Биоценоз по способу питания

Экологические пирамиды

Пищевые цепи и сети. Классификация живых организмов по способу питания и механизму превращения энергии

Трофическая структура биоценозов

Важнейший вид взаимоотношений между организмами в биоценозе, фактически формирующими его структуру, — это пищевые связи хищника и жертвы: одни — поедающие, дру­гие — поедаемые. При этом все организмы, живые и мертвые, являются пищей для других организмов: заяц ест траву, лиса и волк охотятся на зайцев, хищные птицы (ястребы, орлы и т. п.) способны утащить и съесть как лисенка, так и волчонка. Погибшие растения, зайцы, лисы, волки, птицы становятся пищей для детритофагов (редуцентов или иначе деструкторов).

Все организмы, входящее в биоценоз по способу питания, подразделяют на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы (от греч. autos – сам) – осуществляют превращение неорганических веществ в органические (зеленые растения и некоторые микроорганизмы).

По механизму превращения неорганических веществ в органические автотрофы делится на :

• фототрофы (фотосинтез) – зеленые растения, сине-зеленые водоросли;

• хемотрофы (хемосинтез) – серные бактерии и др.

Гетеротрофы(от греч. разный) – используют для питания готовые органические вещества (все животные и человек, паразиты, грибы и др). По современным данным Дж. Н. Андерсена, гетеротрофов делят на:

• некротрофы (от греч. nekros – мертвый) трупноядные животные;

• биотрофы (от греч. biosis – живой) питаются за счет других живых организмов (паразиты, кровососы и др);

• сапротрофы (от греч. sapros – гниль) питаются отмершей органикой.

Существуют организмы и со смешанным типом питания, которых называют миксотрофами (от англ. mix – смешивать).

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистемах возможно только за счет постоянного притока энергии.

В конечном итоге вся жизнь на земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами (автотрофами) в химические связи органических соединений. Все остальные организмы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому.

Перенос энергии пищи от ее источника – автотрофов (растений) – через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой (трофической) цепью.

Для высвобождения запасенной химической энергии гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты, завершая тем самым круговорот веществ.

По отношению к трофическим (пищевым) связям организмы экосистемы подразделяются на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты (производители первичной продукции) — организмы, способные из неорганических веществ создавать органические, т.е. производить и накапливать потенциальную энергию в форме химической энергии, которая содержится в синтезированных органических веществах (углеводах, жирах, белках). В наземных экосистемах такой синтез осуществляют, главным образом, цветковые растения; в водной среде – микроскопические планктонные водоросли.

Консументы (т.е потребители) – это организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы. Роль консументов выполняют в природе, в основном, животные. Можно выделить консументы различного порядка. Первичные консументы питаются автотрофными (фотосинтезирующими) продуцентами. Это, в основном, травоядные животные. Вторичные консументы питаются травоядными организмами, т.е. являются плотоядными формами. Третичными являются консументы, питающиеся вторичными консументами и т.д. Можно выделить также консументов 4-го и 5-го порядка.

Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганическое соединение. Это, главным образом, бактерии и грибы. Они являются как бы завершающим звеном биологического круговорота веществ.

Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнемили цепью питания.

Первый трофический уровень – это всегда продуценты, создатели органической массы; второй – растительноядные консументы; третий – плотоядные, четвертый – организмы, потребляющие других плотоядных. По мере продвижения по цепи хищников животные все более увеличиваются в размерах и уменьшаются численно.

Понятие пищевой цепи удобно для изложения, хотя и носит несколько упрощенный характер.

Пищевая цепь — это последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Она представляет собой путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной при фотосинтезе ма­лой части высокоэффективной солнечной энергии, поступив­шей на Землю. В конечном итоге эта цепь возвращается в ок­ружающую природную среду в виде низкоэффективной тепло­вой энергии. По ней также движутся питательные вещества от продуцентов к консументам и далее к редуцентам, а затем обратно к продуцентам.

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.

Существуют два главных типа пищевых цепей — пастбищ­ные (или «выедания») и детритные (или «разложения»).

В пастбищных пищевых цепях первый трофический уро­вень занимают зеленые растения, второй — пастбищные жи­вотные (термин «пастбищные» охватывает все организмы, пи­тающиеся растениями), а третий — хищники.

Детритная пищевая цепь начинается с детрита.

Концепция пищевых цепей позволяет в дальнейшем про­следить круговорот химических элементов в природе, хотя простые пищевые цепи, подобные изображенным ранее, где каждый организм представлен как питающийся организмами только какого-то одного типа, в природе встречаются редко. Реальные пищевые связи намного сложнее, ибо животное мо­жет питаться организмами разных типов, входящих в одну и ту же пищевую цепь или в различные цепи, что особенно ха­рактерно для хищников (консументов) высших трофических уровней. Связь между пастбищной и детритной пищевыми це­пями иллюстрирует предложенная Ю. Одумом модель потока энергии.

Всеядные животные (в частности, человек) питаются и консументами, и продуцентами. Таким образом, в природе пищевые цепи переплетаются, образуют пищевые (трофические) сети.

Для наглядности представления взаимоотношений меж­ду организмами различных видов в биоценозе принято исполь­зовать экологические пирамиды, различая пирамиды числен­ности, биомасс и энергии.

Пирамида численности. Для построения пирамиды численности подсчитывают число организмов на некоторой территории, группируя их по трофическим уровням:

• продуценты — зеленые растения;

• первичные консументы — травоядные животные;

• вторичные консументы — плотоядные животные;

• третичные консументы — плотоядные животные;

• n-е консументы («конечные хищники») — плотоядные животные;

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.

Каждый уровень изображается условно в виде прямоуголь­ника, длина или площадь которого соответствуют численному значению количества особей. Расположив эти прямоугольни­ки в соподчиненной последовательности, получают эколо­гическую пирамиду численности, ос­новной принцип построения которой впервые сформулировал американский эколог Ч. Элтон.

Данные для пирамид численности получают достаточно легко путем прямого сбора образцов, однако существуют и не­которые трудности:

• продуценты сильно различаются по размерам, хотя один экземпляр злака или водоросли имеет одинаковый статус с одним деревом. Это порой нарушает правильную пирамидальную форму, иногда давая даже перевернутые пирамиды;

• диапазон численности различных видов настолько широк, что при графическом изображении затрудняет соблюдение масштаба, однако в таких случаях можно использовать логарифмическую шкалу.

Пирамида биомасс. Экологическую пирамиду биомасс строят аналогично пирамиде численности. Ее основное значение состоит в том, чтобы показывать количество живого вещества (биомассу — суммарную массу организмов) на каждом трофическом уров­не. Это позволяет избежать неудобств, характерных для пира­мид численности. В этом случае размер прямоугольников про­порционален массе живого вещества соответствующего уров­ня, отнесенной к единице площади или объема. Термин «пирамида биомасс» возник в связи с тем, что в абсо­лютном большинстве случаев масса первичных консументов, живущих за счет продуцен­тов, значительно меньше мас­сы этих продуцентов, а масса вторичных консументов зна­чительно меньше массы пер­вичных консументов. Биомас­су деструкторов принято пока­зывать отдельно.

При отборе образцов опре­деляют биомассу на корню или урожай на корню (т. е. в дан­ный момент времени), кото­рая не содержит никакой информации о скорости обра­зования или потребления био­массы.

Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т. е. общую биомассу всех организмов каждого трофического уровня. Поэтому при дальнейшем ана­лизе могут возникнуть ошибки, если не учитывать следующее:

• во-первых, при равенстве скорости потребления биомассы (потеря из-за поедания) и скорости ее образования урожай на корню не свидетельствует о продуктивности, т. е. о количестве энергии и вещества, переходящих с одного трофического уровня на другой, более высокий, за некоторый период времени (например, за год). Так, на плодородном, интенсивно используемом пастбище
урожай трав на корню может быть ниже, а продуктивность выше, чем на менее плодородном, но мало используемом для выпаса;

• во-вторых, продуцентам небольших размеров, например водорослям, свойственна высокая скорость роста и размножения, уравновешиваемая интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и естественной гибелью. Поэтому продуктивность их может быть не меньше чем у крупных продуцентов (например, деревьев), хотя на корню биомасса может быть мала. Иными словами, фитопланктон с такой же продуктивностью, как у дерева, будет иметь намного меньшую биомассу, хотя мог бы поддерживать жизнь животных такой же массы.

Одним из следствий описанного являются «перевернутые пирамиды». Зоопланктон биоценозов озер и морей чаще всего обладает большей биомассой, чем его пища — фито­планктон, однако скорость размножения зеленых водорослей настолько велика, что в течение суток они восстанавливают всю съеденную зоопланктоном биомассу. Тем не менее, в опре­деленные периоды года (во время весеннего цветения) наблю­дают обычное соотношение их биомасс.

Кажущихся аномалий лишены пирамиды энергий, рас­сматриваемые далее.

Пирамида энергий. 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. К основанию пирамиды энергии можно обо­снованно добавить снизу еще один прямоугольник, отражаю­щий поступление энергии Солнца.

Пирамида энергий отражает динамику прохождения мас­сы пищи через пищевую (трофическую) цепь, что принципи­ально отличает ее от пирамид численности и биомасс, отра­жающих статику системы (количество организмов в данныймомент). На форму этой пирамиды не влияют изменения раз­меров и интенсивности метаболизма особей. Если учтены все источники энергии, то пирамида всегда будет иметь типичный вид (в виде пирамиды вершиной вверх), согласно второму закону термодинамики.

Пирамиды энергий позволяют не только сравнивать раз­личные биоценозы, но и выявлять относительную значимость популяций в пределах одного сообщества. Они являются наи­более полезными из трех типов экологических пирамид, одна­ко получить данные для их построения труднее всего.

Источник

Экология

Обложка урока взята с источника.

Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке

Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера

. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке

Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке

План урока:

Понятие биоценоза

Типы взаимоотношений между организмами в биоценозе

Понятие о биоценозе появилось в науке не так давно, в 1877 году. Карл Мебиус в Северном море занимался изучением разведения устриц на отмелях, чтобы понять, как повысить их продуктивность. Им было установлено, что устрицы не живут сами по себе, а формируют сообщество с другими морскими существами. Причем на них воздействуют и факторы неживой природы, такие как соленость, а также температура воды. Также происходит борьба за существование и регуляция численности видов. После проведенных исследований Карл Мебиус ввел понятие биоценоз.

Биоценоз представляет собой исторически сложившуюся устойчивую совокупность популяций всех организмов, приспособленных к совместному существованию на однородном участке территории.

Понятия биоценоз и экосистема связаны друг с другом – они являются частями биосферы. Однако, следует помнить, что экосистема – это более обширное понятие, а биоценоз является ее составной частью.

Охарактеризуем понятие биоценоза как одной из составляющих экосистемы.

Живые организмы в биоценозе тесно взаимосвязаны между собой, то есть существуют определенные взаимоотношения. Связь с другими организмами выступает как необходимое условие питания и размножения, возможностей защиты, смягчения неблагоприятных условий среды и т.д.

В связи с этими потребностями организмов, можно выделить несколько типов взаимоотношений:

1. Основными в биоценозе считаются трофические или пищевые связи. Благодаря этим взаимоотношениям между организмами поддерживается круговорот веществ в экосистеме, осуществляются все процессы жизнедеятельности существ. Любой вид организма, размножаясь, не только обеспечивает свое существование, но и является источником пищи другим видам.

В биоценозе часто встречается такая трофическая связь как хищник-жертва, при которой одни виды потребляют живую пищу. К примеру, лисица может питаться рыбой, грызунами и другими животными. По отношению к ним она будет хищником.

Не все организмы питаются живой пищей, есть те, кто потребляет остатки растений или мертвых животных. К примеру, жук-могильщик закапывает в почву останки животных, после чего ими питаются их личинки.

Такие закономерные пищевые отношения между существами формируют трофическую структуру биоценоза.

1. Топические связи в биоценозе связаны с местообитанием существ. Так, один вид организмов способен служить местом для поселения другого вида.

Примером таких топических связей в биоценозе считается паразитизм. Различают временный и постоянный паразитизм. Из названия понятно, что временные паразиты используют другие существа в течение короткого срока, то есть когда им необходим источник пищи.

Постоянные паразиты способны длительное время существовать в теле другого организма. Причем хозяин является единственным местом обитания, соответственно с его гибелью происходит и смерть паразита.

Помимо паразитизма, различают и другие примеры топических связей в биоценозе. Для гнездования птицы используют ветви деревьев, дупла, пни, заросли кустарников и травянистых растений.

Обыкновенный ремез строит свое гнездо на ветвях березы Источник

И не только птицы используют растения как жилище, но и различные насекомые, мелкие млекопитающие.

1. Вступая в форические связи, организм одного вида способствует перемещению другого вида в биоценозе и за его пределами. Существует две разновидности таких взаимоотношений между организмами. Познакомимся с ними на рисунке.

Эти связи распространены в природе и являются выгодными одному организму, при этом не оказывают вреда другому.

1. При фабрических связях в биоценозе происходит использование одними организмами других для строительства жилья. К примеру, бобры используют растительный материал при изготовлении плотин и хаток.

Птицы для строительства гнезд используют различный материал: ветки деревьев, травянистые растения, шерсть животных, пух других птиц и т.д.

Взаимодействия организмов имеют сложный характер, зависят от многих факторов и способны по-разному протекать в неодинаковых условиях.

Структура биоценоза

Формирование сообщества осуществляется за счет межвидовых связей, которые определяют структуру, то есть упорядоченное строение биоценоза.

Структура биоценоза заключается в определенном расположении его составных частей и взаимосвязи между ними.

Так как биоценоз как система состоит из отдельных элементов, то можно выявить несколько видов структур биоценоза.

1. Трофическая структура биоценоза заключается в пищевых отношениях между организмами.

К примеру, насекомые употребляют в пищу зеленые растения, в свою очередь насекомыми питаются различные земноводные. Представители земноводных используются как корм птицами и некоторыми млекопитающими. Такие последовательности в питании принято называть пищевыми цепями. На них более подробно остановимся в следующих пунктах.

1. Видовая структура биоценоза заключается в числе видов организмов и их разнообразии. Видовой состав биоценозов неодинаковый, так как разные виды имеют различные требования к среде.

Соответственно, биоценозы могут быть бедные и богатые видами живых существ. К примеру, ледяные пустыни и тундра характеризуются суровыми условиями среды, поэтому только немногие виды способны там выживать. Такие биоценозы имеют бедный видовой состав.

Богатое видовое разнообразие характерно для биоценозов с благоприятными условиями среды. К примеру, самым большим числом видов обладают тропические леса.

Виды, преобладающие в биоценозе по численности, называют доминантными. К примеру, в степях доминируют ковыли, в еловом лесу – ели.

Кроме относительно небольшого числа видов-доминантов в состав биоценоза входит обычно множество малочисленных и даже редких форм, которые и создают его видовое богатство.

3.Распределение видов в пространстве обеспечивает пространственную структуру биоценоза. При этом существует определенная зависимость видовой и пространственной структуры биоценоза. В биоценозе с богатым видовым составом будет более сложная пространственная структура.

Можно выделить горизонтальное и вертикальное распределение видов в сообществе.

Горизонтальная пространственная структура характерна для всех биоценозов и получила название мозаичность. Заключается она в образовании различных микрогруппировок внутри сообщества. Различаются они видовым набором организмов, количественным соотношением видов. К примеру, формирование в лесу муравейников, скопление птиц в местах гнездовья. На степном участке могут встречаться небольшие заросли деревьев.

Обусловлено появление микрогруппировок многими причинами, например, почвенными условиями, особенностями биологии живых организмов и другими.

Основной фактор, определяющий вертикальное распределение растений по ярусам – количество света. Верхние ярусы сформированы растениями, более требовательными к свету. Очень хорошо просматривается ярусность в лесах.

Животные также приурочены к тому или иному ярусу растительности. К примеру, есть птицы, гнездящиеся только на земле (фазановые, тетеревиные), другие – в кустарниковом ярусе (дрозды, славки) или в кронах деревьев (коршуны, вороны).

Типы организмов по их роли в биоценозе

Основой любого биоценоза являются трофические связи, осуществляющиеся живыми организмами. Соответственно по типу питания можно выделить три группы существ: автотрофы и гетеротрофы, а также миксотрофы.

1. К группе автотрофов относят организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества. Питание автотрофов заключается в потреблении солнечного света и неорганических веществ. Эти организмы являются создателями биологической продукции в экосистеме, поэтому их относят к продуцентам.В пищевой цепи продуценты всегда являются начальным звеном.

Какие организмы относят к продуцентам? Конечно же, это зеленые растения, у которых есть органы фотосинтеза – листья.

Появление автотрофов на земле способствовало обогащению атмосферы самым необходимым газом– кислородом. Соответственно, роль продуцентов состоит не только в производстве биологической продукции, но и в выработке кислорода, используемого другими существами для дыхания.

1. Потребителями готового вещества в процессе питания являются гетеротрофы. К ним относятся все животные, грибы и большая часть бактерий. По способу питания гетеротрофы подразделяются на несколько категорий: консументы, детритофаги и редуценты.
2. Консументы являются потребителями органического вещества живых организмов. К ним принадлежат животные. В пищевой цепи различают несколько типов консументов, познакомимся с ними на схеме.

1. Детритофаги – организмы, питающиеся мертвыми органическими веществами. К этим гетеротрофам принадлежат различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых и другие организмы.
2. Редуценты завершают работу детритофагов, способствуя разложению останков продуцентов и консументов. Редуцентами в экосистеме считаются бактерии и низшие грибы. В пищевой цепи редуценты являются последним, завершающим звеном.

Существование всех этих групп организмов невозможно друг без друга. Отсутствие продуцентов в экосистеме, привело бы к недостатку кислорода и к гибели консументов от удушья. Отсутствие готовых, синтезированных продуцентами органических веществ явилось бы причиной гибели растительноядных, а затем и плотоядных консументов.

Если бы на планете не было животных, то уменьшилось бы количество углекислого газа, что создало бы трудности для процесса фотосинтеза. Однако существование всех живых организмов вряд ли бы было возможным без детритофагов и редуцентов. Детритофаги выполняют функцию очищения биоценоза и способствуют образованию почвы.Редуценты в процессе разложения освобождают вещества, необходимые для питания растений. Таким образом, все эти группы тесно взаимосвязаны между собой.

Следует остановиться еще на одной группе организмов, миксотрофах, которые способны осуществлять питание автотрофным и гетеретрофным способами. Примерами миксотрофов можно считать некоторые группы бактерий, растения-паразиты, а также насекомоядные растения.

Пищевые цепи и сети

Пирамида биомасс и энергии. Правило Линдемана. Продуктивность экосистем

Перенос энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется пищевой цепью. Каждое звено пищевой цепи получило название трофический уровень.

Каждый организм имеет несколько источников питания и сам используется как объект питания другими организмами пищевой цепи. Соответственно, цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети. Рассмотрим пример пищевой сети экосистемы тундры.

Следует обратить внимание на то, что в данной системе малое число видов организмов, поэтому будет медленно осуществляться круговорот веществ.

Очень хорошо прослеживается, что многие животные питаются не на одном уровне, а на нескольких.

Каждая пищевая сеть состоит из нескольких цепей питания, которые бывают двух типов. Познакомимся на рисунке.

Следует отметить, что пастбищные цепи в экосистеме всегда берут начало с продуцентов. Особенность этих пищевых цепей считается увеличение размеров организмов при переходе с одного порядка на другой.

Детритные цепи в экосистеме начинаются с останков живых существ или их продуктов жизнедеятельности, то есть детрита. Самыми распространенными в лесах являются именно детритные пищевые цепи, так как большая часть продукции растительного организма не усваивается животными, а отмирает.

Первичная биологическая продуктивность экосистемы определяется фотосинтезом. Как правило, общая масса растений во много раз больше общей массы обитающих здесь растительноядных животных.

Масса каждого последующего звена в пищевых цепях биоценоза меньше массы предыдущего. Это объясняется тем, что не вся пища усваивается консументами. Рассмотрим на примере.

Из всего сказанного, было, разработано правило Линдемана или правило экологической пирамиды.

При решении экологических задач часто применяется правило Линдемана для построения и анализа экологических пирамид. Рассмотрим пример решения таких задач.

Можно выделить три типа экологической пирамиды:

1. Пирамида чисел отражает численность организмов на каждом трофическом уровне. На представленном рисунке видно, что для пирамиды характерно очень широкое основание и кверху идет сужение. Соответственно, численность продуцентов намного больше, чем консументов, находящихся на вершине пирамиды.

Пирамида биомассы показывает, как происходит изменение количества органического вещества, синтезированного на каждом из уровней.

Пирамида энергии отражает изменение скорости образования органического вещества.

Экологическая пирамида энергии всегда уменьшается кверху, то есть к консументам. На каждом уровне происходят потери энергии, которая рассеивается в виде тепла. Первоисточником энергии для продуцентов служит Солнце, благодаря которому происходит образование продукции.

Скорость прироста биомассы называется биологической продуктивностью экосистемы.

Продуктивность экосистемы может быть первичной, которая создается растительными организмами, и вторичной, образуемая животными организмами. Среднее значение первичной продуктивности экосистем составляет 3 т сухого вещества на 1 га в год. Однако продуктивность определяется многими факторами, и в первую очередь, видовым составом.

Источник