Трофическая структура. Биогеоценоз и экосистема

Биогеоценоз и экосистема

ЭКОСИСТЕМА

Лекция 6

Биогеоценоз – это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) на определенном участке поверхности Земли. Термин в 1940 г. предложил русский ботаник, географ, лесовед Владимир Николаевич Сукачев. Границы биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).

Экосистема – это комплекс живых организмов и среды их обитания, в котором живые и неживые компоненты объединены обменом веществ и потоком энергии. Термин «экосистема» ввел английский фитоценолог Артур Тенсли в 1935 г.

Структурные компоненты экосистемы: абиотический компонент: климатоп, эдафотоп; биотический компонент: фитоценоз, зооценоз и микробоценоз.

Экосистема – это природная открытая по энергии, закрытая по биомассе система. Обязательными условиями функционирования экосистемы являются: круговорот веществ – непрерывное превращение и перемещение веществ во времени и пространстве; поток энергии – это переход энергии в виде пищи по цепям питания с одного трофического уровня на другой более высокий. Существование постоянного потока энергии поддерживается за счет практически неисчерпаемой и чистой солнечной энергии; запас биогенных элементов; наличие продуцентов, консументов, редуцентов.

Важнейший вид взаимоотношений между организмами в биоценозе, формирующие его структуру – это пищевые (трофические) связи типа хищника–жертва. Трофические отношения создают структурную основу, помогающую понять поток энергии через экосистему.

Пищевая цепь – это последовательность переноса энергии в виде пищи от одного организма к другому. Она представляет собой путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной при фотосинтезе солнечной энергии. В конечном итоге эта энергия возвращается в окружающую природную среду в виде тепловой энергии.

Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Количество трофических уровней варьирует от 3 до 6. Трофические уровни формируют организмы, обязательно принадлежащие к трем группам: продуцентам, консументам, редуцентам.

Первый трофический уровень занимают продуценты – организмы способные производить органические вещества из неорганических (автотрофных зеленых растений, фото- и хемосинтезирующие бактерии).

Консументы – это организмы, потребляющие готовые органические вещества, но не доводящие их разложение до неорганических. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Консументы второго, третьего и более высоких порядков могут быть хищниками (охотиться, схватывая и убивая жертву), могут питаться падалью или быть паразитами. В последнем случае они по величине меньше своих хозяев, в результате чего пищевые цепи паразитов необычны по ряду параметров. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные становятся крупнее на каждом трофическом уровне.

Организмы, окончательно разрушающие органические вещества до неорганических – это редуценты (бактерии, грибы).

По сходству начальных этапов пищевые цепи подразделяют на: пастбищные (выедания), детритные (разложения). Пищевая цепь, в которой поток энергии идет от растений через растительноядных животных, называется пастбищной. Пищевая цепь, по которой поток энергии берет начало от мертвого органического вещества и проходит через систему разлагателей, называется детритной. Совокупность пищевых цепей в экосистеме называют пищевой сетью.

Для наглядности представления взаимоотношений между организмами различных видов в экосистеме принято использовать экологические пирамиды: численности, биомасс и энергии. Если представить каждый трофический уровень в виде блока, величина которого соответствует продуктивности данного уровня, а затем поставить эти блоки друг на друга, начиная с первичных продуцентов, то получится пирамида, графически отображающая трофическую структуру изучаемой экосистемы.

Соотношение численности организмов, занимающих разное положение в пищевой цепи, называют пирамидой численности. Согласно правилу пирамиды численности общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается. Для построения пирамиды численности подсчитывают число организмов на некоторой территории, группируя их по трофическим уровням. Пирамида численностей крайне неустойчива.

Экологическую пирамиду биомасс показывает количество живого вещества (биомассу – суммарную массу организмов) на каждом трофическом уровне.

Наиболее объективным 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.

Р. Линдеман (1942) сформулировал закон пирамиды энергий, или правило 10%: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень, в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды.