Сообщества. Экосистемы

Перечень рекомендуемой литературы и иных источников

Биология учебник для 10-11 кл. Под редакцией академика Колесников С.И. издательство КноРус, 2020 стр. 176	https://www.book.ru/book/932113
Интернет ресурсы	https://vk.com/club193098816

 

           

Лекция.

Экологические системы

Сообщества. Экосистемы

Понятие о сообществе и экосистеме. Группа популяций разных видов, населяющая определенную территорию, образует сообщество. Представление о любом ландшафте в первую очередь связывается с его растительностью. Тундра, тайга, листопадные леса, луга, степи, пустыни состоят из разнообразных растительных сообществ. Березо­вые леса отличаются от дубрав не только древесным составом, но и подлеском и травяным покровом.

Все сообщества растений, животных, микроорганизмов, грибов на­ходятся в теснейшей связи друг с другом, создавая неразрывную си­стему взаимодействующих организмов и их популяций — биоценоз, который также называют сообществом. Можно выделить сообщест­ва любого размера и уровня. Например, в сообществе степей — со­общество луговых степей, а в нем — сообщества растений, позво­ночных и беспозвоночных животных, микроорганизмов.

Среда и сообщество, а также члены сообщества между собой об­мениваются веществами и энергией: живые организмы из среды или друг от друга получают вещества и энергию и возвращают их об­ратно в окружающую среду. Благодаря этим процессам обмена, ор­ганизованным в виде потока энергии и круговорота веществ, сооб­щество (биоценоз) и окружающая его среда представляют собой не­разрывное единство, одну сложную систему. Такую систему называют

экосистемой или биогеоцено­зом. В последнее время термин «экосистема» употребляется чаще.

Зеленые растения — автотрофы. Они способны аккумулировать солнечную энергию в процес­се фотосинтеза и синтезиро­вать органические вещества. Автотрофы — это продуцен­ты, т. е. производители ор­ганического вещества, первая функциональная группа ор­ганизмов биоценоза.

Любое сообщество вклю­чает в себя также гетеротроф­ные организмы, которым для питания необходимы уже го­товые органические вещест­ва. Различают две группы гетеротрофов: консументы, или потребители, и редуценты, т. е. разрушители. К консументам относят животных. Травоядные животные упо­требляют растительную пи­щу, а плотоядные — живот­ную. К редуцентам относят микроорганизмы — бактерии и микроскопические грибы. Редуценты разлагают выде­ления животных, остатки мертвых растений, животных и микроорганизмов и другие органические вещества. Раз­рушители питаются органи­ческими соединениями, обра­зующимися при разложении. В процессе питания редуцен­ты минерализуют органиче­ские вещества до воды, диоксида углерода и минеральных элементов. Продукты минерализа­ции вновь используются продуцентами.

                                          пищевые и энергетические связи:

                            продуценты       консументы        редуценты

Все три перечисленные группы организмов существуют в любом со­обществе. В каждую группу входит множество популяций, населяю­щих экосистему. Только совместная работа всех трех групп обеспе­чивает функционирование экосистемы.

Примеры экосистем. Разные экосистемы отличаются друг от дру­га как по видовому составу организмов, так и по свойствам среды их обитания.

В лесу выделяется несколько ярусов растений: высокий и низкий древесный, кустарников, трав и мохового напочвенного по­крова. Растения верхних ярусов более светолюбивы и лучше приспо­соблены к колебаниям тем­пературы и влажности, чем растения нижних ярусов. Ку­старники, травы и мхи в ле­су теневыносливы, летом они существуют в полумраке, ко­торый образуется после пол­ного развертывания листвы деревьев. На поверхности поч­вы лежит подстилка, состо­ящая из полуразложивших­ся остатков опавшей листвы.

Фауна листопадных лесов богата. Много норных гры­зунов (мыши, полевки), землероющих насекомоядных (землеройки), хищников (ли­сица, барсук, медведь). Встре­чаются млекопитающие, жи­вущие на деревьях (рысь, бел­ка, бурундук). В группу крупных травоядных входят олени, лоси, косули. Широ­ко распространены кабаны. Птицы гнездятся в различных ярусах леса: на земле, в кустарни­ках, на стволах или в дуплах и на вершинах деревьев. Много на­секомых, которые питаются листьями (например, гусеницы) и дре­весиной (короеды). В подстилке и верхних горизонтах почвы, кроме насекомых, обитает громадное количество и других беспозвоночных животных (дождевые черви, клещи, личинки насекомых), масса гри­бов и бактерий.

Пример экосистемы, где средой жизни организмов служит во­да, — известные всем пруды. По всей толще воды на глубину проникновения света рас­пространены мелкие плавающие растения, в основной массе водоросли, называемые фитопланктоном. Когда водорослей много, вода стано­вится зеленой, как говорят «цветет». В фитопланктоне много диато­мовых и зеленых водорослей, а также цианобактерий.

Организмы, разлагающие органические вещества (бактерии, жгу­тиковые, грибы), распространены по всему пруду, но особенно их много на дне, где накапливаются остатки мертвых растений и жи­вотных.

        Непохожи и по внешнему виду, и по видовому составу популяций экосистемы леса и пруда. Среда обитания видов разная: в лесу — воздух и почва; в пруду — воздух и вода. Одна­ко функциональные группы живых организмов однотипны. Проду­центы в лесу — деревья, кустарники, травы, мхи; в пруду — пла­вающие растения, водоросли и синезеленые. В состав консументов в лесу входят звери, птицы, насекомые и другие беспозвоночные жи­вотные (последние населяют почву и подстилку).

 Поток энергии и цепи питания

Для осуществления любых жизненных процессов необходима энергия. Единственным источником энергии для зеленых растений является Солнце. Солнечная энергия, падающая на фотосинтезирующие органы рас­тений, аккумулируется во вновь образующихся органических соеди­нениях. Эта энергия используется продуцентами поразному. Часть ее тратится на дыхание, т. е. на биологическое окисление, часть запасается в виде вновь возникшей биомассы. Био­масса — это масса организмов определенной группы или сообщест­ва в целом.

Цепи питания -перенос энергии от ее источника (растений) че­рез ряд организмов.

Все живые организмы связаны между собой энергетическими от­ношениями, поскольку являются объектами питания других организ­мов. Травоядные животные (потребители первого порядка) поедают растения, первичные хищники (потребители второго порядка) поеда­ют травоядных, вторичные хищники (потребители третьего поряд­ка) поедают хищников помельче. Таким образом создаются пищевые цепи из продуцентов и консументов, которые на разных этапах, смыкаются с сообществом редуцен­тов.

Пищевые цепи разделяют на два типа. Один тип пищевой цепи начинается с растений и идет к растительноядным животным и да­лее к хищникам. Это так называемая цепь выедания (пастбищная). Другой тип начинается от растительных и животных остатков, экс­крементов животных и идет к мелким животным и микроорганиз­мам, которые ими питаются. В результате деятельности микроорга­низмов образуется полуразложившаяся масса — детрит. Такую цепь называют цепью разложения (детритной).

На суше пищевые цепи первого типа состоят обычно из 3—5 зве­ньев, например: растения - овца - человек — трехзвенная цепь; растения - кузнечики -ящерицы - ястреб — четырехзвенная цепь; растения - кузнечики - лягушки - змеи - орел — пятизвенная цепь. Через пищевые цепи биогеоценозов суши подавляющее коли­чество прироста растительной биомассы поступает через опад в це­пи разложения.

В морях и океанах обнаружено несколько типов пищевых цепей. В морях, расположенных на шельфе (например, Баренцево море), это: фитопланктон - мелкие рачки - рыбы, питающиеся мелкими рачками (сельдь, мойва) - хищные рыбы (треска) - морские млекопитающие (гренландский тюлень); в открытых районах океана: фи­топланктон — зоопланктон (инфузории, рачки) — кальмары и ры­бы, питающиеся мелкими рачками (макрель) - хищные рыбы (ту­нец) — крупные акулы и дельфины.

Со­единение цепей образует пищевую сеть экосистемы. Угнетение или разрушение любого звена экосистемы с неизбежностью отразится на экосистеме в целом. Поэтому вмешиваться в жизнь экосистем надо с большой осторожностью и осмотрительностью.

Экологическая пирамида. Пищевые сети внутри каждой экосис­темы имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством и размером организмов на каждом уровне цепи пита­ния. Как правило, при переходе с одного пищевого уровня на дру­гой численность особей уменьшается, а их размер увеличивается. Как мы видим, обра­зуется пирамида чисел, основание которой в 3 млн раз шире, чем вершина.

Только часть энергии, поступившей на определенный уровень биоценоза, передается организмам, находящимся на более высоком пищевом уровне. С уровня на уровень переходит около 10% энер­гии. Таким образом, передача энергии с одного пищевого уровня на другой происходит с очень малым КПД.

 Агроценозы

Структура агроценоза. Леса, тундры, степи, пустыни, реки, мо­ря и т. д. — естественные экосистемы. Поля, огороды, сады, пар­ки, лесные насаждения, пастбища — созданные человеком экосисте­мы. Их называют агроценозами.

Агроценозы — такие экосистемы, структуру и функцию которых создает, поддерживает и контролирует человек в своих интересах.

Пример агроценоза — поле пшеницы. Его растительный покров состоит в основном из растений пшеницы с примесью сорняков. Жи­вотных значительно меньше, чем в естественных экосистемах, но они есть (личинки мух, жуки, дождевые черви и др.). Иногда резко повышается численность насекомых-вредителей. Живут в норках по­левки, за ними охотятся немногочисленные лисы, прилетают зерно­ядные и хищные птицы. Осенью урожай зерна с поля вывозят. На поле остаются солома и корневые остатки, которые разлагаются гри­бами и бактериями, населяющими почву.

В агроценозе, как и в любой природной экосистеме, существуют те же самые группы организмов: продуценты, консументы и реду­центы.

Отличия агроценоза от биогеоценоза. Однако между агроценозом и биогеоценозом имеются и большие различия. Первое различие со­стоит в разном направлении отбора. Естественный отбор, отметая не­устойчивые, нежизненные формы организмов и их сообществ в биогеоценозе, формирует основное его свойство — устойчивость. В условиях недостаточного обеспечения растений светом, теплом, вла­гой, питательными элементами выживают только конкурентоспособ­ные виды. Выжить в сообществе — это значит пройти жизненный цикл и оставить потомство.

В агроценозах действие естественного отбора ослаблено. Здесь дей­ствует искусственный отбор, направленный прежде всего на повы­шение урожайности сельскохозяйственных культур. В биогеоценозе естественный отбор направлен на создание организмов, устойчивых к действию неблагоприятных факторов среды. В агроценозах чело­век путем искусственного отбора создает организмы с максимальной продуктивностью. Следовательно, в биогеоценозах и агроценозах дей­ствуют различные виды отбора.

Второе отличие агроценоза от биогеоценоза заключается в исполь­зовании энергии. Биогеоценозы используют единственный источник энергии — Солнце. Агроценозы получают наряду с солнечной энер­гией дополнительную энергию, которую вносит человек. Чтобы полу­чить удобрения, препараты против вредителей и сорняков, провести искусственный полив или осушить заболоченные почвы, надо затра­тить энергию. Агроценозы могут существовать и обеспечивать чело­века урожаем только при такой дополнительной затрате энергии.