Файл: Курс лекций экология.doc

Живые организмы в природе объединены в сообщества, приспособленные к определенным условиям существования. Такое сообщество взаимосвязанных живых организмов, называют биоценозом, а совокупность всех абиотических факторов, определяющих условия их существования называют биотопом. Биоценоз и биотоп образуют биогеоценоз.

Термин биогеоценоз в 1942 г. был предложен академиком В.Н.Сукачевым, под биогеоценозом понимают устойчивую, саморегулирующуюся систему, образованную живыми организмами, приспособленными к совместной жизни на определенной территории с более или менее однородными условиями существования.

Одновременно английским ботаником А.Тенсли был предложен термин экосистема. Под экосистемой он понимал и каплю воды с микроорганизмами, в ней обитающими, и аквариум, и природный водоем и планету Земля.

Многие ученые ставят знак равенства между понятиями биогеоценоз и экосистема. Но многие не считают эти термины синонимами, понимая под биогеоценозом конкретное, исторически сложившееся природное сообщество, а экосистема — понятие более размытое, «безразмерное». То есть любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом.

Характеристика биогеоценоза

1. Источник энергии

Для существования любого биогеоценоза необходима энергия. Источником энергии для большинства биогеоценозов является солнечный свет, энергия которого используется для синтеза органических соединений из неорганических веществ.
Некоторые экологические системы существуют в полной темноте (морское дно, куда не доходит солнечные свет, пещеры). Источником энергии для их существования будет попадающее в эту экосистему органическое вещество погибших или живых организмов.
Кроме того, некоторые экосистемы существуют за счет хемоавтотрофных организмов, способных образовывать органическое вещество, используя энергию окисления неорганических соединений.

Все живые организмы экосистемы по способу получения энергии делятся на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы способны образовывать органическое вещество, используя неорганический источник углерода и энергию света (фотоавтотрофы) или энергию окисления неорганических веществ (хемоавтотрофы).

Гетеротрофы используют энергию окисления органических веществ и используют органические источники углерода.

2 Функциональные группы организмов в сообществе

Основу биоценоза составляют автотрофные организмы — продуценты (образователи) органического вещества. Сообщество растений называют фитоценозом, животных — зооценозом. В процессе фотосинтеза происходит образование органического вещества, за счет которого питаются гетеротрофы.

Гетеротрофные организмы делятся на две группы: консументы — потребители и редуценты — разрушители органического вещества. Консументы 1-го порядка — растительноядные, консументы 2-го порядка — плотоядные животные (хищники), консументы 3-го порядка — хищники или паразиты.

Редуценты разлагают органическое вещество до углекислого газа и минеральных веществ, замыкают круговорот биогенных элементов в природе.

Мелкие животные, питающиеся неживыми органическими веществами — дождевые черви, жуки-мертвоеды, навозники относятся к консументам—детритофагам.

Группа видов-продуцентов образует уровень первичной продукции. Первичные продуценты – основа трофической структуры и всего существования сообщества в биоценозе. Составлен этот уровень растениями и фотоавтотрофными прокариотами. Накопленная в виде биомассы организмов-автотрофов чистая первичная продукция служит источником питания для представителей следующих трофических уровней. Потребители первичной продукции – консументы – образуют несколько (обычно 3-4) трофических уровней.

Рис. 1. Трофические уровни живых организмов

Живые организмы биоценоза связаны в цепи питания. Простой пример пищевой цепи: растительность — насекомое, питающееся растительностью — хищное насекомое — насекомоядная птица — хищная птица. Но растительноядное насекомое питается на нескольких видах растений, хищное насекомое - многими видами насекомых, насекомоядная и хищная птицы — многими видами животных. Таким образом, цепи питания образуют пищевые сети, сети питания (рис.2).

Чем сложнее сети питания, чем больше видов в экосистеме, тем устойчивее данная экосистема.

Рис. 2. Пищевые сети питания живых организмов

Лекция № 5 Поток энергии и круговорот веществ в Экосистемах

ПЛАН:

1. Круговорот веществ и поток энергии

2. Экологическая пирамида биомассы

3. Продуктивность экосистем

1. Круговорот веществ и поток энергии

В любом биогеоценозе происходит круговорот веществ. Продуценты извлекают из атмосферы углекислый газ, из почвы — воду и минеральные соли, и, используя энергию солнечного света, образуют органическое вещество. В дубраве, например, около 1% солнечной энергии преобразуется в химические связи образованного органического вещества.

Солнечная энергия переходит в энергию химических связей образованного органического вещества растений, но при дыхании растений около 50% органического вещества окисляется, остальные 50% — прирост биомассы.

Затем химические элементы движутся по цепям питания. И вновь от звена к звену часть органического вещества используется как источник энергии, а часть — как строительный материал.

В каждом звене пищевой цепи при дыхании углекислый газ возвращается в атмосферу, непереваренные остатки пищи и погибшие организмы разлагаются с помощью редуцентов, которые завершают круговорот химических элементов.

Минеральные вещества вновь извлекаются продуцентами (углекислый газ из атмосферы, вода и минеральные соли из почвы, происходит постоянный круговорот веществ в биогеоценозах (рис. 1).

Рис. 1. Круговорот веществ в биогеоценозах

Пищевые цепи разделяют на два типа. Цепь выедания (пастбищная) начинается с продуцентов, идет к консументам 1-го, 2-го и заканчивается консументами 3-го порядка.

Цепь разложения (детритная) цепь начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных и идет к мелким животным и микроорганизмам (детритофагам), которые ими питаются.

2. Экологическая пирамида биомассы

Когда растительность поедается консументами, большая часть съеденного органического вещества растений окисляется и служит источником энергии, меньшая часть является строительным материалом и идет на прирост или восстановление биомассы.

От 5 до 20% съеденной биомассы запасается в образованном органическом веществе консументов 1-го порядка. На прирост биомассы консументов 2-го порядка пойдет также около 5 — 20% от съеденной пищи.

Если для простоты взять на прирост биомассы 10% от съеденной пищи, то медведь массой 500 кг съел тюленей:

5 т, которым понадобилось рыбы:

50 т, рыба съела зоопланктона:

500 т, а в основании этой экологической пирамиды будут находиться съеденные зоопланктоном:

5000 т фитопланктона.

Это правило экологической пирамиды биомассы — биомасса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается — верно для большинства экосистем.

А какова биомасса продуцентов, консументов 1 –го, 2-го и 3-го порядков в морских экосистемах? В морских экосистемах биомасса каждого последующего уровня увеличивается, наблюдается перевернутая пирамида биомассы. Как это можно объяснить?

Это связано с тем, что основным продуцентом является фитопланктон, водоросли, преобладающие в нем живут недолго, большая часть их выедается, но очень быстро размножаются. Организмы каждого последующего уровня живут дольше и накапливают большую биомассу.

Различают пирамиду чисел, когда сравнивается число особей на каждом пищевом уровне, пирамиду биомассы — если сравнивается биомасса каждого уровня, пирамиду энергии — при сравнении количества энергии заключенной в пище каждого уровня. Наглядно использование энергии консументами можно выразить формулой:

ПИЩА = ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН + ПРИРОСТ БИОМАССЫ + ЭКСКРЕМЕНТЫ

Большая часть энергии, заключенной в пище, выделяется в результате энергетического обмена и используется для поддержания всех жизненных процессов, меньшая часть используется для прироста биомассы и часть энергии выводится из организма вместе с неусвоенной пищей, выделенной в виде экскрементов.

Запас энергии, накопленный зелеными растениями, стремительно иссякает и вся энергия рассеивается в форме тепла.

Поэтому пищевая цепь обычно включает всего 4—5 звеньев.