какое разнообразие имеет разнообразие видов в сообществе

Структура сообщества. Разнообразие видов в сообществах

Вопрос 1. Какие факторы увеличивают видовое богатство сообщества?
Видовое разнообразие сообщества зависит от следующих факторов:
1) географическое положение (при продвижении с севера на юг в Северном полушарии Земли, и наоборот, в Южном островная фауна обычно беднее, чем на материке, причем она тем беднее, чем меньше остров и чем более он удален от материка);
2) климатические условия (в районах с мягким устойчивым климатом, с обильными и регулярными осадками, без сильных заморозков и сезонных колебаний температур видовое богатство выше, чем в районах, находящихся в зонах сурового климата);
3) длительность развития (чем больше времени прошло с момента образования сообщества, тем выше его видовое богатство.

Вопрос 2. Какое значение имеют редкие виды?
Для поддержания жизни редких видов требуются строго определенные сочетания различных факторов окружающей среды (температуры, влажности, состава почв, определенных видов пищевых ресурсов и др.), что во многом зависит от нормального функционирования экосистемы. Редкие виды обеспечивают высокий уровень видового разнообразия и являются лучшими показателями (индикаторами) состояния сообщества в целом. Например, если в водоёме обитают речные раки, то это может быть показателем того, что в данном водоёме нормально развивается экосистема. Если водоём «зарос» водорослями, то это является сигналом того, что в данном водоёме нарушено равновесие экосистемы.

Вопрос 3. Какие свойства сообщества характеризует разнообразие видов?
Разнообразие видов — показатель благополучия сообщества или экосистемы в целом. Уменьшение многообразия видов в сообществе, даже при неизменном общем числе живых организмов, свидетельствует о неблагоприятных процессах в экосистеме. Если в экосистеме происходят нарушения, не затрагивающие средние характеристики среды, то принципиальная структура биоценоза сохраняется (например, сезонные колебания численности). При существенных нарушениях состава биоценоза, возникают временные, неустойчивые, сменяющие друг друга сообщества. В устойчивых экосистемах происходит естественный процесс саморегуляции. Саморегуляция — это свойство экосистемы автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне численность популяций, соотношение полов, рождаемость и смертность и т.д. В основе поддержания относительно стабильной численности популяции лежат трофические связи в пищевых сетях (например, хищник — жертва, паразит — хозяин и пр.).
Устойчивость сообщества характеризуется разнообразием видов, чем больше разнообразие, тем более устойчивым является сообщество к внезапным переменам условий окружающей среды. Это связано с тем, что в случае исчезновения какого-либо вида его место займет другой вид, близкий по специализации к выбывшему из сообщества.

Вопрос 4. Что такое пищевая цепь и пищевая сеть? В чем их значение?
Перенос энергии от её первоначального источника – растений – через ряд организмов, каждый из которых поедает предыдущий и служит пищей для последующего, носит название цепи питания. Для любого сообщества можно составить схему всех пищевых взаимосвязей – пищевую сеть. Пищевая сеть состоит из нескольких пищевых цепей. Простейший пример пищевой цепи: растение — растительноядное насекомое — насекомоядная птица — хищная птица.
По каждой из пищевых цепей, образующих пищевую сеть, передаются вещество и энергия, т. е. осуществляется вещественно-энергетический обмен. Реализация всех связей в сообществе, в том числе пищевых, способствует поддержанию его целостности.
В биоценозе все компоненты последовательно распределены по трофическим уровням цепей питания и их взаимодействующим сочетаниям — пищевым сетям. В результате складывается единая функциональная система обмена веществ и превращения энергии в рамках биоценоза (рис 4.).

Рис. 4. Трофические уровни экосистемы.

Источник

Сообщества и их разнообразие

Одной из характеристик, которая играет важнейшую роль при оценке состояния и устойчивости экосистемы является разнообразие.

Разнообразие сообществ и их значение

Видовое разнообразие. Каждому местообитанию характерен свой видовой состав. В 1859 г. А.Уоллесом было сформулировано правило увеличения видового разнообразия по мере продвижения с севера на юг. Это обусловлено рядом причин: 1) северные ценозы исторически моложе, 2) они находятся в условиях меньшего поступления энергии Солнца и минеральных элементов питания. Обнаружено, что экосистемы эволюционируют таким образом, чтобы утилизировать максимальное количество приходящей энергии и обеспечить биологический круговорот в рамках приходящего энергетического потока.

С экосистемной позиции, новые виды появляются с целью более эффективного использования определенного источника энергии и обладают высокой степенью специализации. Отсюда следует, что увеличение источников энергии и ее суммарного поступления ведет к увеличению видового разнообразия.

Принцип эколого-географического максимума – число видов в составе географических зон и их экосистем относительно постоянно и регулируется вещественно-географическими процессами. Это число всегда стремится к необходимому и достаточному максимуму.

Человеческая деятельность ведет к снижению числа видов. В связи с этим снижается эффективность утилизации энергии и вещества, что может привести к разрушению экосистем. Пример: раньше при увеличении концентрации СО₂ в атмосфере происходил рост продуктивности фотосинтеза и излишек углекислоты изымался. В нарушенных экосистемах, напротив, происходит дополнительное высвобождение СО₂ (например, при разрушении гумуса).

В принципе, при этом могут возникнуть новые системы с новыми связями. Для этого наиболее благоприятны условия умеренного пояса, где биологический круговорот незамкнут, что выражается в накоплении больших запасов органики (гумус черноземов, торфяники, деревья). Буферность этих районов намного выше, чем в тундре и тропиках, поэтому исчезновение видов в последних двух более трагична.

Видовое разнообразие складывается из двух компонентов:

1) видового богатства

Видовое богатство зависит от разнообразия местообитания и площади. Так, согласно правилу К.Дарлингтона, уменьшение площади острова в 10 раз сокращает число живущих на нем видов вдвое. Это правило не абсолютно.

Выровненность. Пример: две системы, каждая из которых состоит из 10 видов и 100 особей могут иметь следующее распределение: а) каждый вид имеет по 10 особей; б) один вид – 91 особь, остальные – по одной.

Выровненность может быть представлена графически при помощи “кривой значимости видов” (кривая доминирования-разнообразия) – Пианка (1978), а также индексы разнообразия.

В природе нигде и никогда не достигается максимальное разнообразие, так как многочисленные виды, вступая в конкурентную борьбу друг с другом, могут дестабилизировать экосистему.

Видовое разнообразие тесно связано с функциональными связями между различными трофическими уровнями. Умеренное хищничество часто снижает плотность доминантов, предоставляя менее конкурентоспособным видам большие возможности для использования пространства и ресурсов. Так, разнообразие травянистой растительности на меловых возвышенностях в Англии снизилось после того, как были огорожены пастбища для кроликов. В то же время чрезмерный выпас оказывает стрессовое воздействие, снижая разнообразие до немногих несъедобных видов.

В тропических и умеренных областях прикрепленные организмы литорали характеризуются большим разнообразием там, где действуют хищники первого и второго порядка. Искусственное удаление хищников приводило к снижению разнообразия независимо от того, питались ими хищники, или нет. Был сделан вывод, что «локальное видовое разнообразие непосредственно зависит от эффективности, с которой хищники предотвращают монополизацию одним видом основных необходимых ресурсов среды». Однако, для местообитаний с менее напряженной конкуренцией за ресурсы это необязательно.

Выделяется также структурное разнообразие (структуры, формирование которых обуславливается распределением организмов в среде или их взаимодействием со средой), обусловленное: а) зональностью (горизонтальная зональность, вертикальная поясность в горах и т.д.), б) стратифицированностью (вертикальная слоистость, например, в водной толще, ярусность растительного покрова, структура почвенных профилей), в) характером активности (периодичностью), г) структурой пищевых сетей, д) репродуктивными системами (ассоциации родителей и потомства, клоны растений и т.п.), е) социальными структурами (стада и табуны), ж) системами взаимодействия (конкуренция, антибиоз, мутуализм) з) стохастическими (случайными факторами).

Генетическое разнообразие – поддержание генотипической изменчивости, которая вызвана адаптационной необходимостью в природных популяциях. Экологи знают, что уменьшение видового и генотипического разнообразия в результате деятельности человека ставит на грань риска возможность будущих адаптаций в природных и агроэкосистемах.

Понятие о местообитании и экологической нише

Местообитание организма – это место, где он живет, или место, где его обычно можно найти.

Экологическая ниша – понятие, включающее 1) пространство, занимаемое организмом, 2) функциональную роль организма в сообществе, 3) положение относительно градиентов внешних факторов – рН, температуры, влажности и т.п.

Некоторые виды могут развиваться в одном местообитании, но занимать разные экологические ниши. Отмечено, что при активной конкуренции имеет место тенденция к сужению ниш. Так, например, изучались 4 вида американских певунов. Все они размножаются в одном местообитании – еловом лесу, но собирают корм и гнездятся на разных частях елей. Если один вид будет удален, то его ниша будет занята другим видом.

Экотоны и понятие краевого эффекта

Наряду с разнообразием видов можно выделить разнообразие местообитаний. При описании различных местообитаний можно пользоваться градиентным подходом, при котором сообщества располагают вдоль одно- или многомерного градиента внешней среды. При этом разделение сообществ осуществляют на распределении частот встречаемости организмов (градиентный анализ), коэффициентах сходства и других статистических методах сравнения.

При градиентном анализе популяции видов располагают вдоль какого-либо градиента (температурного, по местности и т.д.), изображаемого в виде оси Х. Частоту их встречаемости в сообществе в % отображают на оси У. При нанесении кривой встречаемости и обилия нескольких доминант можно выделить несколько типов сообществ. Линии встречаемости могут быть сплошными и прерывистыми, с резкими и плавными перепадами, что зависит от резкости переходов в местообитаниях (обрывы, склоны, оползни и т.д.).

Индекс сходства: S= 2C/(A+B), где

В тех местах, где происходят резкие изменения по градиенту или где соприкасаются границы двух хорошо отличающихся местообитаний или сообществ образуетсяэкотон, или переходная зона. Часто в этой зоне образуется сообщество, отличное от прилежащих сообществ.

Причина – многие виды имеют стадии развития, которым нужны различные местообитания. Например, некоторым птицам нужны деревья для гнездования и открытые травянистые пространства, где они охотятся. В хорошо развитые сообщества экотонов входят виды, характерные для каждого из перекрывающихся сообществ и, кроме того, виды, характерные только для экотона. Поэтому численность и плотность организмов в экотонах выше. Эта тенденция к увеличению видового разнообразия и плотности жизни называется краевым эффектом. Таким образом, для характеристики определенного ландшафта имеет значение протяженность границ внутри него между различными местообитаниями.

В связи с этим Дэвидом Пэттоном (1975) был предложен краевой индекс (EI):

Квадратная площадка с одним типом растительности имеет индекс 1,13. Если на этой площадке имеется 4 вида, занимающие равные площади, то EI=1,69. Если два из четырех разделить еще дополнительной границей, то EI возрастет до 1,97.

Одним из обычных типов экотонов является опушка леса. Человек – пример обитателя экотона. Везде, где он селится, он стремится создать опушки, где поселяются многие виды животных: олени, кролики, куропатки, фазаны и др. То же относится и к различным видам растительности.

Однако это не универсальное явление. При чрезмерном увеличении разнообразия местообитаний разнообразие видов организмов снижается. Плотность деревьев на опушках всегда ниже, чем в лесу. Вырубка на обширных пространствах тропического дождевого леса почти наверняка приводит к снижению видового разнообразия. Очевидно, наибольшее значение экотоны приобретают в районах, где люди на протяжении столетий модифицировали природные сообщества и осваивали ландшафты и где природа успела адаптироваться к изменившимся условиям.

Значение экотонов необходимо учитывать при градостроительстве и устройстве ландшафтов. Чередование застроенных участков (микрорайонов), лесных массивов и водоемов создаст лучшие условия для повышения видового разнообразия и рекреационной ценности местности, чем отдельно участки сплошной застройки, большие водные или лесные массивы.

Источник

Что такое природное сообщество

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Нашу планету населяет бесчисленное количество живых существ, начиная от простейших микроорганизмов (вирусы, бактерии) и заканчивая сложными структурами (животные, растения, ну и, конечно же, люди).

По земной поверхности они распространены крайне неравномерно.

В районах со сложными для проживания природными условиями (Крайний Север, тундра, пустыня, высокогорье, глубоководье и т.д.) жизнь представлена ограниченным числом видов.

В то же время экосистемы с благоприятной средой обитания (леса, луга, водоёмы и др.) отличаются богатым видовым разнообразием.

Обитатели отдельно взятой территории образуют неповторимое природное сообщество с характерными признаками.

В борьбе за выживание члены сообщества приспосабливаются к меняющимся жизненным условиям, оказывая влияние как друг на друга, так и на окружающую среду. В ответ они сами подвергаются воздействию внешних факторов.

Под совокупностью живых организмов и их взаимодействия с абиотической средой в биологии понимается не только природное сообщество, но и такое явление, как биогеоценоз.

Фактически это идентичные понятия, рассматривающие, по сути, один и тот же вопрос с разных точек зрения.

На Земле присутствует бессчётное число природных сообществ. Об их многообразии можно судить по разным признакам, однако основным служит, как правило, состав растительности.

Объясняется это тем, что основной тип взаимосвязи в сообществе – пищевая цепочка, в которой растения играют первостепенную роль.

Виды и видовое разнообразие природных сообществ

Природные сообщества бывают естественными или искусственными.

Первые создаются самой природой в процессе эволюции, вторые возникают в результате хозяйственной деятельности человека. Количество видов, проживающих в одном сообществе, находится в прямой зависимости от климата и типа растительности. Например, природное сообщество пустыни немногочисленно и насчитывает порядка двадцати разновидностей. А вот в лесу, особенно тропическом, это число возрастает до ста и более.

Сообщество растений

Растительное сообщество, именуемое фитоценозом – важнейшая часть биогеоценоза.

Поэтому его можно характеризовать как совокупность растений, растущих в определённой природной зоне, приспособленных к сосуществованию и влияющих как друг на друга, так и на внешнюю среду.

Растения почти всегда растут совместно (одинокий саксаул в пустыне – редкое исключение). При этом их сочетание не является случайным. Каждая разновидность растения может уживаться только с ограниченным кругом других растений.

Так, если сосновый лес находится на влажной местности, в нём растут мхи, если на сухой – лишайники. Таким образом, хвойный и лиственный лес – это разные типы растительного сообщества.

Для растительного сообщества характерны ярусы. Больше всего ярусов в лесу (обычно от 3 до 5). Например, первый ярус может быть занят кронами деревьев, второй – кустарниками, третий – травами, четвёртый – грибами.

Сообщество тундры

Тундра – природная зона вечной мерзлоты, лежащая за пределами северной границы тайги и омываемая холодными морями двух океанов: Тихого и Северного Ледовитого.

Почвы тундры бывают болотистыми, торфяными или каменистыми. На широте выше 670 можно наблюдать такие уникальные явления, как полярная ночь и полярный день.

Растительные сообщества тундры представлены кустарниками, травами, мхами и лишайниками. Встречаются карликовые берёзы. Одна из разновидностей лишайника – кладония (более известное название – ягель) служит пищей для оленей.

В животном мире преобладают песец (белый и голубой), северный олень, суслик, сайгак, полярная сова, белая куропатка.

Сообщества насекомых

Большинство насекомых – одиночки, ведущие независимый образ жизни.

В то же время существуют насекомые, проживающие организованными группами и образующие большие колонии. К ним относятся муравьи, термиты, пчёлы и др.

Сообщества этих насекомых напоминают семьи со строго разграниченными функциями: одни добывают пищу, другие заботятся о потомстве, третьи несут охранные обязательства и т.д.

Мировой океан как природное сообщество

Несмотря на то, что Мировой океан – это неразрывная водная оболочка, его условно можно разделить на несколько слоёв, обитатели которых составляют различные сообщества:

Между подводными окраинами материков и ложем океана располагается переходная зона, в состав которой входят островные дуги, глубоководные жёлоба и котловины.

Структура сообщества

В структуру природного сообщества входят четыре главных звена, находящихся в постоянном взаимодействии:

Такое взаимодействие живой и неживой природы обеспечивает энергетический и пищевой круговорот энергии и веществ, являющийся неотъемлемым признаком биогеоценоза.

Жизненное пространство, занимаемое сообществом

Природные сообщества имеют разные размеры и конфигурации. К самым большим относятся континентальные, океанические и островные сообщества. На ступень ниже стоят сообщества тундры, тайги, пустыни. Далее идут леса, поля, степи, озёра и т.д.

Пределы биогеоценоза обычно устанавливаются по границам сообщества растений (фитоценоза). Эти границы не имеют чётких очертаний, так как растительные сообщества переходят одно в другое плавно и постепенно по мере изменения природных условий. Такие переходные зоны называют экотонами.

Сами сообщества с течением времени могут трансформироваться под воздействием различного рода факторов. То есть может произойти необратимая смена биогеоценозов в одном и том же географическом поясе.

Такое явление получило название сукцессия (термин ввёл в экологию американский ботаник Ф.Клементс в начале IXX столетия).

Характерный пример – зарастание озера. Со временем оно заиливается, мелеет, одни растения умирают, другие появляются. В итоге водоём превращается в болото. Но и болото может когда-нибудь зарасти (или быть осушенным человеком) и породить новую экосистему – лес или луг.

Молодые и зрелые сообщества

К зрелым относятся сообщества, сформировавшиеся в процессе естественного эволюционного развития. За сотни и тысячи лет они приобрели устойчивость к неблагоприятному воздействию внешних факторов (температура, влажность и т.д.) и сохраняют большое видовое разнообразие.

Молодые сообщества (сады, огороды, пашни) возникли в результате человеческой деятельности. Они сформировались за относительно короткий исторический период, поэтому по сравнению с природными системами (лесными, степными, луговыми) более уязвимы и не отличаются обилием живых организмов. Зато объём производимой ими биомассы значительно больше, чем у «старожилов».

Различия между молодыми и зрелыми сообществами приводится в нижеследующей таблице.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (1)

Ох и посмеялся бы над этой теорией, высосанной из пальца, наш отечественный академик Мичурин. Уж он не теоретически, а физически разбил эту утопическую идею в пух и прах. Изменяя природные свойства плодовых деревьев вывел новые многочисленные сорта яблок. Вопреки всем скептикам. А сколько раз люди пересаживали растения с одного континента на континент, и они отлично приживались на новом месте. Вот вам в пример сообщество картошки из Южной Америки, растущее себе преспокойно в Подмосковных полях.

Источник

Текст книги «Биология. Общая биология. 10–11 классы»

Автор книги: Владимир Пасечник

Жанр: Биология, Наука и Образование

Текущая страница: 24 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

§ 82. Структура сообщества

1. Что такое пищевая цепь?

2. Какую роль играет ярусность в фитоценозе?

Структурой сообщества обычно называют соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве в пищевой, или трофической, цепи, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.

Видовая структура. Одним из важнейших показателей структуры сообщества является число видов – видовой состав входящих в него организмов и количественное соотношение видовых популяций. В сообществе, как правило, имеется сравнительно мало видов, представленных большим числом особей, или большой биомассой, и сравнительно много видов, встречающихся редко.

Видовое разнообразие – признак экологического разнообразия: чем больше видов, тем больше экологических ниш, т. е. выше богатство среды. Видовое разнообразие связано также с устойчивостью сообщества: чем больше разнообразие, тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям, будь это изменения климата или других факторов.

Морфологическая структура. Важным экологическим свойством и признаком сообщества является его пространственное сложение – морфологическая структура. Это относится в первую очередь к растительным сообществам (фитоценозам), но также опосредованно – и к населяющим их животным (зооценозам).

Совместное существование разных видов и жизненных форм в сообществе приводит к их пространственному обособлению. Это выражается в горизонтальном и вертикальном расчленении фитоценоза на отдельные элементы, каждый из которых играет свою роль в накоплении и преобразовании вещества и энергии.

По вертикали растительное сообщество разделяется на ярусы, в которых располагаются надземные или подземные части растений определенных жизненных форм. Эта ярусность особенно ярко выражена в лесных фитоценозах (рис. 132). Здесь насчитывается обычно пять-шесть ярусов: древесные ярусы (высоких и низких деревьев), кустарниковый (подлесок), травяно-кустарничковый, моховой (или лишайниковый), подстилка (опад листвы). Малоярусные сообщества – луг, степь, болото – имеют по два-три яруса.

Рис. 132. Ярусностъ в лесу

Ярусное строение фитоценоза дает растениям возможность более полно использовать ресурсы среды, прежде всего свет, тепло и влагу. Растения разных ярусов живут в разных экологических условиях, что уменьшает конкуренцию между ними и способствует увеличению видового разнообразия. Чем благоприятнее условия местообитания, тем сложнее ярусность.

Животное население биоценоза, «привязанное» к растениям, также распределено по ярусам. Например, микрофауна почвенных животных наиболее богата в подстилке. Достаточно четко приурочены к ярусам определенные группы насекомых. Разные виды птиц строят гнезда и кормятся в разных ярусах на земле, в кустарниках, в кронах деревьев.

По горизонтали сообщество также расчленяется на отдельные элементы – микрогруппировки, расположение которых отражает неоднородность условий жизни.

Рис. 133. Пример пищевой сети. Пищевые связи у животных пустыни

Трофическая структура. Любое сообщество можно представить в виде пищевой сети, т. е. схемы всех пищевых, или трофических (от греч. trohhe – питание), взаимосвязей между видами этого сообщества. Пищевая сеть (ее переплетения бывают очень сложными) обычно состоит из нескольких пищевых цепей, каждая из которых является отдельным каналом, по которому передаются вещество и энергия (рис. 133).

Структура сообщества. Видовая структура. Морфологическая структура. Трофическая структура. Пищевая сеть.

1. Какое значение имеет разнообразие видов в сообществе?

2. Чем объясняется ярусное строение фитоценозов?

3. Что такое пищевая цепь и пищевая сеть?

Расскажите, основываясь на своих наблюдениях, о жизни животных, обитающих в разных ярусах лесного сообщества.

§ 83. Взаимосвязь организмов в сообществах

1. Какие организмы называются автотрофами?

2. Какие организмы относят к гетеротрофам?

3. Какие природные сообщества вам известны?

Пищевые цепи. В сообществе живые организмы тесным образом связаны не только между собой, но и с неживой природой. Связь эта выражается через поступление пищи, воды, кислорода в живые организмы из окружающей среды. Пища содержит энергию, которая необходима для жизнедеятельности организма. Таким образом, биоценоз может стабильно существовать только при перераспределении вещества и энергии через пищевые цепи.

Пример пищевой цепи дает следующая последовательность: растительность → питающееся растениями насекомое → насекомоядная птица → хищная птица. В этой цепи осуществляется однонаправленный поток вещества и энергии от одной группы организмов к другой.

Различные организмы занимают разное положение относительно основного источника поступающей в сообщество энергии, в этих случаях говорят, что они располагаются на разных трофических уровнях.

Автотрофы. Некоторые из организмов в биотическом сообществе, например зеленые растения, способны фиксировать световую энергию и использовать в питании простые неорганические вещества. Такие организмы называют автотрофами, т. е. самопитающимися, или продуцентами (производителями).

Автотрофы занимают первый трофический уровень и являются важнейшей частью сообщества, потому что практически все остальные организмы, входящие в его состав, прямо или косвенно зависят от снабжения веществом и энергией, запасенными растениями.

Гетеротрофы. Все остальные организмы, занимающие последующие трофические уровни, относят к гетеротрофам – питающимся готовыми органическими веществами. Гетеротрофы разлагают, перестраивают и усваивают сложные органические вещества, синтезированные первичными продуцентами.

Гетеротрофные организмы подразделяют на консументов (потребителей) и редуцентов (возвращающих). Иногда последний термин заменяют словом «деструкторы» (разлагатели).

Редуценты представлены в основном грибами и бактериями, разлагающими сложные составные компоненты мертвой цитоплазмы, доводя их до простых органических соединений, которые в последующем могут быть использованы продуцентами.

Иногда, подчеркивая принадлежность консументов к тому или иному трофическому уровню, их подразделяют на первичных консументов (травоядных животных); вторичных консументов, или первичных хищников (плотоядных, которые питаются травоядными); третичных консументов, или вторичных хищников (хищников, питающихся первичными хищниками). Поскольку многие животные всеядны и питаются как растениями, так и животными, их невозможно отнести к какому-либо одному уровню. В этих случаях считается, что такие организмы представляют сразу несколько трофических уровней, а их участие в каждом из уровней пропорционально составу их диеты.

Пищевая цепь. Автотрофные организмы. Гетеротрофные организмы. Продуценты. Консументы. Редуценты.

1. Какие организмы называются автотрофными?

2. В чем отличие гетеротрофных организмов от автотрофных?

3. Чем гетеротрофные организмы – консументы отличаются от гетеротрофных организмов – редуцентов?

4. Могут ли гетеротрофные организмы находиться в отношениях «хищник-жертва»? Приведите примеры.

§ 84. Пищевые цепи

1. Какое сообщество называют экосистемой?

2. Какие организмы можно отнести к вторичным консументам?

3. Какой процесс называют фотосинтезом?

Типы пищевых цепей. В экосистемах часть первичной продукции потребляется животными (в том числе паразитами), поедающими живые растения. Условно всех первичных консументов можно считать растительноядными животными на пастбище независимо от того, будут ли они представлены такими крупными животными, как коровы, овцы или олени, или такими мелкими животными, как ракообразные, живущие в толще воды (зоопланктон), или насекомые.

Поток энергии, идущий от растений через таких животных (их называют пасущимися), может быть обозначен как пастбищная пищевая цепь (рис. 134, А).

Не использованный консументами остаток чистой продукции пополняет собой мертвое органическое вещество. Оно состоит из фекалий, содержащих часть неусвоенной пищи, а также трупов животных, остатков растительности (листьев, веток, водорослей) и называется детритом.

Поток энергии, берущий начало от мертвого органического вещества и проходящий через систему разлагателей, называется детритной пищевой цепью (рис. 134, Б).

Рано или поздно энергия, заключенная в мертвом органическом веществе, будет полностью использована деструкторами и рассеяна в виде тепла при дыхании, даже если для этого ей потребуется несколько раз пройти через систему редуцентов. Исключением являются лишь случаи, когда местные абиотические условия очень неблагоприятны для процесса разложения (высокая влажность или сухость, мерзлота). В этих случаях накапливаются залежи не полностью переработанного высокоэнергоемкого вещества, превращающиеся со временем и при подходящих условиях в горючие ископаемые – нефть, уголь, торф.

Круговороты веществ. Вещества и энергия в сообществах передаются по пищевым цепям. Энергия не может передаваться по замкнутому кругу. Она доступна для живых организмов в форме солнечной радиации, которая может быть связана в процессе фотосинтеза. Расходуясь затем в виде химической энергии, она теряется, превращаясь в тепло. Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулируя между организмами и окружающей средой. Это явление получило название круговорота веществ (рис. 135).

Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условно называют биогенными, дающими жизнь элементами.

К ним относятся элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера. А также элементы и их соединения, необходимые для существования живых систем, но в исключительно малых количествах. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт.

В отличие от энергии биогенные элементы могут использоваться неоднократно. Кроме того, в отличие от энергии, запасы биогенных элементов непостоянны. Процесс связывания некоторой их части в виде живой биомассы снижает количество, остающееся в среде экосистемы. И если бы растения и другие организмы в конечном счете не разлагались, запас биогенных элементов исчерпался бы и жизнь на Земле прекратилась. Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофов, и в первую очередь организмов, функционирующих в детритных цепях, – решающий фактор сохранения круговорота биогенных элементов и, следовательно, жизни на нашей планете.

Рис. 134. Примеры пищевых цепей: А – пастбищная цепь; Б – детритная цепь

Рис. 135. Круговорот веществ в экосистеме

Детрит. Пастбищная пищевая цепь. Детритная пищевая цепь. Круговорот веществ. Биогенные элементы.

1. В чем состоят основные различия между консументной и редуцентной системами?

2. Какие вещества называются биогенными?

3. Какие типы организмов играют основную роль в поддержании круговорота биогенных элементов?

4. Какое значение имеет круговорот биогенных веществ в природе?

5. Как вы думаете какая пищевая цепь включает в себя больше звеньев: водная или наземная?

6. Что входит в состав детрита?

Составьте списки организмов, относящихся к пастбищной и детритной пищевым цепям.

Составьте список биогенных элементов.

§ 85. Экологические пирамиды

1. Что такое пищевая сеть?

2. Какие организмы относятся к продуцентам?

3. Чем консументы отличаются от продуцентов?

Перенос энергии в сообществе. В любой трофической цепи не вся пища используется на рост особей, т. е. на формирование биомассы. Часть ее расходуется на удовлетворение энергетических затрат организмов: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д. Следовательно, в каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы. Обычно чем больше масса начального звена пищевой цепи, тем больше она в последующих звеньях.

Пищевая цепь – основной канал переноса энергии в сообществе. По мере удаления от первичного продуцента ее количество уменьшается. Это объясняется рядом причин.

Перенос энергии с одного уровня на другой никогда не бывает полным. Часть энергии теряется в процессе переработки пищи, а часть вообще не усваивается организмом и выводится из него с экскрементами, а затем разлагается деструкторами.

Часть энергии теряется в виде тепла в процессе дыхания. Любое животное, перемещаясь, охотясь, строя гнездо или производя иные действия, совершает работу, которая требует затрат энергии, в результате чего опять происходит выделение тепла.

Экологическая пирамида. Падение количества энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (более высокий) определяет число этих уровней и соотношение хищников и жертв. Подсчитано, что на любой данный трофический уровень поступает около 10 % (или чуть более) энергии предыдущего уровня. Поэтому общее число трофических уровней редко бывает более четырех-шести.

Данное явление, изображенное графически, получило название экологическая пирамида. Различают пирамиду численности (особей), пирамиду биомассы и пирамиду энергии.

Основание пирамиды образуют продуценты (растения). Над ними располагаются консументы первого порядка (травоядные). Следующий уровень представляют консументы второго порядка (хищники). И так далее до вершины пирамиды, которую занимают наиболее крупные хищники. Высота пирамиды обычно соответствует длине пищевой цепи.

Рис. 136. Пример экологической пирамиды биомассы

Пирамида биомассы показывает соотношение биомассы организмов разных трофических уровней, изображенных графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определенному трофическому уровню, пропорциональна его биомассе (рис. 136).

Пирамида численности отражает плотность населения организмов на каждом трофическом уровне.

Важно отметить, что пирамиды биомассы и численности никак не учитывают скорость самовозобновления организмов! Если скорость воспроизводства популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства. По этой причине пирамиды численности или биомассы могут быть перевернутыми, т. е. низкие трофические уровни могут иметь меньшие плотность и биомассу, чем более высокие уровни (рис. 137).

Например, на одном дереве могут жить и кормиться множество насекомых (перевернутая пирамида численности). Перевернутая пирамида биомассы свойственна морским экосистемам, где первичные продуценты (фитопланктонные водоросли) очень быстро делятся, а их потребители (зоопланктонные ракообразные) гораздо крупнее, но размножаются значительно медленнее. Морские позвоночные имеют еще большую массу и длительный цикл воспроизводства.

Рис. 137. Перевернутая пирамида биомассы в морской экосистеме

Из трех типов экологических пирамид пирамида энергии дает наиболее полное представление о функциональной организованности сообществ, так как отражает картину скоростей прохождения массы пищи через пищевую цепь.

Экологическая пирамида. Пирамида биомассы. Пирамида численности.

1. Что такое экологическая пирамида? Какие процессы в сообществе она отражает?

2. В чем отличие пирамид численности и энергии?

3. Почему пирамида численности может быть прямой и перевернутой?

Рассчитайте долю энергии, поступившей на 5-й трофический уровень, при условии, что ее общее количество на 1-м уровне составляло 500 единиц.

§ 86. Экологическая сукцессия

1. Что называется трофической структурой сообщества?

2. Какие экологические факторы вам известны?

Сукцессия. В сообществах постоянно происходят изменения. Изменяется их видовой состав, численность тех или иных групп организмов, трофическая структура, продуктивность и все остальные показатели. Сообщества изменяются во времени.

Закономерный и последовательный процесс смены сообществ на определенном участке, вызванный взаимодействием живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой, называется сукцессией (от лат. successio – наследие, смена поколений, последовательность).

Для того чтобы понять природу экологической сукцессии, представим себе идеальное сообщество, в котором валовая, т. е. суммарная, продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов. В экологии суммарные энергозатраты называются общим дыханием сообщества.

Ясно, что в таком идеальном случае процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания. Следовательно, биомасса организмов в такой системе остается постоянной, а сама система неизменной, или равновесной.

Если «общее дыхание» меньше первичной валовой продукции, в экосистеме будет происходить накопление органического вещества, если больше – его уменьшение. И то и другое будет приводить к изменениям сообщества. При избытке ресурса всегда найдутся виды, которые смогут его освоить, при его недостатке – часть видов вымрет. Такие изменения и составляют сущность экологической сукцессии. Главная особенность этого процесса состоит в том, что изменения сообщества всегда происходят в направлении к равновесному состоянию.

Каждая стадия сукцессии представляет собой сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние устойчивого равновесия.

Виды сукцессий. Различают первичные и вторичные сукцессии.

Первичные сукцессии возникают на субстратах, не затронутых почвообразованием, и связаны с формированием не только фитоценоза, но и почвы. Примером первичной сукцессии может являться поселение накипных и листовых лишайников на камнях. Под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются уже кустистые лишайники, зеленые мхи, затем травы и другие растения и т. д.

Вторичные сукцессии развиваются на месте сформировавшихся биоценозов после их нарушения, например в результате эрозии, засухи, пожара, вырубки леса и т. п.

В ходе сукцессии облик сообщества постоянно меняется. Меняется и функционирование экосистемы.

Рис. 138. Развитие вторичной сукцессии (во времени) на покинутом сельскохозяйственном участке

Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества. При первичной сукцессии для развития устойчивого сообщества требуются многие сотни лет.

Вторичные сукцессии протекают значительно быстрее. Это объясняется тем, что первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву, что создает условия для ускоренного роста и развития новых поселенцев (рис. 138).

Зрелое сообщество с его большим разнообразием и обилием организмов, развитой трофической структурой и с уравновешенными потоками энергии способно противостоять изменениям физических факторов (например, температуры, влажности) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое сообщество. Однако молодое сообщество способно производить новую биомассу в гораздо больших количествах, чем старое.

Таким образом, человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая на ранних стадиях сукцессии сообщество. Ведь в зрелом сообществе, находящемся на стадии устойчивости и стабильности, чистая готовая продукция расходуется в основном на «общее дыхание» растений и животных и может быть даже равна нулю.

С другой стороны, устойчивость зрелого сообщества, его способность противостоять воздействию физических факторов (и даже управлять ими) является очень важным и весьма желательным свойством.

Люди, часто в погоне за экономической выгодой, не задумываются о последствиях экологических нарушений. Отчасти это связано с тем, что даже специалисты-экологи еще не могут дать точных предсказаний последствий, к которым приводят различные нарушения экосистем зрелого типа.

Тем не менее даже тех знаний, которые накоплены экологией в настоящее время, достаточно для уверенности в том, что превращение нашей биосферы в один обширный ковер пахотных земель таит в себе огромную опасность. Для нашей собственной защиты определенные ландшафты должны быть представлены естественными сообществами.

Сукцессия. Общее дыхание сообщества. Первичная и вторичная сукцессии.

1. Что такое сукцессия?

2. Возможно ли равновесие в сообществе, где «общее дыхание» организмов не равно по величине валовой продукции?

3. Какие виды сукцессий вы знаете?

4. В чем различия молодых и зрелых сообществ?

Приходилось ли вам наблюдать сукцессионные изменения в природе? Расскажите о своих наблюдениях.

Данное произведение размещено по согласованию с ООО «ЛитРес» (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.

Источник