Фитофаги и плотоядные

Структура живого вещества экосистемы. Биотическая структура. Автотрофы и гетеротрофы

Экосистема. Признаки экосистемы

Гомеостаз экосистемы. Экологические сукцессии. Виды природных и антропогенных сукцессий. Понятия климакса, устойчивости и изменчивости экосистем.

Популяции в экосистеме.

Продуценты. Консументы I, II порядка. Детритофаги. Редуценты.

Фитофаги и плотоядные.

Структура живого вещества экосистемы. Биотическая структура. Автотрофы и гетеротрофы.

Экосистема. Признаки экосистемы.

Тема 3. Экосистема. Структура экосистем

Биопотребление. Численность населения и устойчивость биосферы

Понятия ноосферы и техносферы

 

 

 

 

 

 

Термин «экосистема» предложил английский эколог А. Тенсли в 1935 году.

Экосистема – это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды.

 

Или:

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённые биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

 

Экосистемами являются, например, муравейники, участок леса, территория фермы, кабина космического корабля, географический ландшафт или даже весь земной шар.

Экологи используют также термин «биогеоценоз», предложенный русским учёным В.Н. Сукачёвым. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз – это один из вариантов экосистемы.

 

 

Между экосистемами, как и между биогеоценозами, обычно нет чётких границ, и одна экосистема постепенно переходит в другую. Большие экосистемы состоят из экосистем меньшего размера.

 

Рис. «Матрёшка» экосистем

 

На рис. показана «матрёшка» экосистем. Чем меньше размер экосистемы, тем теснее взаимодействуют входящие в её состав организмы. В муравейнике живёт организованный коллектив муравьёв, в котором все обязанности распределены. Есть муравьи-охотники, охранники, строители.

Экосистема муравейника входит в состав лесного биогеоценоза, а лесной биогеоценоз – часть географического ландшафта. Состав лесной экосистемы более сложный, в лесу совместно проживают представители многих видов животных, растений, грибов, бактерий. Связи между ними не столь тесны, как у муравьёв в муравейнике. Многие животные проводят в лесной экосистеме только часть времени.

Внутри ландшафта разные биогеоценозы связаны надземным и подземным движением воды, в которой растворены минеральные вещества. Наиболее интенсивно перемещается вода с минеральными веществами в пределах водосборного бассейна – водоёма (озера, реки) и примыкающих к нему склонов, с которых в этот водоём стекают надземные и подземные воды. В экосистему водосборного бассейна входят несколько разных экосистем – лес, луг, участки пашни. Организмы всех этих экосистем могут не иметь прямых взаимоотношений и связаны через подземные и надземные потоки воды, которые перемещаются к водоёму.

В пределах ландшафта переносятся семена растений, перемещаются животные. Нора лисы или логово волка находятся в одном биогеоценозе, а охотятся эти хищники на большой территории, состоящей из нескольких биогеоценозов.

Ландшафты объединяются в физико-географические районы (например, Русская равнина, Западно-Сибирская низменность), где разные биогеоценозы связаны общим климатом, геологическим строением территории и возможностью расселения животных и растений. Связи между организмами, включая человека, в экосистемах физико-географического района и биосферы осуществляются через изменение газового состава атмосферы и химического состава водоёмов.

Наконец, все экосистемы земного шара связаны через атмосферу и Мировой океан, в который поступают продукты жизнедеятельности организмов, и составляют единое целое – биосферу.

 

В состав экосистемы входят:

1) живые организмы (их совокупность можно назвать биоценозом или биотой экосистемы);

2) неживые (абиотические) факторы – атмосфера, вода, питательные элементы, свет;

3) мёртвое органическое вещество – детрит.

 

Особое значение для выделения экосистем имеют трофические, т.е. пищевые взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.

Прежде всего, все организмы делятся на две большие группы – автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зелёные растения суши и водной среды, синезелёные водоросли, некоторые бактерии за счёт хемосинтеза и др.

Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. гетеротрофы, потребляющие мёртвую органику, называются сапротрофами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счёт живых тканей – паразитами (например, клещи).

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют её в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты– производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы – это наземные зелёные растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений.

Консументы– это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу – травоядные (корова) или питающиеся только мясом других животных – плотоядные (хищники), а также употребляющие и то, и другое – «всеядные» (человек, медведь).

Редуценты (деструкторы) – восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на CO₂, NO₂ и H₂O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Функционально редуценты – это те же консументы, поэтому их часто называют микроконсументами.

А.Г. Банников (1977) полагает, что и насекомые также играют важную роль в процессах разложения мёртвой органики и в почвообразовательных процессах.

Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные формы в зависимости от среды обитания подразделяют на аэробные, т.е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные – живущие в бескислородной среде.

 

Все живые организмы по способу питания разделяются на две группы:

автотрофы (от греч. аутос – сам и трофо – питание);

гетеротрофы (от греч. гетерос – другой).

 

Автотрофы используют неорганический углерод (неорганические источники энергии) и синтезируют органические вещества из неорганических, это – продуценты экосистемы. По источнику (используемой) энергии они, в свою очередь, также делятся на две группы:

Фотоавтотрофы – для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. Это зелёные растения, имеющие хлорофилл (и другие пигменты) и усваивающие солнечный свет. Процесс, при котором происходит его усвоение, называется фотосинтезом.

(Хлорофилл – зелёный пигмент, обуславливающий окраску хлоропластов растений в зелёный цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза.

Хоропласты – зелёные пластиды, которые встречаются в клетках растений и некоторых бактерий. С их помощью происходит фотосинтез.)

Хемоавтотрофы – для синтеза органических веществ используют химическую энергию. Это серобактерии и железобактерии, получающие энергию при окислении соединений серы и железа (хемосинтез). Хемоавтотрофы играют значительную роль только в экосистемах подземных вод. Их роль в наземных экосистемах сравнительно невелика.

Гетеротрофы используют углерод органических веществ, которые синтезированы продуцентами, и вместе с этими веществами получают энергию. Гетеротрофы являются консументами (от лат. консумо – потребляю), потребляющими органическое вещество, и редуцентами, разлагающими его до простых соединений.

Существует несколько групп консументов: фитофаги, зоофаги, паразиты, симбиотрофы, детритофаги.

Фитофаги (растительноядные). К ним относятся животные, которые питаются живыми растениями. Среди фитофагов есть и небольшие животные, такие как тля или кузнечик, и гиганты, такие как слон. К фитофагам относятся почти все сельскохозяйственные животные: коровы, лошади, овцы, кролики. Есть фитофаги среди водных организмов, например, рыба белый амур, поедающий растения, которыми зарастают оросительные каналы. Важные фитофаг – бобр. Он питается ветками деревьев, а из стволов сооружает плотины, регулирующие водный режим территории.

Зоофаги (хищники, плотоядные). Зоофаги разнообразны. Это и мелкие животные, питающиеся амёбами, червями или рачками. И крупные, такие, как волк. Хищники, питающиеся более мелкими хищниками, называются хищниками второго порядка. Есть растения-хищники (росянка, пузырчатка), которые используют в пищу насекомых.

Паразиты. Это разные животные (черви, насекомые, клещи), грибы, бактерии, вирусы, реже – растения (заразиха, повилика, омела и др.), которые живут за счёт организма-хозяина. Хозяином может быть растение или животное (включая человека). Паразит обычно не убивает хозяина, как хищник жертву, а поселяется на нём (или внутри него) и долго использует его для питания. Паразиты могут снижать продолжительность жизни хозяина, его упитанность и плодовитость.

Симбиотрофы. Это бактерии и грибы, которые питаются корневыми выделениями растений. Симбиотрофы очень важны для жизни экосистемы. Нити грибов, опутывающие корни растений, помогают всасыванию воды и минеральных веществ. Бактерии-симбиотрофы усваивают газообразный азот из атмосферы и связывают его в доступные растениям соединения (аммиак, нитраты). Этот азот называется биологическим (в отличие от азота минеральных удобрений).

К симбиотрофам относятся и микроорганизмы (бактерии, одноклеточные животные), которые обитают в пищеварительном тракте животных-фитофагов и помогают им переваривать пищу. Такие животные, как корова, без помощи симбиотрофов не способны переварить поедаемую траву.

Детритофаги – организмы, питающиеся мёртвым органическим веществом. Это многоножки, дождевые черви, жуки-навозники, раки, крабы, шакалы и многие другие.

Некоторые организмы используют в пищу как растения, так и животных и даже детрит, и относятся к эврифагам (всеядным) – медведь, лиса, свинья, крыса, курица, ворона, тараканы. Эврифагом является и человек.

Редуценты – организмы, которые по своему положению в экосистеме близки к детритофагам, так как они тоже питаются мёртвым органическим веществом. Однако редуценты – бактерии и грибы – разрушают органические вещества до минеральных соединений, которые возвращаются в почвенный раствор и снова используются растениями.

 

Для переработки трупов редуцентам нужно время. Поэтому в экосистеме всегда есть детрит – запас мёртвого органического вещества. Детрит – это опад листьев на поверхности лесной почвы (сохраняется 2 – 3 года), ствол упавшего дерева (сохраняется 5 – 10 лет), гумус почвы (сохраняется сотни лет), отложения органического вещества на дне озера – сапропель – и торф на болоте (сохраняется тысячи лет). Наиболее долго сохраняющимся детритом являются каменный уголь и нефть.

На рис. показана структрура экосистемы, основу которой составляют растения – фотоавтотрофы, а в таблице приведены примеры представителей разных трофических групп для некоторых экосистем.

 

Рис. Структура экосистемы

 

Табл.

 

Органические вещества, созданные автотрофами, служат пищей и источником энергии для гетеротрофов: консументы-фитофаги поедают растения, хищники первого порядка – фитофагов, хищники второго порядка – хищников первого порядка и т.д. Такая последовательность организмов называется пищевой цепью, её звенья расположены на разных трофических уровнях (представляют разные трофические группы).

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; четвёртый – консументы, потребляющие других плотоядных и т.д. следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т.д. порядков (рис.).

 

Рис. Пищевые взаимосвязи организмов в биогеоценозе

 

Чётко распределяются по уровням лишь консументы, специализирующиеся на определённом виде пищи. Однако есть виды, питающиеся мясом и растительной пищей (человек, медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

 

На рис. приведено пять примеров пищевых цепей.

 

Рис. Некоторые пищевые цепи в экосистемах

 

Две первые пищевые цепи представляют естественные экосистемы – наземные и водные. В наземной экосистеме цепь замыкают такие хищники, как лиса, волк, орлы, питающиеся мышами или сусликами. В водной экосистеме солнечная энергия, усвоенная в основном водорослями, переходит к мелким консументам – рачкам-дафниям, далее к мелким рыбам (плотва) и, наконец, к крупным хищникам – щуке, сому, судаку. В сельскохозяйственных экосистемах пищевая цепь может быть полной – при разведении сельскохозяйственных животных (третий пример), или укороченной, когда выращиваются растения, непосредственно использующиеся человеком в пищу (четвёртый пример).

Приведённые примеры упрощают действительную картину, так как одно и то же растение может быть съедено разными травоядными животными, а они, в свою очередь, стать жертвами разных хищников. Лист растения могут съесть гусеница или слизень, гусеница может стать жертвой жука или насекомоядной птицы, которая может заодно склевать и самого жука. Жук может стать также жертвой и паука. Поэтому в реальной природе складываются не пищевые цепи, а пищевые сети.

 

При переходе энергии с одного трофического уровня на другой (от растений к фитофагам, от фитофагов к хищникам первого порядка, от хищников первого порядка к хищника второго порядка) с экскрементами и затратами на дыхание теряется примерно 90 % энергии. Кроме того, фитофаги съедают только около 10 % биомассы растений, остальная часть пополняет запас детрита и затем её разрушают редуценты. Поэтому вторичная биологическая продукция в 20 – 50 раз меньше, чем первичная.

 

Рис. Основные типы экосистем

 

 

Источник: studopedia.su

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Продуценты, консументы и редуценты

2. Пищевые цепи

3. Пути использования энергии

Заключение

Литература        

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Совокупность разных организмов и неживых компонентов среды, тесно связанных между собой потоками вещества и энергии, называется экосистемой (от греч. «ойкос» — «жилище», «местопребывание» и «система» — «сочетание», «объединение»). Примерами экосистем могут быть озеро, массив леса, участок степи, отдельный гниющий пень и даже содержимое желудка жвачных. Изучая их, учёные основной упор делают именно на процессы превращения вещества и энергии, а не просто устанавливают присутствие каких-то организмов или выясняют особенности изменения их численности. Если же экологи имеют дело только с совокупностью совместно обитающих популяций разных видов, то они для этого используют такие термины, как сообщество, или биоценоз (от греч. «биос» — «жизнь» и «кой-нос» — «общий»).

 

 

1. ПРОДУЦЕНТЫ, КОНСУМЕНТЫ И РЕДУЦЕНТЫ

 

Разные группы организмов, входящие в состав одной экосистемы, выполняют в ней разные функции. Так, продуценты (от лат. — producentis «производящий», «создающий») образуют органическое вещество из неорганических компонентов. Очевидно, что все продуценты обязательно должны быть автотрофами. Основные продуценты как в океане, так и во всех крупных внутренних водоёмах (как солёных, так и пресных) — это организмы фитопланктона, т. е. микроскопические водоросли, взвешенные в водной толще. Именно фитопланктон даёт жизнь всем существам в океане, и именно поэтому уровень развития фитопланктона в том или ином районе океана определяет количество откармливающейся там рыбы и морских млекопитающих.

В водоёмах продуценты представлены также крупными водорослями (например, ламинарией) и некоторыми высшими цветковыми растениями (обычными в пресных водах элодеей или рдестами). Их роль в создании органического вещества, как правило, незначительна, за исключением узкой прибрежной полосы в морях или мелких заросших озёр. На суше основные продуценты — это крупные высшие растения: травы, кустарники, деревья.

Две другие важные группы организмов, входящие в состав любой экосистемы, — консументы (от лат. consumo — «потребляю») и редуценты (от лат. reducentis — «возвращающий», «восстанавливающий»). К консументам обычно относят всех животных, а к редуцентам — грибы и бактерии. И те и другие являются гетеротрофами, т. е. живут за счёт органического вещества, созданного продуцентами. Граница между консу-ментами и редуцентами очень условна, поскольку они в процессе своей жизнедеятельности осуществляют процесс разложения сложных органических веществ, а продукты их жизнедеятельности могут быть усвоены растениями.

 

Рис. 1. Состав экосистемы.

 

На данном рисунке представлены разные группы организмов, входящие в состав экосистемы.

 

2. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ

 

В экосистемах группы видов последовательно связаны между собой как хищник и жертва. В любой экосистеме есть первичные консументы (производители) органического вещества – организмы-автотрофы (в основном это зеленые растения). Они в свою очередь служат пищей для разнообразных организмов-гетеротрофов – всех животных, грибов, некоторых микроорганизмов. Среди них выделяют первичных консументов (потребителей) – растительноядных животных (например, кузнечики среди насекомых, копытные среди млекопитающих) и вторичных консументов, или собственно хищников, разных рангов, разного порядка, поедающих других животных. Получается, что живые существа, относящиеся к самым разным систематическим группам, могут играть в экосистемах одну и ту же роль, так как принадлежат к одному и тому же пищевому, или трофическому, уровню.

Взятые все вместе, они и образуют пищевую цепь экосистемы, или, точнее, пищевую сеть.

Взаимоотношение организмов разного трофического уровня в экосистемах для наглядности можно представить в виде так называемых экологических пирамид: пирамиды чисел, пирамиды биомасс и пирамиды энергии.

 

Рис 2. Упрощенная пирамида чисел, или экологическая пирамида: кузнечики поедают зеленые растения, лягушки — кузнечиков, змеи – лягушек, орел – змей.

 

Рис. 3. Пирамиды чисел (а), биомасс (б) и энергии (в) для модельной, упрощенной экосистемы: люцерна – телята – мальчик 12 лет.

Если бы мальчик в течение года питался только телятиной, то для этого потребовалось бы съесть 4,5 теленка. Для пропитания этих телят необходим урожай люцерны с площади 4 га . В пирамиде биомассы все эти цифры заменены величинами биомассы. В пирамиде энергии добавлена солнечная энергия, необходимая для выращивания люцерны.

 

3. ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

 

Солнечную энергию, связанную в процессе фотосинтеза, в виде биомассы растений поедают травоядные животные, а сами в свою очередь служат пищей для хищников. Так вещество и энергия передаются от одних организмов к другим, объединяя экосистему в единое целое. Последовательность живых существ, передающих друг другу эту энергию, называется пищевой, или трофической, цепью (от греч. «троф» — «пища»). По тому положению, которое занимают организмы в пищевой цепи, их можно объединить в несколько групп, или трофических уровней (См. рис.4). Первый из них, образующий фундамент всей экосистемы, — это уровень растений, или продуцентов. За ним идут уровни, занимаемые консументами. Первый уровень консументов — растительноядные животные (иначе, фитофаги), второй — хищники, третий — хищники второго порядка. Например, питающиеся зоопланктоном мелкие рыбы являются хищниками первого порядка, а поедающие их хищные рыбы (судак, щука) — это уже хищники второго порядка.

Поскольку в процессе своей жизнедеятельности все организмы расходуют ту энергию, которую получили с пищей (а все зелёные растения — с солнечным светом), её количество с каждым последующим уровнем уменьшается. Соответственно и суммарная продукция (прирост биомассы за единицу времени) всех организмов какого-либо уровня всегда меньше продукции предыдущего уровня (См. рис. 5).

 

Рис. 4. Обмен веществ и энергии.

 

Вещество и энергия с пищей передаются от продуцентов к консументам первого, второго, третьего порядка, затем – к редуцентам. Но при переходе от одного трофического уровня к другому часть энергии теряется, превращаясь в тепловую (включая затраты на дыхание и другие жизненно важные процессы). Существование экосистемы поддерживается благодаря непрерывному притоку энергии солнца к продуцентам – зеленым растениям.

 

Рис.5. Пищевая пирамида биомасс.

 

Травоядные животные в наземных экосистемах съедают только часть растений. Некоторое количество энергии, полученной с пищей теряется в виде тепла, поэтому биомасса консументов всегда меньше массы продуцентов.

Хищникам тоже достаются не все возможные жертвы, а часть энергии тоже рассеивается.

Так образуется пищевая пирамида биомасс: чем выше трофический уровень, занимаемый организмом, тем меньше его численность и масса (в расчете на единицу площади).

продуцент консумент экосистема пирамида

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В наземных экосистемах биомасса продуцентов больше, чем биомасса консументов первого порядка, консументов второго порядка больше, чем консументов второго порядка, и т. д. В водных экосистемах пирамида биомасс может иметь обратный вид.

Пищевые цепи бывают короткие и длинные. Пример короткой цепи с одним продуцентом и двумя консументами: трава — кролик — лисица. Пример длинной цепи, включающей консументов 5-го порядка: обыкновенная сосна — тля — божья коровка — пауки — насекомоядные птицы — хищные птицы. Иногда в пищевой цепи происходит уменьшение размеров особей и увеличение их численности на каждом трофическом уровне: травоядное млекопитающее — обитающие на нем паразиты (например, блохи) — лептомонады (простейшие в крови блох).

 

 

ЛИТЕРАТУРА:

 

1. Аксенова М.Д. – Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Аванта+, 2003. – 704 с.: ил.

2. Аспиз М.Е. – Энциклопедический словарь юного биолога – М.: Педагогика, 1986. – 352 с.: ил.

3. Батуев А.С. – Биология: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы/ Батуев А.С., Гуленкова М.А., Еленевский А.Г. и др. – 2-е изд. – М.: Дрофа, 1999. – 668 с.: ил.

4. Володин В.А. – Энциклопедия для детей. Т. 19. Экология. – М.: Аванта+, 2001. – 448 с.: ил.

 

 

 

Источник: znakka4estva.ru

Биология Продуценты. Консументы I, II порядка. Детритофаги. Редуценты

Фитофаги и плотоядные

Структура живого вещества экосистемы. Биотическая структура. Автотрофы и гетеротрофы

Экосистема. Признаки экосистемы

Гомеостаз экосистемы. Экологические сукцессии. Виды природных и антропогенных сукцессий. Понятия климакса, устойчивости и изменчивости экосистем.

Популяции в экосистеме.

Продуценты. Консументы I, II порядка. Детритофаги. Редуценты.

Фитофаги и плотоядные.

Структура живого вещества экосистемы. Биотическая структура. Автотрофы и гетеротрофы.

Экосистема. Признаки экосистемы.

Тема 3. Экосистема. Структура экосистем

Биопотребление. Численность населœения и устойчивость биосферы

Понятия ноосферы и техносферы

Термин «экосистема» предложил английский эколог А. Тенсли в 1935 году.

Экосистема — ϶ᴛᴏ любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды.

Или:

«Любая единица (биосистема), включающая всœе совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённые биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

Экосистемами являются, к примеру, муравейники, участок леса, территория фермы, кабина космического корабля, географический ландшафт или даже весь земной шар.

Экологи используют также термин «биогеоценоз», предложенный русским учёным В.Н. Сукачёвым. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз — ϶ᴛᴏ один из вариантов экосистемы.

Между экосистемами, как и между биогеоценозами, обычно нет чётких границ, и одна экосистема постепенно переходит в другую. Большие экосистемы состоят из экосистем меньшего размера.

Рис. «Матрёшка» экосистем

На рис. показана «матрёшка» экосистем. Чем меньше размер экосистемы, тем теснее взаимодействуют входящие в её состав организмы. В муравейнике живёт организованный коллектив муравьёв, в котором всœе обязанности распределœены. Есть муравьи-охотники, охранники, строители.

Экосистема муравейника входит в состав лесного биогеоценоза, а лесной биогеоценоз – часть географического ландшафта. Состав лесной экосистемы более сложный, в лесу совместно проживают представители многих видов животных, растений, грибов, бактерий. Связи между ними не столь тесны, как у муравьёв в муравейнике. Многие животные проводят в лесной экосистеме только часть времени.

Внутри ландшафта разные биогеоценозы связаны надземным и подземным движением воды, в которой растворены минœеральные вещества. Наиболее интенсивно перемещается вода с минœеральными веществами в пределах водосборного бассейна – водоёма (озера, реки) и примыкающих к нему склонов, с которых в данный водоём стекают надземные и подземные воды. В экосистему водосборного бассейна входят несколько разных экосистем – лес, луг, участки пашни. Организмы всœех этих экосистем могут не иметь прямых взаимоотношений и связаны через подземные и надземные потоки воды, которые перемещаются к водоёму.

В пределах ландшафта переносятся семена растений, перемещаются животные. Нора лисы или логово волка находятся в одном биогеоценозе, а охотятся эти хищники на большой территории, состоящей из нескольких биогеоценозов.

Ландшафты объединяются в физико-географические районы (к примеру, Русская равнина, Западно-Сибирская низменность), где разные биогеоценозы связаны общим климатом, геологическим строением территории и возможностью расселœения животных и растений. Связи между организмами, включая человека, в экосистемах физико-географического района и биосферы реализуются через изменение газового состава атмосферы и химического состава водоёмов.

Наконец, всœе экосистемы земного шара связаны через атмосферу и Мировой океан, в который поступают продукты жизнедеятельности организмов, и составляют единое целое – биосферу.

В состав экосистемы входят:

1) живые организмы (их совокупность можно назвать биоценозом или биотой экосистемы);

2) неживые (абиотические) факторы – атмосфера, вода, питательные элементы, свет;

3) мёртвое органическое вещество – детрит.

Особое значение для выделœения экосистем имеют трофические, ᴛ.ᴇ. пищевые взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всœей экосистемы в целом.

Прежде всœего, всœе организмы делятся на две большие группы – автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зелёные растения суши и водной среды, синœезелёные водоросли, некоторые бактерии за счёт хемосинтеза и др.

Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся всœе животные и человек, грибы и др. гетеротрофы, потребляющие мёртвую органику, называются сапротрофами (к примеру, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счёт живых тканей – паразитами (к примеру, клещи).

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют её в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты– производители продукции, которой потом питаются всœе остальные организмы — ϶ᴛᴏ наземные зелёные растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединœений.

Консументы— ϶ᴛᴏ потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу – травоядные (корова) или питающиеся только мясом других животных – плотоядные (хищники), а также употребляющие и то, и другое – «всœеядные» (человек, медведь).

Редуценты (деструкторы) – восстановители. Οʜᴎ возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединœений и элементов (к примеру, на CO₂, NO₂ и H₂O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Функционально редуценты — ϶ᴛᴏ те же консументы, в связи с этим их часто называют микроконсументами.

А.Г. Банников (1977) полагает, что и насекомые также играют важную роль в процессах разложения мёртвой органики и в почвообразовательных процессах.

Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные формы в зависимости от среды обитания подразделяют на аэробные, ᴛ.ᴇ. живущие при наличии кислорода, и анаэробные – живущие в бескислородной среде.

Все живые организмы по способу питания разделяются на две группы:

автотрофы (от греч. аутос – сам и трофо – питание);

гетеротрофы (от греч. гетерос – другой).

Автотрофы используют неорганический углерод (неорганические источники энергии) и синтезируют органические вещества из неорганических, это – продуценты экосистемы. По источнику (используемой) энергии они, в свою очередь, также делятся на две группы:

Фотоавтотрофы – для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. Это зелёные растения, имеющие хлорофилл (и другие пигменты) и усваивающие солнечный свет. Процесс, при котором происходит его усвоение, принято называть фотосинтезом.

(Хлорофилл – зелёный пигмент, обуславливающий окраску хлоропластов растений в зелёный цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза.

Хоропласты – зелёные пластиды, которые встречаются в клетках растений и некоторых бактерий. С их помощью происходит фотосинтез.)

Хемоавтотрофы – для синтеза органических веществ используют химическую энергию. Это серобактерии и желœезобактерии, получающие энергию при окислении соединœений серы и желœеза (хемосинтез). Хемоавтотрофы играют значительную роль только в экосистемах подземных вод. Их роль в наземных экосистемах сравнительно невелика.

Гетеротрофы используют углерод органических веществ, которые синтезированы продуцентами, и вместе с этими веществами получают энергию. Гетеротрофы являются консументами (от лат. консумо – потребляю), потребляющими органическое вещество, и редуцентами, разлагающими его до простых соединœений.

Существует несколько групп консументов: фитофаги, зоофаги, паразиты, симбиотрофы, детритофаги.

Фитофаги (растительноядные). К ним относятся животные, которые питаются живыми растениями. Среди фитофагов есть и небольшие животные, такие как тля или кузнечик, и гиганты, такие как слон. К фитофагам относятся почти всœе сельскохозяйственные животные: коровы, лошади, овцы, кролики. Есть фитофаги среди водных организмов, к примеру, рыба белый амур, поедающий растения, которыми зарастают оросительные каналы. Важные фитофаг – бобр. Он питается ветками деревьев, а из стволов сооружает плотины, регулирующие водный режим территории.

Зоофаги (хищники, плотоядные). Зоофаги разнообразны. Это и мелкие животные, питающиеся амёбами, червями или рачками. И крупные, такие, как волк. Хищники, питающиеся более мелкими хищниками, называются хищниками второго порядка. Есть растения-хищники (росянка, пузырчатка), которые используют в пищу насекомых.

Паразиты. Это разные животные (черви, насекомые, клещи), грибы, бактерии, вирусы, реже – растения (заразиха, повилика, омела и др.), которые живут за счёт организма-хозяина. Хозяином может быть растение или животное (включая человека). Паразит обычно не убивает хозяина, как хищник жертву, а посœеляется на нём (или внутри него) и долго использует его для питания. Паразиты могут снижать продолжительность жизни хозяина, его упитанность и плодовитость.

Симбиотрофы. Это бактерии и грибы, которые питаются корневыми выделœениями растений. Симбиотрофы очень важны для жизни экосистемы. Нити грибов, опутывающие корни растений, помогают всасыванию воды и минœеральных веществ. Бактерии-симбиотрофы усваивают газообразный азот из атмосферы и связывают его в доступные растениям соединœения (аммиак, нитраты). Этот азот принято называть биологическим (в отличие от азота минœеральных удобрений).

К симбиотрофам относятся и микроорганизмы (бактерии, одноклеточные животные), которые обитают в пищеварительном тракте животных-фитофагов и помогают им переваривать пищу. Такие животные, как корова, без помощи симбиотрофов не способны переварить поедаемую траву.

Детритофаги – организмы, питающиеся мёртвым органическим веществом. Это многоножки, дождевые черви, жуки-навозники, раки, крабы, шакалы и многие другие.

Некоторые организмы используют в пищу как растения, так и животных и даже детрит, и относятся к эврифагам (всœеядным) – медведь, лиса, свинья, крыса, курица, ворона, тараканы. Эврифагом является и человек.

Редуценты – организмы, которые по своему положению в экосистеме близки к детритофагам, так как они тоже питаются мёртвым органическим веществом. При этом редуценты – бактерии и грибы – разрушают органические вещества до минœеральных соединœений, которые возвращаются в почвенный раствор и снова используются растениями.

Для переработки трупов редуцентам нужно время. По этой причине в экосистеме всœегда есть детрит – запас мёртвого органического вещества. Детрит — ϶ᴛᴏ опад листьев на поверхности лесной почвы (сохраняется 2 – 3 года), ствол упавшего дерева (сохраняется 5 – 10 лет), гумус почвы (сохраняется сотни лет), отложения органического вещества на дне озера – сапропель – и торф на болоте (сохраняется тысячи лет). Наиболее долго сохраняющимся детритом являются каменный уголь и нефть.

На рис. показана структрура экосистемы, основу которой составляют растения – фотоавтотрофы, а в таблице приведены примеры представителœей разных трофических групп для некоторых экосистем.

Рис. Структура экосистемы

Табл.

Органические вещества, созданные автотрофами, служат пищей и источником энергии для гетеротрофов: консументы-фитофаги поедают растения, хищники первого порядка – фитофагов, хищники второго порядка – хищников первого порядка и т.д. Такая последовательность организмов принято называть пищевой цепью, её звенья расположены на разных трофических уровнях (представляют разные трофические группы).

Трофический уровень — ϶ᴛᴏ место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень — ϶ᴛᴏ продуценты, всœе остальные – консументы. Второй трофический уровень — ϶ᴛᴏ растительноядные консументы; третий – плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвёртый – консументы, потребляющие других плотоядных и т.д. следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т.д. порядков (рис.).

Рис. Пищевые взаимосвязи организмов в биогеоценозе

Чётко распределяются по уровням лишь консументы, специализирующиеся на определённом виде пищи. При этом есть виды, питающиеся мясом и растительной пищей (человек, медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

На рис. приведено пять примеров пищевых цепей.

Рис. Некоторые пищевые цепи в экосистемах

Две первые пищевые цепи представляют естественные экосистемы – наземные и водные. В наземной экосистеме цепь замыкают такие хищники, как лиса, волк, орлы, питающиеся мышами или сусликами. В водной экосистеме солнечная энергия, усвоенная в основном водорослями, переходит к мелким консументам – рачкам-дафниям, далее к мелким рыбам (плотва) и, наконец, к крупным хищникам – щуке, сому, судаку. В сельскохозяйственных экосистемах пищевая цепь может быть полной – при разведении сельскохозяйственных животных (третий пример), или укороченной, когда выращиваются растения, непосредственно использующиеся человеком в пищу (четвёртый пример).

Приведённые примеры упрощают действительную картину, так как одно и то же растение может быть съедено разными травоядными животными, а они, в свою очередь, стать жертвами разных хищников. Лист растения могут съесть гусеница или слизень, гусеница может стать жертвой жука или насекомоядной птицы, которая может заодно склевать и самого жука. Жук может стать также жертвой и паука. По этой причине в реальной природе складываются не пищевые цепи, а пищевые сети.

При переходе энергии с одного трофического уровня на другой (от растений к фитофагам, от фитофагов к хищникам первого порядка, от хищников первого порядка к хищника второго порядка) с экскрементами и затратами на дыхание теряется примерно 90 % энергии. Вместе с тем, фитофаги съедают только около 10 % биомассы растений, остальная часть пополняет запас детрита и затем её разрушают редуценты. По этой причине вторичная биологическая продукция в 20 – 50 раз меньше, чем первичная.

Рис. Основные типы экосистем

Источник: oplib.ru

Продуценты

К группе продуцентов относятся автотрофы (фототрофы – в основном растения, и хемотрофы – преимущественно некоторые бактерии). В наземных экосистемах продуценты являются доминантами по массе, численности (не всегда) и энергетической роли в экосистемах. В водных экосистемах по биомассе они могут и не доминировать, однако по численности и роли в сообществе остаются доминантами.

Результатом деятельности продуцентов в экосистемах является валовая биологическая продукция — суммарная или общая продукция особей, сообществ, экосистем или биосферы в целом, включая расходы на дыхание. Если исключить расход энергии на обеспечение жизнедеятельности самих продуцентов, то остается чистая первичная продукция. На всей территории суши она составляет 110-120 млрд. т сухого вещества, а моря 50-60 млрд. т. Первичная валовая продукция в два раза больше.

Количество валовой (и чистой) первичной продукции экосистем и биосферы в целом определяется проективным покрытием территории продуцентами (максимально – до 100% в лесах, и даже более, поскольку существует ярусность, и одни продуценты находятся под пологом других), и эффективностью фотосинтеза, которая очень низка. Для образования биомассы используется лишь около 1% солнечной энергии, поступившей на поверхность растительного организма, обычно существенно меньше.

Консументы

Консументы, в противоположность продуцентам, всегда гетеротрофны, питаются готовыми органическими феществами. К ним относятся животные, некоторые грибы и бактерии (ведущие паразитический образ жизни, т.е. питающиеся живыми растениями или животными, вызывая их заболевания и гибель, большинство грибов и бактерий относятся к редуцентам), а также некоторые растения, лишенные хлорофилла и ведущие паразитический образ жизни за счет других растений.

Пищей для консументов служат продуценты (для консументов первого порядка) или другие консументы (для консументов второго и последующих порядков). Подразделение консументов на порядки иногда встречает определенные трудности, когда, например, состав пищи какого-либо вида включает как растительный корм, так и животный, причем добываемые ими консументы сами могут относиться к разным порядкам. Однако в каждый определенный момент времени любой консумент относится к вполне определенному порядку.

В различных экосистемах на долю консументов приходится разное количество перерабатываемой первичной продукции. Так, в лесных сообществах консументами суммарно потребляется от 1% до 10% чистой первичной продукции растений, редко больше. Остальная органика идет в опад за счет гибели растений и их частей (например, опавшие листья), и частично также потребляется консументами (детритная цепь питания), частично перерабатывается редуцентами. В открытых травянистых сообществах (луга, степи, пастбища) консументами может потребляться до 50% биомассы живых растений (обычно существенно меньше). Близкие показатели характерны для прибрежных сообществ океанов (где продуцентами служат водоросли-макрофиты) и пресноводных экосистем. В пелагических океанических сообществах, основанных на фитопланктоне, консументами выедается до 90% формируемой продуцентами биомассы.

Редуценты

Редуценты (редукторы) – неотъемлемая часть любой экосистемы. Они разрушают высокомолекулярные органические вещества отмерших организмов и используют высвобождающуюся при этом энергию для собственной жизнедеятельности, при этом в биотический круговорот возвращаются минеральные вещества, которые затем вновь используются продуцентами. Как правило, редуценты имеют мелкие размеры. Иногда выделяют группу так называемых макроредуцентов, включая в нее всех относительно крупных потребителей отмершей органики, которые входят в состав детритной пищевой цепи. При таком понимании к редуцентам относят многих беспозвоночных – насекомых, червей и т.д.

Источник: spravochnick.ru

Видеоурок 1: Взаимодействие организма и среды. Экосистемы. Биогеоценозы

Видеоурок 2: Абиотические факторы: температура и освещенность

Видеоурок 3: Биотические факторы

Лекция: Экосистема (биогеоценоз), её компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль

Экосистема

 

Особенностями экосистемы являются ее способности к саморегуляции, развитию и самоорганизации. Экосистемой может называться сообщество, в котором стабильно и на протяжении длительного времени происходит круговорот вещества и энергии. Таким образом, например, домашний аквариум экосистемой называться не может, так как неспособен самостоятельно поддерживать собственную жизнедеятельность без участия человека. Равно, не является экосистемой и трухлявый пень в лесу, так как жизнедеятельность в нем является частью большей экосистемы.

Примерами экосистемы могут быть – пруд, лес, луг. Например, в пруду обитают различные животные, растения, микроорганизмы, являющиеся живыми компонентами экосистемы. Между ними имеются связи в плане переноса вещества и энергии – трофические взаимоотношения. На них оказывают влияние физические и химические параметры воды, геологические характеристики дна и стенок водоема, сезонные климатические изменения.

Одним из важных параметров для определения границ экосистемы, является наличие трофических связей между ее компонентами, фактов передачи ими друг другу веществ и энергии.

Любая экосистема является с точки зрения физики открытой системой, в которой есть входящие и выходящие потоки энергии и вещества.

Синонимом термина экосистема является понятие биогеоценоз.

В любом биогеоценозе выделяются биотический и абиотический компоненты. При этом участники биотического компонента по своей роли в ней могут быть:

• продуцентами. Это автотрофные и хемотрофные организмы, преобразующие энергию и неорганические вещества в органические;

• консументами. Это гетеротрофные потребители энергии, находящейся в веществе в виде химических связей. Они могут подразделяться на несколько порядков: консументы первого поедают растения и хемотрофов, второго – поедают консументов первого, то есть растительноядных животных, третьего – питаются консументами второго, то есть мелкими хищниками;

• редуцентами. Это гетеротрофы, разлагающие органику на простые органические и минеральные вещества. К ним относятся грибы, многие простейшие, личинки некоторых насекомых, питающиеся опавшей листвой, погибшими животными.

Между биотическими компонентами экосистемы формируются устойчивые трофические связи. К абиотическим факторам относятся влияния неживой природы.

Еще одним важным понятием биогеоценологии является продуктивность экосистемы. Это понятие определяет количественную биомассу, произведенную экосистемой, то есть совокупность всех живых существ в ней. Расчет биомассы обычно производится в единицах количества массы живых существ на единицу площади.

В большинстве случаев экосистемы не имеют четких границ, для сообществ, образующихся на границах разных экосистем даже создан специальный термин, их принято называть экотонами.

Для удобства изучения, рассматриваются два типа границ экосистем:

• Видовые – этот тип границ определяется ареалом расселения отдельных особей, обитающих в конкретной экосистеме;

• Пространственные – определяются чаще всего ландшафтными. Луг с одной стороны горы и с другой – будут считаться различными экосистемами.

Трофические цепи и сети

Каждая из экосистем характеризуется наличием трофических цепей и сетей:

 

Так, примером цепи питания может служить последовательность:

растения – насекомые – головастик – форель – донные сапрофиты.

При каждом переходе вещества от одного звена к другому происходит потеря (тратится на жизнь предыдущего звена и выделяется в виде тепла) до 90% потенциальной энергии. Именно поэтому число звеньев в трофических цепях обычно ограничено четырьмя-пятью.

Известно 2 основных типа трофических цепей:

2) детритная – в ней первым звеном являются сапротрофы (редуценты), разлагающие органику. Сапротрофами питаются другие организмы.

При этом, в пастбищных цепях питания участвует только 10% энергии, остальные 90% – приходятся на долю детритных. Это связано с тем, что огромная часть энергии, создаваемой автотрофами, переходит в органические «отходы», где используется сапротрофами.

Правило экологической пирамиды

Такое изображение пищевых отношений основано на правиле Лендемана:

Оно используется для приближенных вычислений при решении задач по экологии и предлагает считать, что для прокорма растительноядных животных необходима масса растений, в 10 раз превышающая их собственную. Для прокорма хищника – требуется масса мяса растительноядных, превышающая его массу в 10 раз.

Предыдущий урок

Следующий урок

Источник: cknow.ru