Прехранбените мрежи во секоја биогеоценоза имаат добро дефинирана структура.

Се карактеризира со број, големина и вкупна маса на организми - биомаса - на секое ниво од синџирот на исхрана. Синџирите на исхрана на пасиштата се карактеризираат со зголемување на густината на населението, стапката на репродукција и продуктивноста на нивната биомаса.

Намалувањето на биомасата при преминот од едно на друго ниво на исхрана се должи на фактот што не се асимилира целата храна од страна на потрошувачите.

На пример, во гасеница што јаде лисја, само половина од растителниот материјал се апсорбира во цревата, а остатокот се излачува во форма на измет.

Покрај тоа, повеќето хранливи материи апсорбирани од цревата се трошат на дишење и само 10-15% на крајот се користат за изградба на нови клетки и ткива на гасеницата. Поради оваа причина, производството на организми на секое следно трофичко ниво е секогаш помало (во просек 10 пати) од производството на претходното, т.е. масата на секоја следна алка во синџирот на исхрана постепено се намалува. Овој модел се нарекува правило на еколошката пирамида.

Постојат три начини да се создадат еколошки пирамиди:

• 1. Пирамидата на населението го одразува нумеричкиот сооднос на индивидуи од различни трофични нивоа на екосистемот. Ако организмите во исти или различни трофични нивоа се разликуваат многу по големина, тогаш популационата пирамида дава искривена идеја за вистинските односи помеѓу трофичките нивоа. На пример, во заедницата на планктони бројот на производители е десетици и стотици пати поголем од бројот на потрошувачи, а во шумата стотици илјади потрошувачи можат да се хранат со органите на едно дрво - производителот;
• 2. Пирамидата на биомаса ја покажува количината на жива материја или биомаса на секое трофично ниво. Во повеќето копнени екосистеми, биомасата на производителите, т.е. вкупната маса на растенијата, е најголема, а биомасата на организмите на секое следно трофичко ниво е помала од претходното. Меѓутоа, во некои заедници биомасата на потрошувачите од прв ред е поголема од биомасата на производителите. На пример, во океаните, каде што главни производители се едноклеточните алги со висока стапка на репродукција, нивното годишно производство може да биде десетици или дури стотици пати поголемо од резервите на биомаса. Во исто време, сите производи формирани од алгите толку брзо се вклучени во синџирот на исхрана што акумулацијата на биомаса од алги е мала, но поради високите стапки на репродукција, мала количина на алги е доволна за да се одржи стапката на реконструкција на органска материја. Во овој поглед, во океанот пирамидата на биомаса има обратна врска, т.е. „превртена“. На повисоки трофични нивоа преовладува тенденцијата за акумулација на биомаса, бидејќи животниот век на предаторите е долг, стапката на промет на нивните генерации, напротив, е мала, а значителен дел од супстанцијата што влегува во синџирот на исхрана се задржува во нивните тело;
• 3. Енергетската пирамида ја рефлектира количината на проток на енергија во струјното коло. На обликот на оваа пирамида не влијае големината на поединците и секогаш ќе има триаголен облик со широка основа на дното, како што диктира вториот закон на термодинамиката. Затоа, енергетската пирамида дава најцелосна и најточна слика за функционалната организација на заедницата, за сите метаболички процеси во екосистемот. Ако пирамидите на броеви и биомасата ја рефлектираат статиката на екосистемот (бројот и биомасата на организмите во даден момент), тогаш пирамидата на енергија ја одразува динамиката на преминувањето на прехранбената маса низ синџирите на исхрана. Така, основата во пирамидите на броеви и биомаса може да биде поголема или помала од следните трофични нивоа (во зависност од односот на производителите и потрошувачите во различни екосистеми). Пирамидата на енергија секогаш се стеснува нагоре. Ова се должи на фактот дека енергијата потрошена за дишење не се пренесува на следното трофичко ниво и го напушта екосистемот. Затоа, секое следно ниво секогаш ќе биде помало од претходното. Во копнените екосистеми, намалувањето на количината на достапна енергија обично е придружено со намалување на изобилството и биомасата на поединците на секое трофичко ниво. Поради толку големи загуби на енергија за изградба на нови ткива и дишење на организмите, синџирите на исхрана не можат да бидат долги, тие обично се состојат од 3-5 врски (трофични нивоа).

Постојат три начини да се создадат еколошки пирамиди:

1. Пирамидата на населението го одразува нумеричкиот сооднос на индивидуи од различни трофични нивоа на екосистемот.Ако организмите во исти или различни трофични нивоа се разликуваат многу по големина, тогаш популационата пирамида дава искривена идеја за вистинските односи помеѓу трофичките нивоа. На пример, во заедницата на планктон бројот на производители е десетици и стотици пати поголем од бројот на потрошувачи, а во шумата стотици илјади потрошувачи можат да се хранат со органите на едно дрво - производителот.

2. Пирамидата на биомаса ја покажува количината на жива материја или биомаса на секое трофично ниво.Во повеќето копнени екосистеми, биомасата на производителите, т.е. вкупната маса на растенијата, е најголема, а биомасата на организмите на секое следно трофичко ниво е помала од претходното. Меѓутоа, во некои заедници биомасата на потрошувачите од прв ред е поголема од биомасата на производителите. На пример, во океаните, каде што главни производители се едноклеточните алги со висока стапка на репродукција, нивното годишно производство може да биде десетици или дури стотици пати поголемо од резервите на биомаса. Во исто време, сите производи формирани од алгите толку брзо се вклучени во синџирот на исхрана што акумулацијата на биомаса од алги е мала, но поради високите стапки на репродукција, мала количина на алги е доволна за да се одржи стапката на реконструкција на органска материја. Во овој поглед, во океанот пирамидата на биомаса има инверзна врска, т.е. е „превртена“. На повисоки трофични нивоа преовладува тенденцијата за акумулација на биомаса, бидејќи животниот век на предаторите е долг, стапката на промет на нивните генерации, напротив, е мала, а значителен дел од супстанцијата што влегува во синџирот на исхрана се задржува во нивните тело.

3. Енергетската пирамида ја рефлектира количината на проток на енергија во струјното коло. На обликот на оваа пирамида не влијае големината на поединците и секогаш ќе има триаголен облик со широка основа на дното, како што диктира вториот закон на термодинамиката. Затоа, енергетската пирамида дава најцелосна и најточна слика за функционалната организација на заедницата, за сите метаболички процеси во екосистемот. Ако пирамидите на броеви и биомасата ја рефлектираат статиката на екосистемот (бројот и биомасата на организмите во даден момент), тогаш пирамидата на енергија ја одразува динамиката на преминувањето на прехранбената маса низ синџирите на исхрана. Така, основата во пирамидите на броеви и биомаса може да биде поголема или помала од следните трофични нивоа (во зависност од односот на производителите и потрошувачите во различни екосистеми). Пирамидата на енергија секогаш се стеснува нагоре. Ова се должи на фактот дека енергијата потрошена за дишење не се пренесува на следното трофичко ниво и го напушта екосистемот. Затоа, секое следно ниво секогаш ќе биде помало од претходното. Во копнените екосистеми, намалувањето на количината на достапна енергија обично е придружено со намалување на изобилството и биомасата на поединците на секое трофичко ниво. Поради толку големи загуби на енергија за изградба на нови ткива и дишење на организмите, синџирите на исхрана не можат да бидат долги; тие обично се состојат од 3-5 единици (трофични нивоа).

Познавањето на законите за продуктивноста на екосистемот и способноста квантитативно да се земе предвид протокот на енергија се од големо практично значење, бидејќи производството на природни и вештачки заедници (агроиенози) е главниот извор на залихи на храна за човештвото. Точните пресметки на протокот на енергија и скалата на продуктивност на екосистемите овозможуваат да се регулира циклусот на супстанции во нив на таков начин што ќе се постигне најголем принос на производи неопходни за луѓето.

Сукцесиите и нивните видови.

Процесот со кој заедниците на растителни и животински видови се заменуваат со текот на времето со други, обично посложени, заедници се нарекува еколошка сукцесија,или едноставно сукцесија.

Еколошкото наследување обично продолжува додека заедницата не стане стабилна и самоодржлива. Еколозите разликуваат два вида еколошка сукцесија: примарна и секундарна.

Примарна сукцесија- е доследен развој на заедниците во областите на кои им недостига почва.

Фаза 1 - појава на место лишено од живот;

Фаза 2 – населување на првите растителни и животински организми на ова место;

Фаза 3 – формирање на организми;

Фаза 4 – натпревар и поместување на видовите;

Фаза 5 – трансформација на живеалиште од организми, постепено стабилизирање на условите и односите.

Добро познат пример за примарна сукцесија е населувањето на зацврстена лава по вулканска ерупција или наклон по лавина што го уништила целиот профил на почвата, области на рудници во отворен коп од кои е отстранет горниот слој почва итн. Во такви неплодни области, примарното наследување од гола карпа до зрела шума може да потрае стотици до илјадници години.

Секундарна сукцесија- доследен развој на заедниците во област во која природната вегетација е елиминирана или сериозно нарушена, но почвата не е уништена. Секундарната сукцесија започнува на местото на уништената биоценоза (шума по пожар). Сукцесијата настанува брзо, бидејќи семето и деловите од врските со храна се зачувани во почвата и се формира биоценоза. Ако ја погледнеме сукцесијата на напуштените земјишта што не се користат за земјоделство, можеме да видиме дека поранешните полиња брзо се покриени со различни едногодишни растенија. Семиња од видови дрвја: бор, смрека, бреза и трепетлика исто така може да се најдат тука, понекогаш надминувајќи ги долгите растојанија со помош на ветер или животни. На почетокот, промените се случуваат брзо. Потоа, како што се појавуваат побавно растечки растенија, стапката на сукцесија се намалува. Садниците од бреза формираат густ раст што ја засенува почвата, па дури и ако семето од смрека 'ртат заедно со брезата, нејзините садници, кои се наоѓаат во многу неповолни услови, заостануваат многу зад брезата. Брезата се нарекува „пионер на шумата“ затоа што речиси секогаш е прва што се населува на вознемирени земјишта и има широк опсег на приспособливост. Брезите на возраст од 2-3 години можат да достигнат височина од 100-120 cm, додека елките на иста возраст едвај достигнуваат 10 cm. Промените исто така влијаат на животинската компонента на предметната биоценоза. Во првите фази се населуваат мајски бубачки и брезови молци, а потоа се појавуваат бројни птици: сипки, шипки и шипки. Мали цицачи се населуваат во: штрајци, кртови, ежи. Промената на условите на осветлување почнува да има корисен ефект врз младите новогодишни елки, кои го забрзуваат нивниот раст.

Стабилната фаза на сукцесија, кога заедницата (биоценоза) е целосно формирана и е во рамнотежа со околината се нарекува менопаузаЗаедницата на кулминација е способна за саморегулирање и може да остане во рамнотежна состојба долго време.

Така, настанува сукцесија, во која прво бреза, а потоа мешана смрека-бреза се заменува со чиста смрека шума. Природниот процес на замена на бреза со смрека трае повеќе од 100 години. Затоа процесот на сукцесија понекогаш се нарекува секуларна промена.

18. Функции на живата материја во биосферата. Жива материја -ова е севкупноста на живите организми (биомаса на Земјата). Тоа е отворен систем кој се карактеризира со раст, репродукција, дистрибуција, размена на супстанции и енергија со надворешната средина, акумулација на енергија и нејзино пренесување во синџирите на исхрана. Живата материја врши 5 функции:

1. Енергија (способност да се апсорбира сончевата енергија, да се претвори во енергија на хемиски врски и да се пренесе преку синџирите на исхрана)

2. Гас (способност да се одржува постојан гасен состав на биосферата како резултат на избалансирано дишење и фотосинтеза)

3. Концентрација (способност на живите организми да акумулираат одредени елементи од околината во нивните тела, поради што дошло до прераспределба на елементите и формирање на минерали)

4. Редокс (способност да се промени состојбата на оксидација на елементите и да се создаде разновидност на соединенија во природата за поддршка на разновидноста на животот)

5. Деструктивно (способност за разградување на мртва органска материја, поради што се јавува циклусот на супстанции)

1. Водената функција на живата материја во биосферата е поврзана со биогениот воден циклус, кој е важен во водниот циклус на планетата.

Вршејќи ги наведените функции, живата материја се прилагодува на животната средина и ја прилагодува на нејзините биолошки (а ако зборуваме за луѓето, тогаш социјалните) потреби. Во овој случај, живата материја и нејзината околина се развиваат како единствена целина, но контролата врз состојбата на животната средина ја вршат живите организми.

1. Пирамиди од броеви- на секое ниво се евидентира бројот на поединечни организми.

Пирамидата од броеви прикажува јасна шема откриена од Елтон: бројот на поединци кои сочинуваат секвенцијална серија врски од производителите до потрошувачите постојано се намалува (сл. 3).

На пример, за да нахрани еден волк, му требаат барем неколку зајаци за да лови; За да ги нахраните овие зајаци, потребна ви е прилично голема разновидност на растенија. Во овој случај, пирамидата ќе изгледа како триаголник со широка основа која се стеснува нагоре.

Сепак, оваа форма на пирамида од броеви не е типична за сите екосистеми. Понекогаш тие можат да бидат обратни, или наопаку. Ова се однесува на шумските синџири на исхрана, каде што дрвјата служат како производители, а инсектите служат како примарни потрошувачи. Во овој случај, нивото на примарни потрошувачи е нумерички побогато од нивото на производители (голем број инсекти се хранат со едно дрво), затоа пирамидите на броеви се најмалку информативни и најмалку индикативни, т.е. бројот на организми на исто трофично ниво во голема мера зависи од нивната големина.

2. Пирамиди од биомаса- ја карактеризира вкупната сува или влажна маса на организми на дадено трофично ниво, на пример, во единици маса по единица површина - g/m2, kg/ha, t/km2 или по волумен - g/m3 (сл. 4)

Обично во копнените биоценози вкупната маса на производители е поголема од секоја следна врска. За возврат, вкупната маса на потрошувачи од прв ред е поголема од онаа на потрошувачите од втор ред, итн.

Во овој случај (ако организмите не се разликуваат премногу по големина) пирамидата исто така ќе има изглед на триаголник со широка основа која се стеснува нагоре. Сепак, постојат значителни исклучоци од ова правило. На пример, во морињата, биомасата на тревојадниот зоопланктон е значително (понекогаш 2-3 пати) поголема од биомасата на фитопланктонот, претставена главно со едноклеточни алги. Ова се објаснува со фактот дека алгите многу брзо се изедени од зоопланктонот, но тие се заштитени од целосно изедени со многу високата стапка на поделба на нивните клетки.

Општо земено, копнените биогеоценози, каде што производителите се големи и живеат релативно долго, се карактеризираат со релативно стабилни пирамиди со широка основа. Во водните екосистеми, каде што производителите се мали по големина и имаат кратки животни циклуси, пирамидата на биомаса може да биде превртена или превртена (со врвот насочен надолу). Така, во езерата и морињата, масата на растенијата ја надминува масата на потрошувачи само во периодот на цветање (пролет), а во остатокот од годината може да се случи обратна ситуација.

Пирамидите на броеви и биомасата ја одразуваат статиката на системот, односно го карактеризираат бројот или биомасата на организмите во одреден временски период. Тие не даваат целосни информации за трофичката структура на еден екосистем, иако овозможуваат решавање на голем број практични проблеми, особено поврзани со одржувањето на одржливоста на екосистемите.

Пирамидата на броеви овозможува, на пример, да се пресмета дозволената количина на улов на риба или отстрел на животни во текот на сезоната на лов без последици за нивната нормална репродукција.

3. Пирамиди на енергија- ја покажува количината на проток на енергија или продуктивност на последователни нивоа (сл. 5).

За разлика од пирамидите на броеви и биомасата, кои ја рефлектираат статиката на системот (бројот на организми во даден момент), пирамидата на енергија, што ја одразува сликата за брзината на поминување на масата на храната (количината на енергија) низ секое трофично ниво на синџирот на исхрана, дава најцелосна слика за функционалната организација на заедниците.

Обликот на оваа пирамида не е под влијание на промените во големината и стапката на метаболизмот на поединците, и ако се земат предвид сите извори на енергија, пирамидата секогаш ќе има типичен изглед со широка основа и заострен врв. Кога се конструира пирамида на енергија, на нејзината основа често се додава правоаголник за да се прикаже приливот на сончева енергија.

Во 1942 година, американскиот еколог Р. Линдеман го формулирал законот за енергетската пирамида (законот од 10 проценти), според кој, во просек, околу 10% од енергијата добиена на претходното ниво на еколошката пирамида поминува од еден трофичен ниво преку синџирите на исхрана на друго трофично ниво. Остатокот од енергијата се губи во форма на топлинско зрачење, движење итн. Како резултат на метаболичките процеси, организмите губат околу 90% од целата енергија во секоја алка од синџирот на исхрана, која се троши за одржување на нивните витални функции.

Ако зајак изел 10 кг растителна материја, тогаш сопствената тежина може да се зголеми за 1 кг. Лисица или волк, јадејќи 1 кг месо од зајак, ја зголемува својата маса за само 100 g. Кај дрвенестите растенија, оваа пропорција е многу помала поради фактот што дрвото слабо се апсорбира од организмите. За тревите и морските алги, оваа вредност е многу поголема, бидејќи тие немаат тешко сварливи ткива. Сепак, општата шема на процесот на пренос на енергија останува: многу помалку енергија поминува низ горните трофични нивоа отколку низ пониските.

Ајде да ја разгледаме трансформацијата на енергијата во екосистемот користејќи го примерот на едноставен трофичен синџир на пасишта, во кој има само три трофични нивоа.

1. Ниво - тревни растенија,

2. Ниво - тревојади цицачи, на пример, зајаци

3. Ниво - грабливи цицачи, на пример, лисици

За време на процесот на фотосинтеза од растенијата се создаваат хранливи материи, кои од неоргански материи (вода, јаглерод диоксид, минерални соли итн.) користејќи ја енергијата на сончевата светлина формираат органски материи и кислород, како и АТП. Дел од електромагнетната енергија на сончевото зрачење се претвора во енергија на хемиски врски на синтетизирани органски материи.

Сите органски материи создадени за време на фотосинтезата се нарекуваат бруто примарно производство (GPP). Дел од енергијата на бруто примарното производство се троши на дишење, што резултира со формирање на нето примарно производство (НПП), што е самата супстанција што влегува во второто трофичко ниво и ја користат зајаците.

Нека пистата е 200 конвенционални единици енергија, а трошоците на постројките за дишење (R) - 50%, т.е. 100 конвенционални единици енергија. Тогаш нето примарното производство ќе биде еднакво на: NPP = WPP - R (100 = 200 - 100), т.е. На второто трофичко ниво, зајаците ќе добијат 100 конвенционални единици енергија.

Меѓутоа, од различни причини, зајаците се способни да консумираат само одреден дел од нуклеарната централа (во спротивно ресурсите за развој на живата материја би исчезнале), додека значителен дел од него е во форма на мртви органски остатоци (подземни делови од растенија , тврдо дрво од стебла, гранки итн.) не е способно да го изедат зајаците. Навлегува во синџирите на храна со ѓубре и/или се распаѓа со разградувачи (F). Другиот дел оди на изградба на нови клетки (големина на популација, раст на зајаци - P) и обезбедување на енергетски метаболизам или дишење (R).

Во овој случај, според пристапот на билансот, билансната еднаквост на потрошувачката на енергија (C) ќе изгледа вака: C = P + R + F, т.е. Енергијата добиена на второто трофичко ниво ќе биде потрошена, според законот на Линдеман, на раст на населението - P - 10%, останатите 90% ќе бидат потрошени за дишење и отстранување на несварената храна.

Така, во екосистемите, со зголемување на трофичкото ниво, доаѓа до брзо намалување на енергијата акумулирана во телата на живите организми. Оттука е јасно зошто секое следно ниво секогаш ќе биде помало од претходното и зошто синџирите на исхрана обично не можат да имаат повеќе од 3-5 (ретко 6) врски, а еколошките пирамиди не можат да се состојат од голем број катови: до крај врската на синџирот на исхрана е иста како и до горниот кат на еколошката пирамида ќе добие толку малку енергија што нема да биде доволно ако се зголеми бројот на организми.

Таквата низа и подреденост на групи организми поврзани во форма на трофични нивоа ги претставува тековите на материјата и енергијата во биогеоценозата, основата на нејзината функционална организација.

Најважниот тип на врска помеѓу организмите во биоценозата, кои всушност ја формираат нејзината структура, се врските со храна на предаторот и пленот: некои се јадат, други се изедени. Покрај тоа, сите организми, живи и мртви, се храна за другите организми: зајак јаде трева, лисицата и волкот ловат зајаци, птиците грабливки (јастреби, орли, итн.) можат да се одвлечат и да јадат и младенче лисицата и младенче волк. Мртвите растенија, зајаците, лисиците, волците, птиците стануваат храна за детритивори (разградувачи или на друг начин уништувачи).

Синџирот на исхрана е низа од организми во кои секој организам јаде или разградува друг. Тој го претставува патот на еднонасочен проток на мал дел од високо ефективната сончева енергија апсорбирана за време на фотосинтезата што се движи низ живите организми и стигнува до Земјата. На крајот, овој синџир се враќа во природната средина во форма на топлинска енергија со ниска ефикасност. Хранливите материи исто така се движат по него од производителите до потрошувачите, а потоа до разградувачите, а потоа назад до производителите.

Секоја алка во синџирот на исхрана се нарекува трофично ниво. Првото трофичко ниво е окупирано од автотрофи, инаку наречени примарни производители. Организмите од второто трофично ниво се нарекуваат примарни потрошувачи, третите - секундарни потрошувачи итн. Обично има четири или пет трофични нивоа и ретко повеќе од шест (сл. 1).

Постојат два главни типа на синџири на исхрана - пасење (или „пасење“) и детритус (или „распаѓање“).

Ориз. 1. Синџири на исхрана на биоценоза според Н.Ф. Рајмерс: генерализирано (а) и реално (б)

Стрелките на Слика 1 ја покажуваат насоката на движење на енергијата, а бројките ја покажуваат релативната количина на енергија што доаѓа до трофичкото ниво.

Во синџирите на исхрана на пасиштата, првото трофичко ниво го заземаат зелените растенија, второто со животни кои пасат (поимот „пасење“ ги опфаќа сите организми кои се хранат со растенија), а третото месојади.

Така, синџирите на исхрана на пасиштата се:

РАСТЕН МАТЕРИЈАЛ (на пр. нектар) => МУША => ПАЈАК =>

=> ШРЈА => БУВ

СОК од грмушка од роза => ЛИСКА => Бубамара => ПАЈАК =>

=> ИНСЕКТИВНА ПТИЦА => ГРАБОТНА ПТИЦА.

Синџирот на храна за ѓубре започнува со детрит според следнава шема:

ДЕТРИТ -> ОСТРАНУВАЧ -> ПРЕДАТОР

Вообичаените синџири на храна за ѓубре се:

ЛОГО ШУМСКИ ЛИСТ => ЗЕМЈАНИОТ ЦРВ => ЦРН =>

=> SPAUGHTER HAWK

МРТВО ЖИВОТНО => ЛАРВА НОСИ МУШИ => ЖАБА ТРЕВЕНА => ОБИЧНА УЖИНА.

Концептот на синџири на исхрана ни овозможува дополнително да го следиме циклусот на хемиските елементи во природата, иако едноставните синџири на исхрана како оние што беа прикажани претходно, каде што секој организам е претставен како да се храни само со еден вид организам, ретко се среќаваат во природата.

Вистинските врски со храна се многу посложени, бидејќи животното може да се храни со организми од различни видови кои се дел од истиот синџир на исхрана или во различни синџири, што е особено типично за предатори (потрошувачи) со повисоки трофични нивоа. Врската помеѓу синџирите на храна за пасење и отпадоци е илустрирана со моделот на проток на енергија предложен од Ју. Одум (сл. 2).

Сештојади (особено луѓето) се хранат и од потрошувачите и од производителите. Така, во природата синџирите на исхрана се испреплетени и формираат прехранбени (трофички) мрежи.

Ориз. 2. Шема на синџири на исхрана на пасишта и ѓубре (според Ју. Одум)

Линдемановото правило (10%)

Протокот на енергија, кој минува низ трофичните нивоа на биоценозата, постепено се гаси. Во 1942 година, Р. Линдеман го формулирал законот за пирамидата на енергиите, или законот (правилото) од 10%, според кој од едно трофичко ниво на еколошката пирамида се движи на друго, повисоко ниво (по „скалата“: продуцент - потрошувач - разградувач) во просек околу 10% од добиената енергија на претходното ниво на еколошката пирамида. Обратен проток поврзан со потрошувачката на супстанции и енергија произведени од горното ниво на еколошката пирамида од нејзините пониски нивоа, на пример, од животни до растенија, е многу послаб - не повеќе од 0,5% (дури и 0,25%) од нејзиниот вкупен проток, и затоа можеме да кажеме дека нема потреба да се зборува за енергетскиот циклус во биоценозата.

Ако енергијата се изгуби десеткратно за време на преминот на повисоко ниво на еколошката пирамида, тогаш акумулацијата на голем број супстанции, вклучително и токсични и радиоактивни, се зголемува во приближно ист сооднос. Овој факт е фиксиран во правилото за биолошко подобрување. Тоа е точно за сите ценози. Во водените биоценози, акумулацијата на многу токсични материи, вклучително и органохлорните пестициди, е во корелација со масата на масти (липиди), т.е. очигледно има енергетска основа.

Мангрови Синџирите на исхрана може да се поделат на два вида. Синџирот на пасење започнува од зелено растение и оди понатаму до тревопасни животни, а потоа до предатори. Примери на пасишта се прикажани во илустрациите на став 4.2. Детриталниот синџир оди од мртва органска материја (детритус) до разградувачки микроорганизми и животни кои јадат мртви остатоци (детритивори), а потоа до предатори кои се хранат со овие животни и микроби. Оваа слика покажува пример на синџир на храна од ѓубре од тропските предели; ова е синџир што започнува од лисјата што паѓаат на мангрови - дрвја и грмушки кои растат на морските брегови периодично поплавени од плимата и осеката и во устието на реките. Нивните лисја паѓаат во соленкавите води, обраснати со мангрови дрвја, а струјата ги носи на огромна површина од заливи. Во водата, на паднатите лисја се развиваат габи, бактерии и протозои, кои заедно со лисјата ги јадат бројни организми: риби, мекотели, ракови, ракови, ларви од инсекти и кружни црви - нематоди. Овие животни се хранат со мали риби (на пример, рипчиња), а тие, пак, се јадат од големи риби и грабливи птици што јадат риби.

СИНЏИР НА ИСХРАНА(трофичен синџир, синџир на исхрана), меѓусебно поврзување на организмите преку односите храна-потрошувач (некои служат како храна за други). Во овој случај, се случува трансформација на материјата и енергијата од производители(примарни производители) преку потрошувачите(потрошувачи) до разградувачи(конвертори на мртва органска материја во неоргански материи асимилирани од производителите).

Постојат 2 типа на синџири на исхрана - пасиште и детритус. Синџирот на пасишта започнува со зелени растенија, оди до пасење тревопасни животни (потрошувачи од 1-ви ред), а потоа до предаторите што ги ловат овие животни (во зависност од местото во синџирот - потрошувачи од 2-ри и последователни нарачки). Детриталниот синџир започнува со детритус (производ на разградување на органската материја), оди до микроорганизмите кои се хранат со него, а потоа до детритивори (животни и микроорганизми вклучени во процесот на распаѓање на органската материја што умира).

Пример за синџир на пасишта е неговиот повеќеканален модел во африканската савана. Примарни производители се тревата и дрвјата, потрошувачи од прв ред се тревопасни инсекти и тревопасни животни (копитари, слонови, носорози итн.), 2-ри ред се предаторски инсекти, трет ред се месојадни влекачи (змии, итн.), 4-ти - грабливи цицачи на плен. За возврат, детритиворите (бубачки од скараби, хиени, шакали, мршојадци итн.) во секоја фаза од синџирот на пасење ги уништуваат труповите на мртвите животни и остатоците од храна од предаторите. Бројот на поединци вклучени во синџирот на исхрана во секоја од неговите алки постојано се намалува (правило на еколошката пирамида), т.е. бројот на жртви секој пат значително го надминува бројот на нивните потрошувачи. Синџирите на исхрана не се изолирани еден од друг, туку се испреплетени едни со други за да формираат прехранбени мрежи.

Одржувањето на животната активност на организмите и циркулацијата на материјата во екосистемите, т.е. постоењето на екосистемите, зависи од постојаниот проток на енергија неопходна за сите организми за нивната животна активност и саморепродукција (сл. 12.19).

Ориз. 12.19. Проток на енергија во екосистемот (според Ф. Рамад, 1981)

За разлика од супстанциите кои непрекинато циркулираат низ различни блокови на екосистемот, кои секогаш можат повторно да се користат и да влезат во циклусот, енергијата може да се користи само еднаш, т.е. има линеарен проток на енергија низ екосистемот.

Еднонасочниот прилив на енергија како универзален природен феномен се јавува како резултат на законите на термодинамиката. Првиот законнаведува дека енергијата може да се претвори од една форма (како светлина) во друга (како што е потенцијалната енергија на храната), но не може да се создаде или уништи. Втор законнаведува дека не може да има ниту еден процес поврзан со трансформацијата на енергијата без да се изгуби дел од неа. Одредена количина на енергија при таквите трансформации се дисипира во недостапна топлинска енергија и затоа се губи. Оттука, не може да има трансформации на, на пример, прехранбени материи во супстанца што го сочинува телото на организмот, кои се случуваат со 100 процентна ефикасност.

Така, живите организми се енергетски конвертори. И секогаш кога енергијата се претвора, дел од неа се губи во форма на топлина. На крајот, целата енергија што влегува во биотскиот циклус на екосистемот се троши како топлина. Живите организми всушност не ја користат топлината како извор на енергија за извршување на работата - тие користат светлина и хемиска енергија.

Синџири и мрежи на исхрана, трофични нивоа

Во рамките на екосистемот, супстанциите што содржат енергија се создаваат од автотрофни организми и служат како храна за хетеротрофите. Врските со храна се механизми за пренос на енергија од еден организам на друг.

Типичен пример: животно јаде растенија. Ова животно, пак, може да го јаде друго животно. На овој начин, енергијата може да се пренесе преку голем број организми - секој нареден се храни со претходниот, кој го снабдува со суровини и енергија (сл. 12.20).

Ориз. 12.20 часот. Биотски циклус на супстанции: синџир на исхрана

(според А.Г. Баников и сор., 1985)

Оваа низа на пренос на енергија се нарекува синџир на храна (трофичен),или коло за напојување. Локацијата на секоја алка во синџирот на исхрана е трофичко ниво.Првото трофичко ниво, како што беше забележано претходно, е окупирано од автотрофи, или т.н. примарни производи центи.Се нарекуваат организми од второто трофично ниво примарни потрошувачи,трето - секундарни потрошувачиитн.

Генерално постојат три типа на синџири на исхрана. Синџирот на исхрана на предаторите започнува со растенијата и се движи од мали организми кон сè поголеми организми. На копно, синџирите на исхрана се состојат од три до четири алки.

Еден од наједноставните синџири за исхрана изгледа вака (види Сл. 12.5):

растение ® зајак ® волк

производител ® тревојад ® месојад

Следниве синџири на исхрана се исто така широко распространети:

растителен материјал (на пр. нектар) ® мува ® пајак ®

итрина ® був.

сок од роза ® aphid ® бубамара ®

® пајак ® инсективојадна птица ® птица грабливка.

- (донесен од струја - езеро, море; донесен од човек - земјоделско земјиште, носено од ветер или врнежи - растителни остатоци на еродирани планински падини).

Разликите помеѓу екосистемот и биогеоценозата може да се сведат на следниве точки:

1) биогеоценозата е територијален концепт, се однесува на специфични површини на земјиштето и има одредени граници кои се совпаѓаат со границите на фитоценозата. Карактеристична особина на биогеоценозата, која ја посочува Н.В. Тимофеев-Ресовски, А.Н. Тјуриуканов (1966) - ниту една значајна биоценотска, почвено-геохемиска, геоморфолошка и микроклиматска граница не поминува низ територијата на биогеоценозата.

Концептот на екосистем е поширок од концептот на биогеоценоза; тоа е применливо за биолошки системи со различна сложеност и големина; екосистемите често немаат дефиниран волумен и строги граници;

2) при биогеоценоза, органската материја секогаш ја произведуваат растенијата, затоа главната компонента на биогеоценозата е фитоценозата;

Во екосистемите, органската материја не е секогаш создадена од живите организми; таа често доаѓа однадвор.

(донесено од струја - езеро, море; донесено од човекот - земјоделско земјиште, носено од ветер или врнежи - растителни остатоци на еродирани планински падини).

3) биогеоценозата е потенцијално бесмртна;

Постоењето на екосистем може да заврши со прекин на протокот на материја или енергија во него.

4) екосистемот може да биде и копнена и водна формација;

Биогеоценозата е секогаш копнеен или плитки води екосистем.

5) - во биогеоценоза секогаш мора да постои еден едификатор (едификаторна група или синусија), кој го одредува целиот живот и структура на системот.

Може да има неколку од нив во еден екосистем.

Во раните фази на развој, екосистемот на падините е идна шумска ценоза. Се состои од групи на организми со различни едификатори и прилично хетерогени услови на животната средина. Само во иднина истата група може да биде под влијание не само на нејзиниот уредник, туку и на уредувачот на ценозата. А вториот ќе биде главен.

Така, не секој екосистем е биогеоценоза, туку секоја биогеоценоза е екосистем, целосно во согласност со дефиницијата на Тансли.

Еколошка структура на биогеоценозата

Секоја биогеоценоза е составена од одредени еколошки групи на организми, чиј сооднос ја одразува еколошката структура на заедницата, која се развива во подолг временски период во одредени климатски, почвени и пределски услови на строго редовен начин. На пример, во биогеоценози од различни природни зони, природно се менува односот на фитофагите (животни кои се хранат со растенија) и сапрофагите. Во степските, полупустинските и пустинските предели, фитофагите преовладуваат над сапрофагите, а во шумските заедници, напротив, сапрофагијата е поразвиена. Во длабочините на океанот, главниот тип на исхрана е грабливката, додека на осветлената површина на резервоарот преовладуваат филтер-хранителите кои консумираат фитопланктон или видови со мешана исхрана.

Еколошки пирамиди

Функционалните односи, т.е. трофичката структура, може да се прикажат графички, во форма на т.н. еколошки пирамиди.Основата на пирамидата е нивото на производители, а последователните нивоа на исхрана ги формираат подовите и врвот на пирамидата. Постојат три главни типа на еколошки пирамиди: 1) пирамида од броеви, одразувајќи го бројот на организми на секое ниво (пирамида на Елтон); 2) пирамида на биомаса, карактеризирајќи ја масата на жива материја - вкупна сува тежина, содржина на калории итн.; 3) пирамида на производот(или енергија), со универзален карактер, покажувајќи промени во примарното производство (или енергија) на последователни трофични нивоа.

Пирамидата од броеви прикажува јасна шема откриена од Елтон: бројот на поединци кои сочинуваат секвенцијална серија врски од производителите до потрошувачите постојано се намалува (сл. 5.). Овој модел се заснова, прво, на фактот дека за да се балансира масата на големо тело, потребни се многу мали тела; второ, количината на енергија се губи од пониски кон повисоки трофични нивоа (само 10% од енергијата го достигнува претходното ниво од секое ниво) и, трето, постои обратна врска помеѓу метаболизмот и големината на поединците (колку е помал организмот, колку е поинтензивен метаболизмот, толку е поголема стапката на раст нивниот број и биомаса).

Ориз. 5. Поедноставен дијаграм на Елтоновата пирамида

Сепак, популационите пирамиди ќе се разликуваат во голема мера по форма во различни екосистеми, па затоа е подобро да се претстават бројките во табеларна форма, но биомасата во графичка форма. Јасно ја означува количината на целата жива материја на дадено трофичко ниво, на пример, во единици маса по единица површина - g/m2 или волумен - g/m3 итн.

Во копнените екосистеми се применува следново правило: пирамиди од биомаса: вкупната маса на растенијата ја надминува масата на сите тревопасни животни, а нивната маса ја надминува целата биомаса на предаторите. Ова правило е запазено, а биомасата на целиот синџир се менува со промените на вредноста на нето-производството, соодносот на годишното зголемување на биомасата на екосистемот е мал и варира во шумите од различни географски зони од 2 до 6. %. И само во ливадските растителни заедници може да достигне 40-55%, а во некои случаи, во полупустини - 70-75%. На сл. Слика 6 покажува пирамиди од биомаса на некои биоценози. Како што може да се види од сликата, за океанот горенаведеното правило на пирамидата на биомаса е неважечко - има превртен (обратен) изглед.

Ориз. 6. Пирамиди на биомаса на некои биоценози: P - производители; РК - тревојади потрошувачи; PC - месојадни потрошувачи; F – фитопланктон; Z - зоопланктон

Океанскиот екосистем се карактеризира со тенденција биомасата да се акумулира на високи нивоа меѓу предаторите. Предаторите живеат долго и стапката на промет на нивните генерации е ниска, но за производителите - фитопланктонските алги - стапката на промет може да биде стотици пати поголема од резервите на биомаса. Тоа значи дека нивното нето-производство овде исто така го надминува производството што го апсорбираат потрошувачите, т.е. повеќе енергија поминува низ нивото на производителите отколку преку сите потрошувачи.

Оттука е јасно дека уште посовршениот одраз на влијанието на трофичките односи врз екосистемот треба да да биде правило на производната (или енергетската) пирамида:на секое претходно трофичко ниво, количината на биомаса создадена по единица време (или енергија) е поголема отколку на следното.

Трофичните или синџирите на исхрана можат да бидат претставени во форма на пирамида. Нумеричката вредност на секој чекор од таквата пирамида може да се изрази со бројот на поединци, нивната биомаса или енергијата акумулирана во неа.

Во согласност со законот за пирамидата на енергиите на Р. Линдеман и правилото од десет проценти, од секоја фаза приближно 10% (од 7 до 17%) од енергијата или материја во енергетска смисла преминува во следната фаза (сл. 7). Забележете дека на секое следно ниво, како што се намалува количината на енергија, нејзиниот квалитет се зголемува, т.е. способноста да се работи по единица животинска биомаса е соодветен број пати поголема од истата количина на растителна биомаса.

Впечатлив пример е синџирот на исхрана на отворено море, претставен со планктони и китови. Масата на планктон е дисперзирана во океанската вода и, со биопродуктивноста на отворено море помала од 0,5 g/m 2 ден -1, количината на потенцијална енергија во кубен метар океанска вода е бесконечно мала во споредба со енергијата на кит , чија маса може да достигне неколку стотици тони. Како што знаете, китовото масло е висококалоричен производ кој се користел дури и за осветлување.

Во согласност со последната слика е формулирана правило за еден процент: за стабилност на биосферата како целина, учеството на можната финална потрошувачка на нето примарното производство во енергетска смисла не треба да надминува 1%.

Сл.7. Пирамида на пренос на енергија долж синџирот на исхрана (според Ју. Одум)

Соодветна секвенца е забележана и при уништувањето на органската материја: околу 90% од енергијата на чистото примарно производство се ослободува од микроорганизми и габи, помалку од 10% од безрбетните животни и помалку од 1% од 'рбетните животни, кои се конечни коментатори.

На крајот на краиштата, сите три правила на пирамидите ги одразуваат енергетските односи во екосистемот, а пирамидата на производи (енергија) има универзален карактер.

Во природата, во стабилните системи, биомасата малку се менува, т.е. природата има тенденција да го користи целото бруто производство. Познавањето на енергијата на екосистемот и неговите квантитативни показатели овозможуваат прецизно да се земе предвид можноста за отстранување на одредена количина растителна и животинска биомаса од природниот екосистем без да се поткопува неговата продуктивност.

Човекот добива доста производи од природни системи, но главниот извор на храна за него е земјоделството. Со создавање на агроекосистеми, човекот се стреми да добие што е можно повеќе чисти вегетациски производи, но треба да потроши половина од растителната маса за исхрана на тревопасни животни, птици и сл., значителен дел од производите оди во индустријата и се губи во отпад. т.е., тука се губи и околу 90% е чисто производство и само околу 10% директно се користи за исхрана на луѓето.

Во природните екосистеми, енергетските текови се менуваат и по интензитет и карактер, но овој процес е регулиран со дејство на факторите на животната средина, што се манифестира во динамиката на екосистемот во целина.

Потпирајќи се на синџирот на исхрана како основа за функционирање на екосистемот, исто така е можно да се објаснат случаите на акумулација во ткивата на одредени супстанции (на пример, синтетички отрови), кои, додека се движат по синџирот на исхрана, не учествуваат во нормалниот метаболизам на организмите. Според правила за биолошко подобрувањеПри преселба на повисоко ниво на еколошката пирамида има приближно десеткратно зголемување на концентрацијата на загадувачот. Особено, навидум незначителна зголемена содржина на радионуклиди во речната вода на првото ниво на трофичкиот синџир се асимилира од микроорганизми и планктони, потоа се концентрира во ткивата на рибите и достигнува максимални вредности кај галебите. Нивните јајца имаат ниво на радионуклиди 5000 пати повисоко од контаминацијата во позадина.

Видови екосистеми:

Постојат неколку класификации на екосистемите. Прво, екосистемите се поделени по природа на потеклои се делат на природни (мочуриште, ливада) и вештачки (обработливо земјиште, градина, вселенски брод).

По големинаекосистемите се поделени на:

1. микроекосистеми (на пример, стебло на паднато дрво или чистинка во шумата)

2. мезоекосистеми (шума или степска шума)

3. макроекосистеми (тајга, море)

4. екосистеми на глобално ниво (планета Земја)

Енергијата е најзгодната основа за класификација на екосистемите. Постојат четири основни типови на екосистеми врз основа на тип на извор на енергија:

1. управувано од Сонцето, слабо субвенционирано
2. управувано од Сонцето, субвенционирано од други природни извори
3. управувано од Сонцето и субвенционирано од човекот
4. управувано од гориво.

Во повеќето случаи, може да се користат два извори на енергија - Сонцето и горивото.

Природни екосистеми водени од сонцето, малку субвенционирани- тоа се отворени океани, високи планински шуми. Сите тие добиваат енергија речиси исклучиво од еден извор - Сонцето и имаат мала продуктивност. Годишната потрошувачка на енергија се проценува на приближно 10 3 -10 4 kcal-m 2. Организмите кои живеат во овие екосистеми се приспособени на оскудната количина на енергија и други ресурси и ефикасно ги користат. Овие екосистеми се многу важни за биосферата, бидејќи зафаќаат огромни области. Океанот покрива околу 70% од површината на земјината топка. Всушност, ова се главните системи за поддршка на животот, механизми кои ги стабилизираат и одржуваат условите на „вселенскиот брод“ - Земјата. Овде секојдневно се прочистуваат огромни количини на воздух, водата се враќа во циркулација, се формираат климатски услови, се одржува температурата и се вршат други функции за одржување на животот. Дополнително, тука се произведуваат некои прехранбени и други материјали без никаков човечки придонес. Треба да се каже и за естетските вредности на овие екосистеми кои не можат да се земат предвид.

Природни екосистеми управувани од Сонцето, субвенционирани од други природни извори, се екосистеми кои се природно плодни и произведуваат вишок органска материја што може да се акумулира. Тие добиваат природни субвенции за енергија во форма на енергија од плимата и осеката, сурфање, струи, органски и минерални материи кои доаѓаат од сливното подрачје со дожд и ветер итн. Нивната потрошувачка на енергија се движи од 1 * 10 4 до 4 * 10 4 kcal * m - 2 *година -1 . Крајбрежниот дел на устието како што е заливот Нева е добар пример за такви екосистеми кои се поплодни од соседните копнени области кои добиваат иста количина на сончева енергија. Прекумерна плодност може да се забележи и во дождовните шуми.

Екосистеми управувани од сонцето и субвенционирани од луѓето, се копнени и водни агроекосистеми кои добиваат енергија не само од Сонцето, туку и од луѓето во вид на енергетски субвенции. Нивната висока продуктивност е поддржана од мускулната енергија и енергијата на горивото, кои се трошат на одгледување, наводнување, ѓубрење, селекција, преработка, транспорт итн. Лебот, пченката, компирот се „делумно направени од масло“. Најпродуктивното земјоделство добива приближно исто количество енергија како и најпродуктивните природни екосистеми од вториот тип. Нивното производство достигнува приближно 50.000 kcal*m -2 година -1. Разликата меѓу нив е во тоа што човекот насочува што повеќе енергија за производство на ограничен вид храна, додека природата ја дистрибуира меѓу многу видови и акумулира енергија за дождлив ден, како да ја става во различни џебови. Оваа стратегија се нарекува „стратегија за различност за опстанок“.

Индустриско-урбани екосистеми управувани од гориво, е крунско достигнување на човештвото. Во индустриските градови, висококонцентрираната енергија на горивото не ја надополнува, туку ја заменува сончевата енергија. Храната, производ на системи управувани од Сонцето, се внесува во градот однадвор. Карактеристика на овие екосистеми е огромната побарувачка за енергија на густо населените урбани области - таа е за два до три реда на големина поголема отколку во првите три типа на екосистеми. Ако во несубвенционираните екосистеми приливот на енергија се движи од 10 3 до 10 4 kcal*m -2 година -1, а во субвенционирани системи од втор и трет тип - од 10 4 до 4*10 4 kcal*m -2 година -1 , потоа во Во големите индустриски градови, потрошувачката на енергија достигнува неколку милиони килокалории на 1 m 2: Њујорк -4,8 * 10 6, Токио - 3 * 10 6, Москва - 10 6 kcal * m -2 година -1.

Потрошувачката на човечка енергија во градот во просек изнесува повеќе од 80 милиони kcal*годишно -1; за исхрана му требаат само околу 1 милион kcal*година -1, затоа, за сите други видови активности (домаќинство, транспорт, индустрија итн.) човекот троши 80 пати повеќе енергија отколку што е потребна за физиолошкото функционирање на организмот. . Се разбира, во земјите во развој ситуацијата е нешто поинаква.

>> Еколошки пирамиди

Еколошки пирамиди

1. Што е прехранбена мрежа?
2. 2 Кои организми се произведувачи?
3. Како потрошувачите се разликуваат од производителите?

Трансфер на енергија во заедница.

Во секој трофичен синџир, не се користи целата храна за раст на поединци, односно за формирање на биомаса. Дел од него се троши на задоволување на енергетските трошоци на организмите: дишење, движење, репродукција, одржување на телесна температура итн. Следствено, во секоја наредна врска синџирот на исхранабиомасата се намалува. Вообичаено, колку е поголема масата на почетната алка на синџирот на исхрана, толку е поголема таа во следните врски.

Синџирот на исхрана е главниот канал за пренос на енергија во заедницата. Како што се оддалечувате од примарниот производител, неговата количина се намалува. Ова се должи на голем број причини.

Трансферот на енергија од едно ниво на друго никогаш не е комплетен. Дел од енергијата се губи при преработката на храната, а дел воопшто не се апсорбира од телото и се излачува од него со измет, а потоа се разградува од деструктори.

Дел од енергијата се губи како топлина за време на дишењето. Секое животно, движејќи се, лови, гради гнездо или врши други дејствија, врши работа за која е потребна енергија, како резултат на што повторно се ослободува топлина.

Падот на количината на енергија за време на преминот од едно трофичко ниво на друго (повисоко) го одредува бројот на овие нивоа и односот на предатори и плен. Се проценува дека секое дадено трофичко ниво добива околу 10% (или малку повеќе) од енергијата на претходното ниво. Затоа, вкупниот број на трофични нивоа ретко е повеќе од четири до шест.

Овој феномен, прикажан графички, се нарекува еколошка пирамида. Постојат пирамида од броеви (поединци), пирамида од биомаса и пирамида на енергија.

Основата на пирамидата е формирана од производители ( растенијата). Над нив се потрошувачи од прв ред (тревопасни животни). Следното ниво е претставено со потрошувачи од втор ред (предатори). И така натаму до врвот на пирамидата, која е окупирана од најголемите предатори. Висината на пирамидата обично одговара на должината на синџирот на исхрана.

Пирамидата на биомаса го покажува односот на биомасата на организмите од различни трофични нивоа, графички прикажан на таков начин што должината или површината на правоаголникот што одговара на одредено трофичко ниво е пропорционална со неговата биомаса (слика 136).

Содржина на лекцијата белешки за лекција и придружна рамка за презентација на лекција методи на забрзување и интерактивни технологии затворени вежби (само за употреба од наставникот) оценување Вежбајте задачи и вежби, самотестирање, работилници, лаборатории, случаи ниво на тежина на задачите: нормално, високо, олимпијада домашна задача Илустрации илустрации: видео клипови, аудио, фотографии, графикони, табели, стрипови, мултимедијални апстракти, совети за љубопитните, мамечки листови, хумор, параболи, шеги, изреки, крстозбори, цитати Додатоци екстерно независно тестирање (ЕТТ) учебници основни и дополнителни тематски празници, слогани статии национални карактеристики речник на термини друго Само за наставници