Трофические уровни, типы, значение, схемы и определение пищевой цепи. Понятие о трофических уровнях в экосистемах
УРОВЕНЬ ТРОФИЧЕСКИЙ - см. Трофический уровень.[ ...]
ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ - совокупность организмов, объединяемых типом питания. Организмы разных трофических цепей, но получающие пищу через равное число звеньев в трофической цепи, находятся на одном трофическом уровне.[ ...]
ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ - этап движения солнечной энергии (в составе пищи) через экосистему. Зеленые растения находятся на первом трофическом уровне, первичные консументы - на втором, вторичные - на третьем и т. д.[ ...]
Трофический уровень совокупность организмов, сходных по типу питания и занимающих определенное положение в пирамиде питания-, обычно выделяют уровни: I - продуценты (растения), II - растительноядные животные (фитофаги), III - плотоядные животные (зоофаги).[ ...]
Трофический уровень - это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные - консументы.[ ...]
Трофический уровень - место каждого звена в цепи питания.[ ...]
Автотрофные организмы (преимущественно зеленые растения) занимают первый трофический уровень (продуценты), далее следуют гетеротрофы: на втором уровне растительноядные животные (консументы I порядка) , хищники, питающиеся растительноядными животными - на третьем (консументы 2 порядка) , вторичные хищники - на четвертом (консументы 3 порядка). Сапротрофные организмы (редуценты) могут занимать все уровни, начиная со второго. Организмы различных трофических цепей, получающие пищу через равное число звеньев, находятся на одном Т.у. (рис. 21). Соотношение различных Т.у. можно графически изобразить в виде пирамиды экологической.[ ...]
Каждый трофический уровень представлен совокупностью популяций различных видов. Эти популяции играют разную роль в общем круговороте вещества й энергии (основную или вспомогательную), при этом стационарное состояние экосистемы одновременно оказывается динамическим - расход свободной энергии при протекании необратимых процессов компенсируется ее притоком от Солнца.[ ...]
Первый трофический уровень - это продуценты, создатели растительной биомассы; растительноядные животные (консументы 1-го порядка) относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные животные, живущие за счет растительноядных форм - это консументы 2-го порядка; плотоядные, поедающие других плотоядных - консументы 3-го порядка и т.д.[ ...]
Представители разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы в пищевые цепи. При каждом переходе на следующий трофический уровень часть доступной энергии не воспринимается, часть отдается в виде тепла, а часть расходуется на дыхание. При этом общая энергия каждый раз уменьшается в несколько раз. Следствие этого - ограниченная длина пищевых цепей. Чем короче пищевая цепь или чем ближе организм к ее началу, тем больше количество доступной энергии.[ ...]
Автотрофы и гетеротрофы трофически связаны между собой. Они формируют пищевые (трофические) цепи - ряды организмов, последовательно извлекающих вещества и энергию из исходного пищевого (кормового) продукта фотосинтетического и хемосин-тетического происхождения. Каждый вид организмов, потреблявших энергию пищи, служит звеном трофической цепи. В классификации по трофическому признаку организмы подразделяют не на виды, а на группы по характеру питания, т. е. по тому, какое звено пищевой цепи они занимают. Первый трофический уровень составляют растения и другие автотрофы, второй - растительноядные животные, третий - хищники, четвертый - хищники второго порядка и т. д. Они формируют трофическую экологическую пирамиду (рис. 10).[ ...]
Уже отмечалось, что каждый трофический уровень составлен не одним, а многими конкретными видами. Благодаря видоспеци-фичности питания увеличение числа видов в биоценозе определяет более полное использование ресурсов на каждом трофическом уровне. Это обстоятельство прямо связано с повышением полноты биогенного круговорота веществ.[ ...]
На рис. 17.19 представлена полная трофическая структура сообщества. Она представляет собой пирамиду продукции кон-сументной системы с добавлением двух дополнительных элементов. Важнейший из них - система редуцентов, всегда связанная в сообществах с системой консументов. Далее признается, что на каждом трофическом уровне каждой подсистемы имеются подкомпоненты, функционирующие по-разному. Так, отдельно показаны беспозвоночные и позвоночные, бактерии и эукариоты-детритофаги, занимающие один и тот же трофический уровень и потребляющие мертвое органическое вещество, а также потребители бактерий и детритофагов (хищники в системе редуцентов). На рис. 17.19 изображены возможные пути прохождения по сообществу энергии, фиксированной в чистой первичной продукции.[ ...]
Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, иначе именуемые первичными продуцентами. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего - вторичными консументами и т. д. Обычно бывают четыре или пять трофических уровней и редко более шести (рис. 5.1).[ ...]
Пирамида энергии более точно отображает трофические связи организмов, поскольку она характеризует скорость возобновления биомасс. На каждом уровне пирамида энергии отражает удельное количество энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через предыдущий трофический уровень за данный отрезок времени. Пирамиды потоков энергии никогда не бывают «перевернутыми»: следующий трофический уровень может «пропустить через себя» лишь часть энергии, усвоенной предыдущим уровнем (вспомните правило 10%).[ ...]
Место каждого звена в цепи питания является трофическим уровнем. Первый трофический уровень, как уже было отмечено ранее, занимают авто-трофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического. уровня называются первичными консументами, третьего - вторичными консументами и т.д.[ ...]
Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень в экологической пирамиде энергий - продуценты. Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевые цепи на разных трофических уровнях. В частности, человек, в рацион которого входит растительная и животная пища, является консументом I- III порядков. В пищевой цепи, сети и экологических пирамидах каждый последующий уровень «поедает» предыдущее звено или использует его для построения своего тела.[ ...]
Место каждого звена в цепи питания называют трофическими уровнями, он характеризуется различной интенсивностью протекания потока веществ и энергии. Первый трофический уровень всегда составляют продуцент, растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню, плотоядные, живущие за счет растительноядных форм - к третьему, потребляющие других плотоядных - к четвертому и т. д.[ ...]
Множество популяций, характерых сходными кормовыми связями, образует трофический уровень, или трофический элемент, экосистемы (Ь).[ ...]
Удаленность организма пищевой цепи от продуцентов называют пищевым или трофическим уровнем. Организмы, получающие в пищевой цепи энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так. зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные - второй (уровень первичных консументов) первичные хищники, поедающие травоядных, третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники - четвертый (уровень третичных консументов). Организм данного вида может занимать один или несколько трофических уровней, смотря по тому, какие источники энергии он использует.[ ...]
В настоящее время известны примеры, когда животных, составляющих данный трофический уровень и населяющих некоторое пространство, можно рассматривать как комплекс практически равнозначных в трофическом отношении особей. Скопление рыб, удовлетворяющих данным условиям, Лебедев предложил называть «элементарными популяциями».[ ...]
Самым фундаментальным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и функциональной организации биоценозов является пирамида энергий, в которой размер прямоугольников пропорционален энергетическому эквиваленту в единицу времени, т. е. количеству энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за принятый период (рис. 5.7). К основанию пирамиды энергии можно обоснованно добавить снизу еще один прямоугольник, отражающий поступление энергии Солнца.[ ...]
Первичным источником энергии в цепях питания является солнечная энергия. Первый трофический уровень - продуценты (зеленые растения) - используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза, создавая первичную продукцию любого биоценоза. При этом только 0,1% солнечной энергии используется в процессе фотосинтеза. Эффективность, с которой зеленые растения ассимилируют солнечную энергию, оценивается величиной первичной продуктивности. Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходуется растениями в процессе дыхания, остальная часть энергии переносится далее по пищевым цепям.[ ...]
Рассматривая поток энергии в экосистемах, легко понять также, почему с повышением трофического уровня биомасса снижается. Здесь проявляется третий основной принцип функционирования экосистем: чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень, или иначе: на конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.[ ...]
Благодаря определенной последовательности пищевых отношений различаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Так, первый трофический уровень во всех экосистемах образуют продуценты - растения; второй - первичные консументы - фитофаги, третий - вторичные консументы - зоофаги и т.д. Как уже отмечалось, многие животные питаются не на одном, а на нескольких трофических уровнях (примером могут служить диеты серой крысы, бурого медведя и человека).[ ...]
[ ...]
Данная гипотеза, очевидно, позволяет строить прогнозы, вполне поддающиеся проверке. Так, системы с более высокой первичной продуктивностью, по-видимому, могут включать большее число трофических уровней. Однако в действительности, несмотря на разницу первичной продукции различных наземных, пресноводных и морских сообществ на три-четыре порядка (Pimm, 1982), нет никаких надежных доказательств увеличения числа трофических уровней в более продуктивных средах. В малопродуктивных арктических озерах и тундре пищевые цепи практически не короче, чем в озерах и травяных формациях умеренного и тропического поясов. И лишь при крайне низких уровнях первичной продукции энергетические ограничения, по-видимому, действительно определяют верхний предел числа трофических уровней. Например, в озере Ванга-лин (Антарктика) с чрезвычайно низкой продуктивностью, вероятно, отсутствует третий трофический уровень (Goldman et al„ 1967).[ ...]
Сообщество рыб представляет собой четвертый трофический уровень в иерархической структуре экосистемы Ладожского озера. Эта модель развивает имеющиеся представления о динамике его ихтиоценоза. Методически она существенно отличается от всех других моделей, представленных в монографии. Основная идея построения модели состоит в разделении описания трофических, популяционных и промысловых процессов. Связь этой модели с другими моделями на данном этапе возможна только на уровне обмена информацией.[ ...]
А. хемосинтезирующие способны окислять неорганические вещества и энергию окисления использовать в жизнедеятельности (нитрифицирующие бактерии и др.). А. являются первичными продуцентами и образуют первый трофический уровень в экологических системах.[ ...]
Следует также рассмотреть вопрос о выборе оптимального рациона. Представим себе появление в сообществе нового хищника. Трофический уровень фитофагов предоставляет более богатый энергией источник пищи, поскольку число стадий, на которых происходили ее потери, в этом случае минимально. Значит, преимущества питания нижними звеньями пищевой цепи достаточно очевидны. Однако, если так кормятся все виды, усиливается конкуренция, так что питание на более высоких уровнях позволит ее снизить.[ ...]
Многие схемы восстановления водоемов используют оба метода, так как профилактический метод дает долговременное улучшение, а восстановительные методы выправляют ситуацию и снижают буферную способность донных отложений. К восстановительным методам прибегают реже, если достигается желаемый трофический уровень и профилактические методы способны сохранить этот уровень.[ ...]
Фотоавтотрофы (растения) составляют основную массу биоты и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в экосистеме, т.е. являются первичными производителями продукции - продуцентами экосистем. Синтезированная автотрофами новая биомасса органического вещества - это первичная продукция, а скорость ее образования - биологическая продуктивность экосистемы. Автотрофы образуют первый трофический уровень любой полночленной экосистемы.[ ...]
Например, уничтожение ядохимикатами хозяйственно значимых вредителей в лесах, отстрел части популяций животных, вылов отдельных видов промысловых рыб - это частичные помехи, поскольку они влияют лишь на отдельные звенья пищевых цепей, не затрагивая пищевых сетей в целом. Чем сложнее пищевая сеть, структура экосистемы, тем значимость таких помех меньше, и наоборот. В то же время выброс и сброс в атмосферу или воду химических ксенобиотиков, например оксидов серы, азота, углеводородов, соединений фтора, хлора, тяжелых металлов, радикально меняет качество среды, создает помехи на уровне продуцентов в целом, а значит, и ведет к полной деградации экосистемы: так как погибает основной трофический уровень - продуценты.[ ...]
Исследования, проведенные после испытаний ядерного оружия на атоллах Тихого океана, показали, что радиоактивные изотопы, включающиеся в пищевые цепи в океане, достаточно легко отличаются от включающихся в наземные пищевые цепи (Сеймур, 1959; Пеламбо, 1961). В морских организмах в больших количествах обнаружены те радиоактивные изотопы, которые образуют прочные комплексы с органическими веществами, например кобальт-60, железо-59, цинк-65 и марганец-54 (все эти изотопы порождены нейтронной бомбардировкой), и те, которые присутствуют в виде частиц или коллоидов (144Се, 144Рг, 952г и 106НЬ). В наземных растениях и животных, напротив, находят больше всего растворимых продуктов распада, таких, как стронций-90 и цезий-137. Так как именно в морских животных, но не в морских растениях или наземных организмах была обнаружена наведенная активность, накапливающаяся в детрите, можно думать, что это различие связано с преобладанием в пищевых цепях морских экосистем фильтра-торов и организмов, питающихся донными осадками. Это еще один пример того, что загрязнения могут миновать первый трофический уровень и включиться непосредственно в те звенья пищевой цепи, которые образованы животными.[ ...]
Перенос энергии пищи от ее источника - растений -через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. При каждом очередном переносе большая часть (80-90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Это ограничивает возможное число этапов, или «звеньев» цепи, обычно до четырех-пяти. Чем короче пищевая цепь (или чем ближе организм к ее началу), тем больше количество доступной энергии. Пищевые цепи можно разделить на два основных типа: пастбищные цепи, которые начинаются с зеленого растения и идут далее к пасущимся, растительноядным животным (т. е. к организмам, поедающим зеленые растения) и к хищникам (организмам, поедающим животных), и детритные цепи, которые начинаются от мертвого органического вещества, идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем детритофагам и к их хищникам. Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Их сплетение часто называют пищевой сетью. В сложном природном сообществе организмы, получающие свою пищу от растений через одинаковое число этапов, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные - второй (уровень первичных консументов), хищники, поедающие травоядных, - третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники - четвертый уровень (уровень третичных консументов). Необходимо подчеркнуть, что эта трофическая классификация делит на группы не сами виды, а их типы жизнедеятельности; популяция одного вида может занимать один или более трофических уровней, смотря по тому, какие источники энергии она использует. Поток энергии через трофический уровень равен общей ассимиляции (Л) на этом уровне, а общая ассимиляция в свою очередь равна продукции биомассы (Р) плюс дыхание (/?) .
РАЗНОКАЧЕСТВЕННОСТЬ ФОРМ ЖИЗНИ И БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ
Устойчивое существование жизни возможно лишь при многообразии, разно качественности ее форм, специфика обмена, которых обеспечивает последовательное использование выделяемых в среду продуктов метаболизма, формирующие биогенный круговорот.
В простейшем виде такой комплиментарный набор качеств форм жизни представлен: продуцентами, консументами, редуцентами, совместная деятельность, которых обеспечивает извлечение веществ из внешней среды, их трансформацию на различных уровнях трофических цепей и минерализацию органических веществ до составляющих, доступных для очередного включения в круговорот.
Продуценты - это живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. В се продуценты по характеру источника энергии для синтеза органических веществ подразделяются на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.
Консументы - живые существа, не способные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требующих поступления органического вещества извне, в составе пищи. Организмы потребляющие органические вещества по ходу в потоке веществ круговорота они занимают уровень потребителей, облигатно обязанных с автотрофными организмами (консументы 1 порядка) или с другими гетеротрафами, которыми они питаются (консументы П порядка).
| СОЛНЦЕ | ||||
| КОНСУМЕНТЫ 1 ПОРЯДКА | ||||
| ПРОДУЦЕНТЫ | КОНСУМЕНТЫ П ПОРЯДКА | |||
| РЕДУЦЕНТЫ | ||||
| МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
Упрощенная схема переноса вещества и энергии в процессе биогенного круговорота (Никоноров и др.)
Значение консументов в круговороте веществ:
1. В процессе метаболизма гетеротрофы разлагают полученные в составе пищи органические вещества. Трансформация первично редуцируемых автотрофами веществ в организмах консументов ведет к увеличению разнообразия живого вещества, а это является необходимым условием устойчивости любой экосистемы (принцип Эшбина внешнего и внутреннего возмущения).
2. Животные, составляющие основную часть организмов консументов, подвижны, способны к активному перемещению в пространстве. Этим они способствуют миграции живого вещества, дисперсии его на поверхности планеты, что стимулирует пространственное расселение жизни и служит своеобразным гарантийным механизмом на случай уничтожения жизни в каком-то одном месте.
3. Важная роль консументов, особенно животных, как регуляторов интенсивности потока вещества и энергии.
Редуценты - организмы разлагающие вещества, частичная минерализация органического вещества идет у всех животных, так в процессе дыхания выделяется СО2 , выводится Н2О, минеральные соли, аммиак.
Истинными редуцентами, завершающими цикл разрушения органических веществ, можно считать лишь такие организмы, которые выводят во внешнею среду только неорганические вещества, готовые к вовлечению в новый круговорот. В категорию редуцентов входят многие виды бактерий и грибов. По характеру метаболизма - это организмы восстановители (N де нитрифицирующие бактерии, восстанавливают азот до элементарного состояния).
ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
Все организмы, выполняющие в экосистеме трофические функции составляют трофические уровни:
1. Трофический уровень образуют автотрофные организмы. Они создают уровень первичной продукции и являются первичными продуцентами. Именно они утилизируют внешнюю энергию солнца, создают массу органического вещества (биомассу), являются основой существования жизни вообще и биоценоза в частности.
Живые организмы рождаются, растут, развиваются, в ходе этих процессов меняется их биомасса. Биомассу выражают в единицах энергии или массы не единицу площади (N: ДЖ/м, или т/м). В сообществах основная доля биомассы приходится на растения (первичная продукция - автотрофы).
Количество создаваемой автотрофами продукции называется первичной продукцией, при этом общее количество биомассы называется валовой продукцией , а прирост биомассы - чистой продукцией.
Часть энергии идет на поддержание жизни и дыхания самих растений - это составляет 40-70% от валовой продукции. Разница между валовой продукцией и дыханием и есть чистая продукция.
Чистая продукция - это скорость наращивания биомассы доступной для потребления гетеротрофов.
Скорость образования первичной продукции называетсябиологической продуктивностью экосистемы. Выражается она в единицах энергии или вещества, отнесенных к площади за 1 сутки.
Животные, грибы, бактерии получают энергию, питаясь растениями (автотрофами) или другими организмами, которые тоже питаются растениями и по характеру питания являются гетеротрофами. Их относят к вторичным продуцентам.
Количество биомассы создаваемое вторичными продуцентами называется вторичной продукцией. Это группу объединяютво второй трофический уровень, который представлен консументами. Их называют трансформаторами-гетеротрофами.
Консументы выделяют различные биоактивные вещества, стимулирующие или угнетающие другие организмы. В этой группе выделяется несколько уровней:
n Консументы 1 порядка
n Консументы П порядка
n и другие.
Третья группа организмов образует в экосистеме функционирующего биоценоза - редуценты.
Различают следующие группы потребителей мертвых организмов:
1. Некрофаги (труппы животных);
2. Копрофаги (экскременты);
3. Сапрофаги (мертвые растительные остатки);
4. Детритофаги (потребители полуразрушенных органических веществ).
В общих чертах редуценты можно разделить на фитофаги, зоофаги, миксофаги (смешанные). Вклад каждой группы в функционирование экосистемы неравноценен.
N: для полного круговорота вещества в водоеме видовой состав продуцентов и редуцентов не имеет большого значения, а для промысловых организмов - решающее.
Организмы разных групп по-разному реагируют на антропогенные воздействия.
ТИПЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ
Выделяют следующие типы взаимоотношений между популяциями:
n нейтрализм при котором ассоциация двух популяций не сказывается ни на одной из них;
n взаимное конкурентное подавление , при котором обе популяции активно подавляют друг друга;
n конкуренция из-за ресурсов, при которой каждая популяция неблагоприятно действует на другие при борьбе за пищевые ресурсы в условиях их недостатка;
n аменсализм, при которой одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния;
n хищничество - одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но тем не менее зависит от другой;
n комменсализм - одна популяция извлекает пользу из объединения, для другой это объединение безразлично;
n протокооперация - обе популяции используют преимущество от объединения, но их связь не облигатна (не обязательна);
n мутуализм - связь популяций благоприятна для роста и выживания обоих.
Ю.Одум подчеркивает 2 важных принципа:
1. В ходе эволюции и развития экосистем существует тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, увеличивающих выживание взаимодействующих видов.
В рамках биосферы как целостности такого не происходит, так как опасности и преодоления их способствуют эволюции.
В природе нет ничего вредного для вида, так как, что вредно для индивида и популяции, полезно для вида с эволюции. Концепция ко эволюции хорошо объясняет эволюцию в системе "хищник-жертва" - постоянное совершенствование и того и другого компонента экосистемы.
Условием уменьшения отрицательного воздействия является стабильность экосистемы и то, что ее пространственная структура обеспечивает возможность взаимного приспособления популяций. Отрицательные и положительные отношения между популяциями в экосистеме, которые достигают стабильного состояния, в конце концов уравновешивают друг друга.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Кафедра «Экологии»
Практическая работа.
по дисциплине:
«Экология»
Выполнил:
Ст. гр. ВТ-110
Щегуров Р.Н.
Принял:
Забелина О.Н.
Владимир 2013
Теоретическая часть.
Понятие экосистемы
Экосистема - это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды. Экосистемами являются, например, муравейник, участок леса, географический ландшафт или даже весь земной шар.
Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых соответственно биотическим и абиотическим.Биотический компонент по типу питания подразделяют на автотрофные и гетеротрофные организмы.
Автотрофы синтезируют необходимые им органические вещества из неорганических. По источнику энергии для синтеза они разделяются на два типа: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.
Фотоавтотрофы для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. Это зеленые растения, имеющие хлорофилл (и другие пигменты) и усваивающие солнечный свет. Процесс, при котором происходит его усвоение, называется фотосинтезом.
Хемоавтотрофы для синтеза органических веществ используют химическую энергию. Это серобактерии и железобактерии, получающие энергию при окислении соединений железа и серы. Хемоавтотрофы играют значительную роль только в экосистемах подземных вод. Их роль в наземных экосистемах сравнительно невелика.
Гетеротрофы используют органические вещества, которые синтезированы автотрофами, и вместе с этими веществами получают энергию. Гетеротрофы, таким образом, зависят в своем существовании от автотрофов и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем.
Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает, во-первых, почву или воду, во-вторых, климат.
Пищевые цепи и трофические уровни
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растение. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов - каждый последующий питается предыдущим, поставляя ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью , а каждое ее звено -трофическим уровнем .
При каждом очередном переносе большая часть (80 - 90 %) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло (правило 10 %). Поэтому, чем короче пищевая цепь, тем большее количество энергии доступно для популяции. С потерями энергии при переносе связано ограничение количества звеньев в трофической цепи, которое обычно не превышает 4 - 5, так как чем длиннее пищевая цепь, тем меньше продукция ее последнего звена по отношению к продукции начального.
Первый трофический уровень занимают продуценты ,являющиеся автотрофами, - этов основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию в химическую, заключенную в органических молекулах, из которых построены их ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии.
Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами , третьего -вторичными консументами . Все консументы относятся к гетеротрофам.
Существует два главных типа пищевых цепей - пастбищные и детритные. В пастбищных пищевых цепях первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй - пастбищные животные и третий - хищники.
Однако, тела погибших животных и растений (детрит ) еще содержат энергию, так же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются редуцентами . Таким образом, детритная пищевая цепь начинается с отмерших органических остатков и идет далее к организмам ими питающимся. Например, мертвое животное ® личинка падальных мух® травяная лягушка.
В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, так как животные могут питаться организмами разных типов из одной и той же или из разных пищевых цепей. Поэтому пищевые цепи не изолированы друг от друга, они тесно переплетаются и образуют пищевые сети .
Экологические пирамиды
Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Они строятся суперпозицией прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого параметра. Таким образом, можно получить пирамиды чисел, биомассы и энергии.
Эти пирамиды отражают две фундаментальные характеристики любого биоценоза, когда они показывают его трофическую структуру:
их высота пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т.е. числу содержащихся в ней трофических уровней;
их форма более или менее отражает эффективность превращений энергии при переходе с одного уровня на другой.
Пирамиды чисел представляют собой наиболее простое приближение к изучению трофической структуры экосистемы. Установлено основное правило, согласно которому в любой среде при переходе с одного трофического уровня на другой численность особей уменьшается, а их размер увеличивается (рис.1.1).
Рис. 1.1. Экологическая пирамида чисел
В заключение отметим, что пирамида чисел отнюдь не идеально отражает трофические связи в сообществе, так как она совершенно не учитывает ни размеры, ни массу индивида.
Пирамида биомассы более полно отражает пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как она показывает биомассу (сухая масса) в данный момент на каждом уровне пищевой цепи (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Пирамиды биомассы. Тип А наиболее распространен.
Тип Б относится к перевернутым пирамидам (см. текст). Цифры означают
продукцию, выраженную в г/м 2
Важно понимать, что величина биомассы не содержит никакой информации о скорости ее образования или потребления.
Продуцентам небольших размеров, таким, как водоросли, свойственна высокая скорость размножения, которая уравновешивается интенсивным потреблением их в пищу другими видами и естественной гибелью. Таким образом, хотя биомасса их может быть малой по сравнению с крупными продуцентами (деревья), продуктивность при этом может быть не меньше, так как деревья накапливают биомассу в течение длительного времени. Одно из возможных следствий этого - перевернутая пирамида биомассы, показанная на рис.1.2, описывающая сообщество Ла-Манша. Зоопланктон обладает большей биомассой, чем фитопланктон, которым он питается.
Подобных неудобств можно избежать, применяя пирамиды энергии. Пирамиды энергии наиболее фундаментальным способом отражают связи между организмами на различных трофических уровнях. Каждая ступенька пирамиды энергии отражает количество энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за определенный период (рис. 1.3).
| |
Рис. 1.3. Пирамида энергии. Цифрами обозначено количество
энергии на каждом трофическом уровне в кДж/м 2 год
Пирамиды энергии позволяют сравнивать не только различные экосистемы, но и относительную значимость популяций внутри одной экосистемы, не получая при этом перевернутых пирамид.
Продуктивность экосистемы
Любая экосистема характеризуется определенной биомассой. Под биомассой подразумевают общую массу всего живого вещества, растительного и животного, имеющегося в данный конкретный момент в экосистеме или какой-либо ее части. Биомасса обычно выражается в единицах массы в пересчете на сухое вещество или энергии, заключенной в данной массе (Дж, кал). Биомасса, накопленная за определенный промежуток времени (обычно за год) называется биологической продуктивностью. Другими словами, продуктивность - это скорость накопления органического вещества (в нее включен весь прирост растительной ткани, т.е. корни, листья и прочее, а также увеличение массы животных тканей за данный период времени).
Продуктивность экосистемы разделяют на первичную и вторичную. Первичная продуктивность , или первичная продукция, - это скорость накопления органического вещества автотрофными организмами.
Первичная продуктивность подразделяется в свою очередь на валовую и чистую. Валовая первичная продукция - это общая масса органического вещества, синтезированного продуцентами за определенный период времени.
Часть синтезированного органического вещества растения или другие продуценты используют для поддержания собственной жизнедеятельности, т.е. расходуют в процессе дыхания. Если из валовой первичной продукции вычесть органическое вещество, израсходованное на дыхание продуцентов, то получим чистую первичную продукцию .Она доступна гетеротрофам (консументам и редуцентам), которые поедая органическое вещество синтезированное автотрофами, создают вторичную продукцию .
Что такое "ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ"? Как правильно пишется данное слово. Понятие и трактовка.
ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ТРОФИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ совокупность организмов, объединяемых типом питания. Представление о Т. у. позволяет понять динамику потока энергии и определяющую его трофич. структуру. Автотрофные организмы (преим. зелёные растения) занимают первый Т. у. - (продуценты), растительноядные животные - второй (консументы первого порядка), хищники, питающиеся растительноядными животными,- третий (консументы второго порядка), вторичные хищники - четвёртый (консументы третьего порядка). Организмы разных трофич. цепей, но получающие пищу через равное число звеньев в трофич. цепи, находятся на одном Т. у. Так, питающиеся листьями люцерны корова и жук долгоносик рода ситона являются консументами первого порядка. Реальные взаимоотношения между Т. у. в сообществе очень сложны. Популяции одного и того же вида, участвуя в разл. трофич. цепях, могут находиться на разных Т. у., в зависимости от источника используемой энергии. На каждом Т. у. потреблённая пища ассимилируется не полностью, т. к. значит, часть её тратится на обмен. Поэтому продукция организмов каждого последующего Т. у. всегда меньше продукции предыдущего Т. у., в среднем в 10 раз. Относит, кол-во энергии, передающейся от одного Т. у. к другому, наз. экология, эффективностью сообщества или эффективностью трофич. цепи. Соотношение разл. Т. у. (трофич. структуру) можно изобразить графически в виде экологической пирамиды, основанием к-рой служит первый уровень (уровень продуцентов). Экологич. пирамида может быть трёх типов: 1) пирамида чисел - отражает численность отд. организмов на каждом уровне; 2) пирамида биомассы - общий сухой вес, энергосодержание или др. мера общего кол-ва живого вещества; 3) пирамида энергии - величина потока энергии. Основание в пирамидах чисел и биомассы может быть меньше, чем последующие уровни (в зависимости от соотношения размеров продуцентов и консументов). Пирамида энергии всегда суживается кверху. В наземных экосистемах уменьшение кол-ва доступной энергии обычно сопровождается уменьшением биомассы и численности особей на каждом Т. у.Типы экологических пирамид упрошенной трофической цепи люцерна - телята - мальчик. Пирамида чисел (1) показывает, что если бы мальчик питался в течение одного года только телятиной, то для этого ему потребовалось бы 4, 5 телёнка, а для пропитания телят необходимо засеять поле в 4 га люцерной (2-107 растений,). В пирамиде биомассы (2) число особей заменено величинами биомассы. В пирамиде энергии (3) учтена солнечная энергия. Люцерна использует 0,24% солнечной энергии. Для накопления продукции телятами в течение года используется 8% энергии, аккумулированной люцерной. На развитие и рост ребёнка в течение года используется 0,7% энергии, аккумулированной телятами. В результате чуть более одной миллионной доли солнечной энергии, падающей на поле в 4 га, используется для пропитания ребёнка в течение одного года (по Ю. Одуму)..(
Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую или трофическую (греч. trophe-пища) цепь от автотрофов, продуцентов (создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так 4-6 раз с одного трофического уровня на другой.
Трофический уровень - это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные - консументы. Второй трофический уровень - это растительноядные консументы; третий - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый - консументы, потребляющие других плотоядных, и т.д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т.д. порядков.
Четко распределяются по уровням лишь консументы, специализирующиеся на определенном виде пиши. Однако есть виды, которые питаются мясом и растительной пищей (человек, медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.
Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полностью - от 12 до 20% у некоторых растительноядных, до 75% и более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов, траты на дыхание, оцениваемая общим количеством СО 2 , выделенного организмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и некоторого запаса питательных веществ, т.е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и особенно при активной мышечной работе. В конечном итоге вся Энергия, использованная на метаболизм, превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде.
Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется. Приблизительно потери составляют около 90%. На каждый следующий уровень передается не более 10% энергии от предыдущего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т.е. 0,1 % от калорийности растительной пищи.
Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем сложно переплетаются, образуя трофические сети. Но конечный итог: рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.
Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питается значительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапрофаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию, заключенную в детрите. Поэтому различают два вида трофических цепей:
- Пастбищные (цепи выедания) — начинаются с продуцентов; для таких цепей при переходе с одного трофического уровня на другой характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности
