и вещество. Например, трава → кузнечик → мышь → куница → орел. Трава, являясь продуцентом, служит пищей для кузнечиков (консументы первого порядка), которые, в свою очередь, становятся пищей для мышей (консументы второго порядка). Мышами питаются куницы (консументы третьего порядка), а куниц поедают орлы (консументы четвертого порядка). Стрелки показывают направление движения веществ и энергии от травы к орлам.
В детритной пищевой цепи место продуцента занимает детрит — мертвое органическое вещество, которое потребляют консументы первого порядка. Например, мертвое животное → муха → лягушка → змея.
Как правило, при выполнении заданий, перечисляется только список видов, обитающих в экосистеме, а пищевые взаимоотношения между ними приходится определять самому. Сделать это просто. Сначала нужно проанализировать способ питания организмов. При наличии в списке продуцента, именно он выделяется в первую очередь. Обычно, продуцентами в пищевых цепях являются зеленые растения.
Далее выбирается гетеротрофный организм, питающийся растительной пищей, или фитофаг. Затем, хищное животное, поедающее фитофагов и т.д.
Если в предложенном списке организмов отсутствует продуцент, тогда выбирается детрит. В остальном система составления пищевых цепей одинакова.