Вопросы самоконтроля

Понятие «экосистема» не имеет ранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым (гниющий пень, муравейник) и искусственным (аквариум, водохранилище, пшеничное поле), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания, какими являются биоценозы и биогеоценозы. Биогеоценоз, согласно В.Н. Сукачеву, отличается от экосистемы определенностью своего объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности – от капли прудовой воды с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз – это экосистема, границы которой определены характером растительного покрова, т.е. определенным фитоценозом.

Биогеоценоз состоит всегда из следующих обязательных компонентов.

1.Продуценты – фотосинтезирующие организмы переводят энергию солнечного света в энергию химических связей органических веществ.

Чаще всего растения. Продуценты составляют основу биогеоценоза. Наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органические вещества, дают начало всем трофическим цепям биогеоценоза, служат субстратом для многих животных и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биотопа.

2.Консументы – гетеротрофные организмы получают энергию при поглощении готовых органических веществ.

Существуют консументы I порядка - растительноядные организмы, или фитофаги, консументы II порядка – организмы питающиеся фитофагами или зоофаги , консументы высших порядков – хищники и сверх – хищники, паразиты и сверхпаразиты.

В большинстве случаев функции консументов в экосистемах выполняют животные.

3.Редуценты – организмы разрушающие мертвое органическое вещество до неорганических веществ.

К редуцентам относят: беспозвоночных, грибы, прокариоты.

Отсюда следует, что каждый живой организм в составе биогеоценоза занимает определенную экологическую нишу (место) в сложной системе экологических взаимоотношений с другими организмами и факторами неживой природы.

Для характеристики биогеоценоза и происходящих в нем процессов необходимо знать основные показатели.

Видовое разнообразие – число видов растений и животных образующих данный биогеоценоз.

Плотность популяции – количество особей данного вида на единице площади или в единице объема(например, для планктона).

Биомасса – общее количество органического вещества всей совокупности особей с заключенной в нем энергией. Биомассу обычно выражают в единицах массы в пересчете на сухое вещество на единицу площади или объема.

Основой любого биогеоценоза являются трофические и сопутствующие им энергетические связи. В нем постоянно происходит перенос веществ и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями. Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено- трофическим уровнем.

Продуценты Консументы

Автотрофные растения

Растительноядные животные

Хищные животные

Редуценты

Первый трофический уровень образуют продуценты (растения), второй - первичные консументы (травоядные животные), третий – вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам используется как продукт питания другими многочисленными организмами из одной и той же пищевой цепи или даже из разных (всеядные организмы, например, человек, медведь, воробей, потребляют как продуцентов, так и консументов, т.е. живут на разных трофических уровнях), цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети.

Существует два основных типа пищевых цепей – пастбищные (цепи выедания, или потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов

Растения гусеницы насекомоядные птицы хищные птицы.

Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных – детрита, идут к микроорганизма, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям – хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (около 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно травоядными животными, а отмирает подвергаясь затем разложению (сапрофитными организмами) и минерализации.

Растительный опад дождевые черви землеройки горностаи

Кроме дождевых червей детритофагами являются мокрицы, клещи ногохвостки, нематоды и др.

Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов – биомассой – на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых цепей характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяций, скорости размножения и продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10-15% в конечном счете используются на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше в среднем в 10 раз продукции предыдущего, т.е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правила экологической пирамиды.

Различают три типа экологической пирамиды:

1)пирамида чисел – отражает численность отдельных организмов на каждом уровне

2)пирамида биомассы – количество органического вещества, синтезированного на каждом из уровней;

3)пирамида энергии – величина потока энергии.

Основание в пирамидах чисел и биомассы может быть меньше, чем последующие уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов). Пирамида энергии всегда суживается к верху. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается и уменьшением биомассы и численности особей на каждом пищевом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии цепи питания не могут быть очень длинными; обычно они состоят из 3-5 звеньев (трофических уровней).

Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты создает гигантскую глобальную экосистему, называемую биосферой.

Биогеоценоз пресного водоема.

Любой природный водоем, например, озеро или пруд, с его растительным и животным населением представляет собой отдельный биоценоз. Эта природная система обладает способностью к саморегуляции и непрерывному самовозобновлению.

Растения и животные, населяющие водоем, распределяются в нем неравномерно. Каждый вид встречается в тех условиях к которым он наиболее приспособлен. Поэтому в разных участках водоема образуются довольно постоянные и характерные для них видовые комплексы – сообщества растений и животных, члены которых связаны между собой более тесно, чем с другими. Наиболее разнообразные и благоприятные для жизни условия создаются в прибрежной зоне. Здесь вода теплее, так как прогревается солнечными лучами, и достаточно насыщена кислородом. Обилие света, проникающего до дна, обеспечивает развитие многих высших растений. Многочисленны и мелкие водоросли. В прибрежной зоне обитает и большинство животных. Одни приспособлены к жизни на водных растениях, другие активно плавают в толще воды (рыбы, хищные жуки-плавунцы и водяные клопы). Многие обитают на дне (перловицы, беззубки, личинки некоторых насекомых – ручейников, стрекоз, поденок, ряд червей и т.п.). Даже поверхностная пленка воды служит местом обитания специально приспособленных к ней видов. В тихих заводях можно видеть бегающих по поверхности хищных клопов- водомерок и быстро плавающих кругами жуков-вертячек. Обилие пищи и другие благоприятные условия привлекают в прибрежную зону рыб.

В глубоких придонных участках водоема, куда слабо проникает солнечный свет, жизнь беднее и однообразнее. Фотосинтезирующие растения здесь не могут существовать. Нижние слои воды вследствие слабого перемешивания остаются холодными и содержат мало кислорода.

Особые условия создаются и в толще воды открытых участков водоема. Она заселена массой мельчайших растительных и животных организмов, которые сосредоточены в верхних, более прогреваемых и хорошо освещаемых слоях воды. Здесь развиваются различные микроскопические водоросли; водорослями и бактериями питаются многочисленные простейшие – инфузории, а также коловратки и ракообразные. Весь комплекс мелких взвешенных в воде организмов называют планктоном. В круговороте веществ и жизни водоема планктону принадлежит очень важная роль.

Первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экосистем, служит солнечный свет, за счет которого растения синтезируют органическое вещество. Очевидно, биомасса и продуктивность всех существующих в водоеме животных полностью зависит от биологической продуктивности растений.

Любая из многочисленных пищевых цепей в водоеме всегда начинается либо с автотрофных растений, либо с органических остатков, которые, в конечном счете являются также результатом жизнедеятельности растений.

Биогеоценоз широколиственного леса.

Среди наземных биогеоценозов одним из наиболее сложных является широколиственный лес, например, дубрава. Дубрава – очень совершенная и устойчивая экосистема, способная при неизменных внешних условиях существовать веками. Биоценоз дубравы составляют более сотни видов растений и несколько тысяч видов животных.

В наземных биогеоценозах основную биологическую продукцию создают высшие растения. В лесу это преимущественно многолетние древесные породы.

Характерная черта лиственного леса заключается в видовом разнообразии растительности. Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. В результате длительно естественного отбора у растений дубравы выработались приспособления, позволяющие разным видам существовать совместно. Это ярко проявляется в характерной для дубравы ярусности.

Верхний ярус образуют наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т.п.

Наконец, на почве произрастает ярус травянистых растений.

Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения.

Ярусность выражена также в расположении корневых систем; она является как бы зеркальным отражением ярусности надземных частей. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.

Условия освещения в широколиственном лесу резко изменяются в течение года. В связи с этим среди травянистых растений выделилась очень характерная для дубрав группа ранневесенних растений. Такие растения развиваются и зацветают до распускания листьев деревьев, когда в лесу много света и достаточно почвенной влаги. Ранней весной быстро развивается ковер пролески, ветреницы, хохлатки, гусиного лука, чистяка. Ко времени полного распускания листьев деревьев они успевают не только отцвести, но и накопить запас питательных веществ в подземных частях.

К концу весны надземные части большинства ранневесенних растений отмирают.

Летние травянистые растения дубрав очень теневыносливы.

Дубрава характеризуется высокой биологической продуктивностью. Вследствие ее сложной многоярусности общая площадь листьев растений, произрастающих на каждом гектаре, достигает 4-6 га. Таким образом, первичная продукция дубрав достигает почти 10т/га в год.

Пищевые цепи в лесу переплетены в очень сложную пищевую сеть, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: косуль, лосей – слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную роль в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей.

1.Что такое биогеоценоз?

2.Кто ввел термин экосистема?

3.В чем отличие экосистемы от биогеоценоза?

4.Назовите основные компоненты биогеоценоза?

5.Кого в биогеоценозе относят продуцентам?

6.Какова роль редуцентов в биогеоценозе?

7.Что такое пищевая цепь?

8.Какие виды пищевых цепей выделяют?

9.О чем гласит правило 10%?

10.В чем отличие биогеоценоза пресного водоема от широколистенного леса?