Биотические факторы, их общая характеристика.

Биотические факторы - (от греч. biotikos - жизненный), совокупность влияний, оказываемых на живые организмы деятельностью других организмов. Одни живые существа служат пищей для других, способствуют их размножению (насекомые-опылители) и расселению (перенос семян различными животными), оказывают хим. воздействие (токсины бактерий, антибиотики, фитонциды и др.), могут быть средой их обитания (напр., хозяева для паразитов) и т.д. Действие Б. ф. может быть и косвенным, напр. растения, почвенные микроорганизмы и животные могут изменять состав и структуру почвы и тем самым влиять на др. организмы. Действия Б. ф, в наиб, отчётливой форме проявляются в природных сообществах организмов - биоценозах и в создаваемых человеком агробиоценозах (напр., влияние сорных растений на урожайность с.-х. культур, почвенной фауны на структуру почвы и др.).

К важнейшим биотическим факторам относятся наличие пищи, пищевые конкуренты и хищники.

1) Нейтрализм (0 0) – популяции не оказывают никакого воздействия друг на друга.

2) Конкуренция (- -) – форма взаимодействия популяций, нуждающихся в сходном ресурсе, которого мало. Ресурс: пища, свет, пространство и т.д.

Конкуренция бывает 2 видов:

а) симметричная – оба вида конкурируют одинаково сильно;

б) ассиметричная – один из видов оказывает более сильное воздействие на другой.

Результаты конкуренции:

а) устанавливается равновесие между двумя видами;

б) полное вытеснение одного из видов (если один из видов обладает большей скоростью роста);

в) один из видов подавляется, но не может уйти (численность его низка, как и плодовитость).

Принцип конкурентного исключения Гаузе (1934г.):

Два вида в стабильном сообществе не могут существовать совместно, один из них обязательно будет подавлен или вытеснен.

У растений формой конкуренции может являться способность выделять химические вещества, направленные на подавление конкуренции – аллелопатические взаимодействия:

а) микроорганизмы → на микроорганизмы – выделяя антибиотики;

б) микроорганизмы → на высшие растения – маразмины;

в) высшие растения → на высшие растения – колины;

г) высшие растения → на микроорганизмы – фитонциды.

У животных – выделение аттрактантов (привлекатели) и реппелентов (отталкиватели).

Таким образом, конкуренция – мощный фактор, который обеспечивает эволюционное развитие вида, а также более эффективное использование в биоценозе различных ресурсов.

3) Хищничество (+ -) – все взаимодействия, при которых одни организмы (хищники) используют в пищу другие (жертвы).

Хищничество – главная сила, обеспечивающая передвижение вещества и энергии в экосистеме.

3 способа классификации хищников:

а) Таксономический:

- энтомофаги – едят беспозвоночных животных;

- плотоядные хищники – едят позвоночных животных;

- растительноядные – растения;

- всеядные.

б) Функциональный:

- истинные хищники – убивают за свою жизнь множество жертв (сразу при нападении), поедая ее целиком, либо частично (тигры, волки, божьи коровки, насекомоядные растения, киты-фильтраторы, дафнии, циклопы).

- пастбищные хищники – в течение жизни используют большое число жертв, съедая, как правило, часть от них. Чаще вредны, но редко приводят к гибели (травоядные позвоночные, двукрылые насекомые, пиявки).

- паразиты – поедают только часть своей жертвы (хозяина), с такими же, как и во втором случае, последствиями. Отличаются тем, что проводят свою жизнь в одной или очень немногих особях, с которыми они живут всю жизнь (печеночная двуустка, ленточные черви, вирус кори, туберкулезная палочка, фитопатогенные грибы, омела, тля и т.д.).

- паразитоиды – организмы, ведущие паразитический образ жизни только на стадии личинки (перепончатокрылые и многие виды двукрылых насекомых).

в) По избирательности питания:

- неспециализированные хищники – животные, у которых отсутствует или почти отсутствует избирательность питания. Большинство пастбищных хищников (кролики, жвачные копытные). Значение: вследствие безвыборочного питания поддерживается высокое биологическое разнообразие жертв, т.к. снижается конкуренция между разными видами жертв.

- специализированные хищники – питаются одним или немногими видами. Жертва определяется ее возможной доступностью. Уничтожаются жертвы больные, травмированные, либо особи низшего ранга, поэтому, эту функцию хищников рассматривают как санитарную.

4) Паразитизм (+ -) – межвидовые отношения, при которых один вид (паразит) использует другого (хозяина) как среду жизни и источник питания.

Паразит живет на одном хозяине или немногих, деля вместе с ним пищу, или питаясь соками хозяина.

Приспособления к паразитизму:

а) наличие защитных покровов (особая кутикула, защищающая от механических и химических воздействий со стороны хозяина);

б) органы прикрепления (присоски, крючья, присасывающие щели);

в) редукция многих систем органов (органы чувств, кровообращения, дыхания, пищеварения и т.д);

г) смена хозяев в жизненном цикле паразита (для расселения);

д) чрезвычайная плодовитость (закон большого числа яиц у паразитов).

5) Комменсализм (нахлебничество) (+ 0) – вид взаимоотношений, когда один из партнеров (комменсал) питается остатками пищи или продуктами выделения другого (хозяина), не причиняя последнему вреда.

Комменсал может использовать хозяина для защиты, средства передвижения, питания за его счет.

Пример: песцы в тундре следуют за белыми медведями, доедая остатки его пищи; многие птицы кормятся на крупных копытных животных.

Если поедание пищи хозяина начинает вредить хозяину, то комменсализм переходить в конкуренцию или паразитизм.

6) Мутуализм (+ +) – форма симбиоза, означающая взаимовыгодное сожительство разных видов.

а) облигатный мутуализм – форма взаимодействия, когда оба вида существовать друг без друга не могут.

Пример: лишайники – симбиоз водоросли и гриба; микориза – симбиоз высших растений и грибов.

б) факультативный мутуализм – виды извлекают обоюдную пользу, но могут существовать и друг без друга.

Пример: муравьи и тли.

7) Синойкия (квартиранство) (+ 0) – совместное проживание организмов разных видов, полезное для одного и безразличное для другого.

Один из организмов использует другой как субстрат для заселения, средство перемещения.

Пример: рыбы-прилипалы на теле акулы.

Виды синойкии:

а) эпойкия – поверхностное размещение более мелких организмов на телах более крупных. Пример: кишечнополостные располагаются на раковинах моллюсков.

б) энтойкия – мелкие организмы размещаются внутри крупных. Пример: мелкие коралловые рыбки живут в полости коралловых полипов.

У растений поверхностное размещение одних видов на других – эпифитность – мхи и лишайники размещаются на телах высших растений.

 

 

16.Конкуренция и паразитизм.

Одум дает классификацию межпопуляционных взаимодействий. Он обозначил выгоду во взаимодействиях между популяциями – «+», отрицательное влияние популяций друг на друга – «–», нейтральный исход – «0». Виды межпопуляционных взаимодействий:

Нейтрализм (0 0) – популяции не оказывают никакого воздействия друг на друга.

Конкуренция (- -) – форма взаимодействия популяций, нуждающихся в сходном ресурсе, которого мало. Ресурс: пища, свет, пространство и т.д.

Конкуренция бывает 2 видов:

а) симметричная – оба вида конкурируют одинаково сильно;

б) ассиметричная – один из видов оказывает более сильное воздействие на другой.

Результаты конкуренции:

а) устанавливается равновесие между двумя видами;

б) полное вытеснение одного из видов (если один из видов обладает большей скоростью роста);

в) один из видов подавляется, но не может уйти (численность его низка, как и плодовитость).

Принцип конкурентного исключения Гаузе (1934г.):

Два вида в стабильном сообществе не могут существовать совместно, один из них обязательно будет подавлен или вытеснен.

У растений формой конкуренции может являться способность выделять химические вещества, направленные на подавление конкуренции – аллелопатические взаимодействия:

а) микроорганизмы → на микроорганизмы – выделяя антибиотики;

б) микроорганизмы → на высшие растения – маразмины;

в) высшие растения → на высшие растения – колины;

г) высшие растения → на микроорганизмы – фитонциды.

У животных – выделение аттрактантов (привлекатели) и реппелентов (отталкиватели).

Таким образом, конкуренция – мощный фактор, который обеспечивает эволюционное развитие вида, а также более эффективное использование в биоценозе различных ресурсов.

Паразитизм (+ -) – межвидовые отношения, при которых один вид (паразит) использует другого (хозяина) как среду жизни и источник питания.

Паразит живет на одном хозяине или немногих, деля вместе с ним пищу, или питаясь соками хозяина.

Приспособления к паразитизму:

а) наличие защитных покровов (особая кутикула, защищающая от механических и химических воздействий со стороны хозяина);

б) органы прикрепления (присоски, крючья, присасывающие щели);

в) редукция многих систем органов (органы чувств, кровообращения, дыхания, пищеварения и т.д);

г) смена хозяев в жизненном цикле паразита (для расселения);

д) чрезвычайная плодовитость (закон большого числа яиц у паразитов).

17.Хищничество и комменсализм.

Хищничество (+ -) – все взаимодействия, при которых одни организмы (хищники) используют в пищу другие (жертвы).

Хищничество – главная сила, обеспечивающая передвижение вещества и энергии в экосистеме.

3 способа классификации хищников:

а) Таксономический:

- энтомофаги – едят беспозвоночных животных;

- плотоядные хищники – едят позвоночных животных;

- растительноядные – растения;

- всеядные.

б) Функциональный:

- истинные хищники – убивают за свою жизнь множество жертв (сразу при нападении), поедая ее целиком, либо частично (тигры, волки, божьи коровки, насекомоядные растения, киты-фильтраторы, дафнии, циклопы).

- пастбищные хищники – в течение жизни используют большое число жертв, съедая, как правило, часть от них. Чаще вредны, но редко приводят к гибели (травоядные позвоночные, двукрылые насекомые, пиявки).

- паразиты – поедают только часть своей жертвы (хозяина), с такими же, как и во втором случае, последствиями. Отличаются тем, что проводят свою жизнь в одной или очень немногих особях, с которыми они живут всю жизнь (печеночная двуустка, ленточные черви, вирус кори, туберкулезная палочка, фитопатогенные грибы, омела, тля и т.д.).

- паразитоиды – организмы, ведущие паразитический образ жизни только на стадии личинки (перепончатокрылые и многие виды двукрылых насекомых).

в) По избирательности питания:

- неспециализированные хищники – животные, у которых отсутствует или почти отсутствует избирательность питания. Большинство пастбищных хищников (кролики, жвачные копытные). Значение: вследствие безвыборочного питания поддерживается высокое биологическое разнообразие жертв, т.к. снижается конкуренция между разными видами жертв.

- специализированные хищники – питаются одним или немногими видами. Жертва определяется ее возможной доступностью. Уничтожаются жертвы больные, травмированные, либо особи низшего ранга, поэтому, эту функцию хищников рассматривают как санитарную.

 

Комменсализм (нахлебничество) (+ 0) – вид взаимоотношений, когда один из партнеров (комменсал) питается остатками пищи или продуктами выделения другого (хозяина), не причиняя последнему вреда.

Комменсал может использовать хозяина для защиты, средства передвижения, питания за его счет.

Пример: песцы в тундре следуют за белыми медведями, доедая остатки его пищи; многие птицы кормятся на крупных копытных животных.

Если поедание пищи хозяина начинает вредить хозяину, то комменсализм переходить в конкуренцию или паразитизм.

 

18.Мутуализм и синойкия.

Мутуализм (+ +) – форма симбиоза, означающая взаимовыгодное сожительство разных видов.

а) облигатный мутуализм – форма взаимодействия, когда оба вида существовать друг без друга не могут.

Пример: лишайники – симбиоз водоросли и гриба; микориза – симбиоз высших растений и грибов.

б) факультативный мутуализм – виды извлекают обоюдную пользу, но могут существовать и друг без друга.

Пример: муравьи и тли.

 

Синойкия (квартиранство) (+ 0) – совместное проживание организмов разных видов, полезное для одного и безразличное для другого.

Один из организмов использует другой как субстрат для заселения, средство перемещения.

Пример: рыбы-прилипалы на теле акулы.

Виды синойкии:

а) эпойкия – поверхностное размещение более мелких организмов на телах более крупных. Пример: кишечнополостные располагаются на раковинах моллюсков.

б) энтойкия – мелкие организмы размещаются внутри крупных. Пример: мелкие коралловые рыбки живут в полости коралловых полипов.

У растений поверхностное размещение одних видов на других – эпифитность – мхи и лишайники размещаются на телах высших растений.

19.Учение о биоценозе. Понятие и признаки биоценоза.

Биоценоз – любая совокупность организмов различных видов, существующая в одном и той же местообитании и взаимодействующая посредством пищевых (трофических) и пространственных взаимоотношений.

Признаки сообщества:

1) Устойчивая, саморегулирующаяся система;

2) Характеризуется разнообразием видов, составляющих биоценоз;

3) Характеризуется неравномерностью распределения видов по экологическим нишам;

4) Характеризуется долголетием своего существования.

По Тишлеру:

1) Сообщество всегда возникает из готовых частей, имеющихся в окружающей среде;

2) Части сообщества заменимы (один вид или комплекс видов может заменить место другого со сходными экологическими требованиями без ущерба для всей экосистемы);

3) Сообщества основаны на количественной регуляции численности одних видов другими;

4) Сообщества имеют расплывчатые границы, иногда неуловимо переходя одно в другое.

Биоценоз (сообщество) + биотоп (окружающая среда) = биогеоценоз (экосистема). Термин биоценоз ввел в 19 веке К. Мёбиус; учение о биоценозах создал Тишлер; учение о биогеоценозах – Сукачев (1942г.); об экосистемах – Тенсли (1937г.).

 

20.Отношения между видами в биоценозе.

В биоценозе виды вступают между собой в многочисленные отношения, определяющиеся требованиями их к условиям жизни в сообществе.

Экологическая ниша – то положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды.

Беклемишев выделил 4 типа отношений в сообществах:

1) Трофические отношения – один вид питается другими (живыми особями или их останками);

2) Топические отношения – характеризуют любое изменение физических или химических условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Например: создание одним видом среды для другого (использование нор одного вида другим без принесения вреда);

3) Форические отношения – это участие одного вида в распространении другого.

Например: перенос животными спор, семян, пыльцы растений – зоохория. Перенос животными более мелких животных – форезия (пассивная и активная);

4) Фабрические отношения - тип биоценотических связей, в которые вступает вид, используя либо мертвые останки, либо живых особей другого вида, но не для питания (птица для построения гнезда используют траву и листья, шерсть и пух).

 

21.Структура биоценозов.

1) Видовая структура

– разнообразие видов, населяющих сообщество и соотношение их численности и биомассы. Различают бедные и богатые биоценозы.

Бедные – в северных тундрах; по влияниям антропогенного пресса; после катастроф; только что сформировавшиеся биоценозы; агроценозы.

Богатые – если условия абиотической среды приближены к оптимальным. Богатство сообщества зависит от видов-эдификаторов – это растительные или животные организмы, которые своей жизнедеятельностью создают среду для всего сообщества.

Например: в еловом лесу эдификатор – ель; в сосновом – сосна.

2) Пространственная структура

– определяется сложением растительной части фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений.

Структурная единица вертикального разделения биоценозов – ярус. Ярусность возникает при совместном существовании разных по высоте растений. 1 ярус – деревья-эдификаторы (дуб, липа, клен). 2 ярус – средние деревья (рябина, яблоня, груша). 3 ярус – подлесок (лещина, крушина). 4 ярус – высокие травы (чина, ястребинка). 5 ярус – низкие травы (осоки). 6 ярус – самые низкие травы (седмичник). 7 ярус – мхи. 8 ярус – лишайники.

Ярусность у насекомых: 1 ярус – геобии – в почве; 2 ярус – гепертобии – обитатели наземного поверхностного слоя; 3 ярус - бриобии – обитатели мхов; 4 ярус – филиобии – обитатели травянистого покрова; 5 ярус – аэробии – обитатели высоких ярусов.

Парцелла – структурная часть горизонтального разделения биоценозов, отличающаяся от других частей составом, свойством своих компонентов, спецификой связей и энергетическим обменом. Парцеллы обособлены друг от друга в пространстве. Например: одиночное дерево на опушке леса – хорошо очерченная парцелла.

3) Экологическая структура

– соотношения экологических групп организмов, характеризующие экологическую структуру сообщества (см. экологическая ниша). Виды, выполняющие одни и те же функции в сходных биоценозах, но разобщенных географически - викарирующие виды (одна и та же экологическая ниша у куницы в европейской тайге, а у соболя – азиатской тайге).

22.Динамика биоценозов.

Биоценоз динамичен, в нем происходит постоянные изменения в условиях жизнедеятельности его особей и в соотношениях численности популяций.

Различают 2 типа изменения сообществ:

1) Циклические изменения – характеризующиеся суточной и сезонной периодичностью внешних условий.

а) Суточные изменения – выражается тем сильнее, чем значительнее разница температур, влажности и др. факторов среды днем и ночью. Пример: животные пустынь.

б) Сезонные изменения – изменения не только в состоянии активности, но и количественного соотношения видов в зависимости от сезонных миграций, отмираний и т. д.

в) Многолетние изменения – зависит от изменений по годам метеорологических условий, степени разлива рек, вспышек размножения или массового мора.

2) Пространственные изменения – в конечной степени приводят к смене одного сообщества другим, с иным свойством видов.

а) Экзогенетические смены – изменения, причиной которых являются внешние причины, не зависящие от процессов, протекающих внутри сообщества. Пример: при изменении внешних климатических условий (потепление климата, изменение влажности) биоценоз луга → биоценоз степи → биоценоз пустыни.

б) Эндогенетические смены – изменения, возникающие в результате процессов, происходящих внутри сообщества. Пример: при вспышке численности насекомых фитофагов биоценоз луга может превратиться в биоценоз пустыни.

в) Дегрессионные смены – если происходит упрощение, обеднение биоценоза. Обычно связаны с антропической деятельностью. Пример: образование сообщества техногенной пустоши близ крупных промышленных предприятий.

Динамика сообществ.

Биоценоз (сообщество организмов разных видов) динамичен, т.е. в нем происходят постоянные изменения в условиях жизнедеятельности его особей и в соотношении их численности. Все изменения носят циклический (периодический) характер

Циклические изменения – изменения, характеризующиеся суточной, сезонной и многолетней периодичностью условий жизнедеятельности сообщества.

а) Суточные изменения – изменения состояния активности организмов, составляющих биоценоз. Выражаются тем сильнее, чем значительнее разница температур, влажности и др. факторов среды днем и ночью. Пример: животные пустынь активны ночью, когда жара спадает.

б) Сезонные изменения – изменения не только состояния активности, но и количественного соотношения особей. Зависят от сезонных миграций, отмираний и т. д. Пример: летом численность организмов в сообществе значительно выше, чем зимой.

в) Многолетние изменения – зависят от изменений по годам метеорологических условий, степени разлива рек, вспышек размножения или массового мора животных или растений и т.д. Пример: вспышка численности паразита, происходящая один раз за несколько лет, приводит к снижению численности особей вида-жертвы.

Развитие биоценозов связано с понятием сукцессия – последовательное замещение биоценозов в каком-либо местообитании в ходе закономерного продвижения сообщества к устойчивому состоянию.

Различают:

а) первичные сукцессии – освоение живыми организмами тех местообитаний, которые никогда ранее не были заселены.

Пример: лишайники – пионерный организм на выгоревшем участке почвы;

б) вторичные сукцессии – возникновения в первичных сукцессиях организмов, которые ранее составляли сообщество, но исчезли из него в результате климатических, геологических или антропогенных факторов.

Пример: восстановления сообщества леса на выгоревшем участке.

Пример сукцессии:

На выгоревшем участке леса нет организмов → первыми появляются лишайники (первичная сукцессия) → лишайники своей жизнедеятельностью создают среду для появления мхов и травянистых растений → далее появляются полукустарники и кустарники → деревья (вторичная сукцессия).

Т.о. результат сукцессии – формирование климаксного сообщества, т.е. такого сообщества, которое является наиболее оптимальным для данного местообитания.

 

 

23.Классификация биоценозов.

I. По типу среды:

1) Наземные;

2) Пресноводные;

3) Морские.

II. По размерам и составу видов:

1) Биомы;

2) Ассоциации;

3) Синузии.

1) Биома – однородное сообщество, не зависящее от состава растительности, занимающее большое пространство и регулирующееся макроклиматом.

Пример: африканская саванна.

2) Ассоциации – локальные, хорошо очерченные группировки видов.

Пример: луг, опушка леса.

3) Синузии – небольшие сообщества, имеющие свою индивидуальность и пространственно ясные ограничения.

Пример: ствол мертвого дерева, труп животного.

 

24.Развитие биоценозов. Понятие сукцессии.

Развитие биоценозов связано с понятием сукцессия – последовательное замещение биоценозов в каком-либо местообитании в ходе закономерного продвижения сообщества к устойчивому состоянию.

Различают:

а) первичные сукцессии – освоение живыми организмами тех местообитаний, которые никогда ранее не были заселены.

Пример: лишайники – пионерный организм на выгоревшем участке почвы;

б) вторичные сукцессии – возникновения в первичных сукцессиях организмов, которые ранее составляли сообщество, но исчезли из него в результате климатических, геологических или антропогенных факторов.

Пример: восстановления сообщества леса на выгоревшем участке.

Пример сукцессии:

На выгоревшем участке леса нет организмов → первыми появляются лишайники (первичная сукцессия) → лишайники своей жизнедеятельностью создают среду для появления мхов и травянистых растений → далее появляются полукустарники и кустарники → деревья (вторичная сукцессия).

Т.о. результат сукцессии – формирование климаксного сообщества, т.е. такого сообщества, которое является наиболее оптимальным для данного местообитания.

25.Свойства биоценозов.

1) Обилие – число особей на единицу площади или объема. Изменяется во времени (известны годичные колебания численности) и в пространстве.

Для определения обилия выделяют 5 ступеней: а) 0 – отсутствие видов; б) 1 – виды встречаются редко или рассеяны; в) 2 – нередко; г) 3 – обильно; д) 4 – очень обильно.

2) Частота – отношение числа особей одного вида к общей численности особей в сообществе (выражается в %).

3) Постоянство – встречаемость видов на определенной территории (пробных площадях):

а) постоянные виды – встречаются в более чем 50% выборок;

б) добавочные виды – встречаются в 25 - 40% выборок;

в) случайные виды – до 25% выборок.

4) Верность – степень привязанности видов к данному биоценозу.

Различают 4 категории верности:

а) эуценные виды – встречаются исключительно в 1 биоценозе;

б) тихоценные – встречаются в нескольких смежных биоценозах, но предпочитают один из них;

в) ксеноценные – случайно попавшие в сообщество, которому они не принадлежат;

г) убиквистные – виды, способные существовать в различных биоценозах (космополиты).

5) Доминирование – влияние, оказываемое каким-либо видом в любом сообществе. Один какой-либо вид может быть немногочислен, но при этом оказывать более сильное воздействие на биоценоз, чем более многочисленный вид, но меньшего размера и не очень активный.

Пример: несколько жвачных копытных оказывают на луг большее влияние, чем многочисленные насекомые – фитофаги.

6) Разнообразие – видовое богатство биоценоза.

7) Структура – расположение особей разных видов относительно друг друга, как в вертикальном, так и горизонтальном направлении.

8) Периодичность – сезонные и суточные изменения жизнедеятельности живых организмов.

 

26.Энергетику экосистем. Поток энергии и круговорот питательных веществ.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ (круговоротом биогенных элементов).

Энергия – способность совершать работу, необходимую для поддержания жизни. Т. о. экосистема – единый механизм, потребляющий энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества (биогенные элементы) первоначально поступают из абиотического компонента экосистемы и в него же возвращаются в виде отходов жизнедеятельности, либо после гибели организма. Таким образом, происходит постоянный круговорот питательных веществ (биогенных элементов), в котором участвуют живые и неживые компоненты экосистемы – биогеохимические циклы. Движущая сила круговорота – энергия Солнца.

Поток энергии и круговорот биогенных элементов в экосистемах (схема):

 

 

Живые организмы – преобразователи энергии и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла (2 закон термодинамики). В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Поток энергии через экосистемы – энергетика экосистем. Единица измерения энергии - калория – количество тепла, необходимое для повышения температуры 1г воды на 1ºС (от 14,5 до 15,5ºС). Источник энергии – Солнце, излучающая электромагнитную энергию звезда. Часть этой энергии - 10,5·10⁶ кДж/м² в год захватывается землей. 40% этой энергии отражается от облаков, пыли и поверхности Земли, 15% поглощается озоновым слоем, оставшиеся 45% поглощаются растениями или земной поверхностью (5·10⁶ кДж/м² в год). Большая часть этой энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу, небольшая часть усваивается биотическими компонентами экосистем.

27.Пищевые цепи и трофические уровни.

Внутри экосистемы энергия света при помощи фотосинтеза в автотрофных организмах (зеленые растения) преобразуется в органическое вещество, которое служит пищей для гетеротрофов (животных организмов). Эти животные могут быть съедены другими животными и т. д., т.е. каждый последующий организм питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность – пищевая цепь, а каждое ее звено – трофический уровень.

1 трофический уровень – автотрофы – растения (продуценты).

2 трофический уровень – первичные консументы (животные)

3 трофический уровень – вторичные консументы и т. д.

Обычно размеры пищевых цепей ограничиваются 4-5 трофическими уровнями.

Схема

 

1. Продуценты – автотрофные организмы (зеленые растения). Превращают энергию солнца в энергию химических связей органических соединений. В водных экосистемах первичные продуценты – водоросли, составляют фитопланктон поверхностных слоев рек, озер, морей. На суше первичные продуценты – голосеменные и покрытосеменные растения (леса и луга).

2. Первичные консументы – питаются продуцентами – травоядные животные. На суше – насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. В водных экосистемах – моллюски и мелкие ракообразные – составляющие зоопланктон, питающийся фитопланктоном. К первичным консументам относятся также паразиты растений.

3. Консументы второго и третьего порядка – питаются травоядными животными. Могут быть хищниками (схватывают и убивают жертву), могут питаться падалью или быть паразитами травоядных или плотоядных животных. В типичных пищевых цепях каждый последующий организм больше предыдущего (это не относится к пищевым цепям паразитов).

Примеры:

Морская цепь: одноклеточная водоросль веслоногие рачки сельдь

Лесная цепь: растение муха паук землеройка сова

4. Редуценты. Тела погибших растений и животных и их прижизненные выделения могут служить источником питания для микроорганизмов (грибы, водоросли и бактерии) – редуценты – выделяют пищевые ферменты на мертвые тела и отходы жизнедеятельности и поглощают продукты их переваривания.

5. Детритофаги (детритные пищевые цепи). Выше приведенные цепи – пастбищные пищевые цепи, в которых 1 трофический уровень – растения, 2 уровень – пастбищные животные, 3 уровень – хищники и т.д.

Кусочки частично разложившегося органического материала – детрит. Многие животные питаются им, ускоряя процесс разложения – эти животные являются детритофагами. Детритофагами могут питаться более крупные организмы, что ведет к образованию детритной пищевой цепи:

Детрит детритофаг хищник.

Пример: Мертвое животное личинки падальных мух травяная лягушка уж обыкновенный.

Реальные пищевые цепи в экосистеме намного сложнее, т. к. животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или из разных пищевых цепей. Некоторые питаются и растениями и животными – всеядные (человек). В действительности пищевые цепи переплетаются т.о., что образуется пищевая сеть.

 

 

28.Экологические пирамиды.

Экологические пирамиды – это графический способ отображения пищевых взаимоотношений в экосистеме.

3 типа экологических пирамид:

1. Пирамиды численности (чисел) – используются вместо пищевых цепей. Подсчитывается число различных организмов на данной территории, сгруппированных по трофическим уровням. Количество организмов на данном трофическом уровне отражается в виде прямоугольника, длина (площадь) которого пропорциональна числу организмов в данной площади или объеме.

 

конечные хищники IV (третичные консументы)

плотоядные III (вторичные консументы)

травоядные II (первичные консументы)

растения I (продуценты)

 

Неудобства пирамиды численности:

а) продуценты сильно отличаются по размерам, а один экземпляр злака или водоросли имеет тот же статус, что и одно дерево (отсюда возникают перевернутые пирамиды). Цепи питания паразитов также дают перевернутые пирамиды.

б) диапазон численности разных видов настолько широк, что часто трудно соблюсти масштаб при изображении пирамиды.

2. Пирамиды биомассы – учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня.

0,01

 

продукция, выражается в г сухой массы на 1 м²

Ряд неудобств:

а) популяции крупных и долгоживущих животных и растений обладают меньшей скоростью обновления биомассы по сравнению с мелкими и короткоживущими и аккумулируют вещество и энергию в течение более длительного времени.

б) сезонные изменения биомассы (пример: биомасса фитопланктона превышает биомассу зоопланктона в период «весеннего цветения», но в другие периоды возможны другие соотношения, см. схему, все числа даны в г сух. в-ва на 1м³).

 

6 вторичные консументы (рыба) 3 10 первичные консументы (зоопланктон) 8

2 продуценты (фитопланктон) 120

 

осень весна

3. Пирамиды энергии – идеальный способ отражения связей между организмами на разных трофических уровнях.

 

 

Преимущества:

а) отражает скорость образования биомассы. Каждая ступенька пирамиды энергии отражает количество энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за определенный период.

 

от хищников к конечным хищникам 88

от травоядных к хищникам 1603

от продуцентов к травоядным 14098

валовая продукция продуцентов 87110

 

количество энергии (в кДж/м²·год)

б) пирамиды энергии позволяют сравнить не только различные экосистемы, но и относительную значимость популяций внутри экосистемы.

в) к основанию пирамиды энергии можно добавить еще один прямоугольник, отображающий поступление солнечной энергии.

 

29.Продуктивность экосистем.

Продуктивность экосистемы обуславливается потоком энергии, проходящей через ту или иную экосистему. Количество органического вещества, накопленного растением – первичная продукция (1-5% энергии солнечного света поглощается хлорофиллом и используется для синтеза органических молекул). Скорость, с которой растение накапливает химическую энергию, называется валовой первичной продукцией (ВПП). 20% этой энергии идет на дыхание и фотодыхание. Оставшаяся энергия это чистая первичная продукция (ЧПП) – энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней.

В дальнейшем растения поглощаются животными, часть энергии уходит на дыхание (выделяется в виде тепла) и выделяется с экскрементами и отходами метаболизма. Оставшаяся энергия идет на процессы жизнедеятельности. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами – вторичная продукция. Т.о. в каждом звене пищевой цепи часть энергии теряется, следовательно, длина пищевой цепи ограничивается размерами этих потерь. В целом потеря энергии при первичном переносе (от растений к травоядным животным) значительно большая, чем при последующих переносах, т.к. травоядные менее эффективно усваивают пищу,