Функциональная структура биоценозов

Основная функция биоценозов – поддержание круговорота веществ в биосфере – базируется на системе сложных взаимоотношений видов. Среди всего многообразия связей в сообществе, наибольшее значение имеют (по В. Н. Беклемишеву) трофические, топические, форические и фабрические межвидовые отношения.

Задание 1. Дайте характеристику и приведите примеры основных биоценотических связей.

Трофические связи _______________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Топические связи ________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Форические связи ________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Зоохория _____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Форезия ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Фабрические связи _______________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 2 (для самостоятельной работы). Из-за сложности межвидовых отношений каждый конкретный вид может преуспевать далеко не везде, где складываются подходящие для него условия. Объясните, что такое «физиологический оптимум» и «синэкологический оптимум».

Физиологический оптимум _______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Синэкологический оптимум _______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 3. Каждый биоценоз с необходимостью включает представителей трех эколо-гических групп организмов – продуцентов, консументов и редуцентов. Полночленность тро-фической структуры биоценозов – аксиома синэкологии. В конкретных биоценозах проду-центы, консументы и редуценты представлены популяциями многих видов, вклад которых в преобразование потока энергии неодинаков. Ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют цепями питания, а место каждого звена в цепи питания – трофическим уровнем. Изучите схему на рис. 49, 50, 51, раскройте поня-тия «продуценты», «консументы», «редуценты», приведите соответствующие примеры.

Рис. 49. Цепи питания и трофические уровни в типичной наземной экосистеме

Продуценты ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Консументы ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Редуценты ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 4 (для самостоятельной работы).Группа видов-продуцентов образует уровень первичной продукции, на котором утилизируется внешняя энергия и создается масса орга-нического вещества. Продуценты – основа трофической структуры и всего существования биоценоза. Что такое «первичная продукция» (валовая и чистая), «биологическая продуктив-ность» и «траты на дыхание»?

Валовая первичная продукция _____________________________________________________

________________________________________________________________________________

Биологическая продуктивность ___________________________________________________

________________________________________________________________________________

Чистая первичная продукция _____________________________________________________

________________________________________________________________________________

Траты на дыхание _______________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Рис. 50. Блок консументов

Задание 5 (для самостоятельной работы). Приведите примеры животных, являющихся консументами I, II и III порядков. Что такое «вторичная продукция» сообщества? Почему консументы – это управляющее и стабилизирующее звено в экосистеме?

Консументы I порядка ___________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Консументы II порядка ___________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Консументы III порядка __________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вторичная продукция сообщества _________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Управляющее и стабилизирующее значение консументов ____________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 6 (для самостоятельной работы). На уровне консументов происходит разде-ление потока органического вещества по разным группам потребителей: живое органическое вещество следует по цепям выедания, а мертвое – по цепям разложения. Дайте определения терминам «пастбищная цепь» и «детритная цепь». Что такое детрит? Приведите примеры организмов-редуцентов. В каких экосистемах – наземных или водных – наиболее высока активность детритного блока?

Рис. 51. Фрагмент одной из наземных детритных пищевых цепей

Пастбищная цепь _______________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Детритная цепь _________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Детрит ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Редуценты ______________________________________________________________________

Активность детритного блока ___________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 52. Поток энергии через пастбищную пищевую цепь

ВПП – валовая первичная продукция, ЧПП – чистая первичная продукция

Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза – это валовая первичная продукция. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание) – от 20 до 70 % валовой продукции. Оставшаяся часть органической массы – это чистая первичная продукция (фактически, это прирост растений). Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами (кон-сументами) – это вторичная продукция сообщества. Вторичную продукцию вычисляют от-дельно для каждого трофического уровня. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непе-реваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Средняя эффективность пере-носа энергии от растения к животному составляет 10%, а от животного к животному – 20%.

Задание 7 (для самостоятельной работы).На рис. 53 изображены некоторые простые пищевые цепи. Обозначьте трофические уровни соответствующими символами. Объясните, в чем состоит отличие пищевых цепей от пищевых сетей? Каков механизм формирования сложных пищевых сетей?

Рис. 53. Простые пищевые цепи

П – продуценты; КI, KII, KIII – консументы соответствующих порядков; Р – редуценты

Пищевые сети __________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 8 (для самостоятельной работы).Возможности ослабления пищевой конку-ренции между разными видами в значительной мере определяются такими показателями, как объем и напряженность. Что означают эти понятия?

Объем конкуренции ______________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Напряженность конкуренции _____________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Фундаментальным понятием современной экологии является «экологическая ниша». Если бы термину «экологическая ниша» не придавали так много самых разных значений, то экологию можно было бы определить как науку о нишах. Каждый вид пространственно и функционально занимает определенное положение в сообществе (Гриннел, 1917, 1924, 1928), имеет вполне конкретный, эволюционно выработанный статус. Отсюда вытекает возмож-ность вида длительно существовать в составе сложного сообщества при минимальной конку-ренции с другими видами, эффективно использовать ресурсы среды, успешно размножаться и формировать новые адаптации в соответствии с изменениями в отношениях с абиотичес-кой средой и биотическим окружением.

Задание 9 (для самостоятельной работы). Составьте краткий реферат на тему: «История формирования представления об экологической нише» и в заключении дайте то определение термина «экологическая ниша», которое, на Ваш взгляд, наиболее полно характеризует это понятие.

Экологическая ниша _____________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 10 (для самостоятельной работы). Изучите рис. 54 и объясните, что такое «пирамида чисел», «пирамида биомасс» (продукции) и «пирамида энергии». Объясните, почему пирамиды чисел для цепей паразитов и пирамиды биомасс для пелагиали океана (в момент «мгновенного измерения») имеют перевернутый вид (стоят «вверх ногами»).

Рис. 54. Экологические пирамиды:

А. Пирамиды чисел. Б. Сравнение пирамид чисел, биомассы и энергии для пищевой цепи люцерна – скот – человек (на 4 га). Масштаб логарифмический (по E. Odum, 1971)

Пирамиды чисел _________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пирамиды биомасс _______________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пирамиды энергии _______________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пирамида чисел для цепей паразитов ______________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пирамида биомасс для пелагиали океана ___________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 55. Пример пищевой пирамиды в национальном парке Серенгетти

Все три пирамиды – чисел, биомасс, энергии – выражают в конечном итоге энергети-ческие отношения в экосистемах. Важнейшим практическим результатом энергетического подхода к изучению экосистем явилось осуществление исследований по Международной биологической программе, проводившихся учеными разных стран мира начиная с 1969 года в целях изучения потенциальной биологической продуктивности Земли. Благодаря этим исследованиям удалось подсчитать максимальную биологическую продуктивность нашей планеты (рис. 56), т. е. тот природный фонд, которым располагает человечество, и макси-мально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли.

Теоретически возможная скорость создания первичной продукции определяется воз-можностями фотосинтетического аппарата растений. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10-12% энергии ФАР, что составляет около половины от теоретически возможного. Такая скорость связывания достигается, например, в зарослях джугары и тростника в Таджикистане в кратковременные, наиболее благоприятные периоды. КПД фотосинтеза в 5% считается очень высоким для фитоценоза. В целом по земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1%, так как фотосинтетическая активность растений ограничивается множеством факторов.

Мировое распределение первичной продукции крайне неравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительной массы достигает в среднем 25 г в день в очень благоприятных условиях (в эустариях рек и в лиманах аридных районов). На больших площадях продуктивность автотрофов не превышает 0,1 г на квадратный метр. Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет 150-200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей – на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержания жизни всех гетеротрофных организ-мов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических осад-ках водоемов и гумусе почв. Продуктивность растительности изменяется не только при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой зоны.

Для четырех континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно мало. В Европе она составляет 85 ц/га, в Азии – 98, в Африке – 103, в Северной Америке – 82, в Австралии и Океании – 86. Самая высокая продуктивность – в Южной Америке – составляет 209 ц/га.

Питание людей обеспечивается в основном за счет сельского хозяйства. Примерно половина урожая сельскохозяйственных культур идет непосредственно на питание людей, остальная часть - на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.

Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. Имеющиеся на Земле вторичные ресурсы (продукты животноводства, промысла на суше и в океане), могут обеспечить ежегодно лишь около 50% потребностей современного населения.

Рис. 56. Годовая первичная продукция в различных природных сообществах Земли

Дата добавления: 2017-01-13