Пищевые цепи

Круговорот азота

Круговорот азота охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом (NO₃^- и NH₃). И это при том, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а точнее почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их. Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Правда, часть его окисляется в воздухе — во время грозовых разрядов — и поступает в почву с дождевой водой, но таким способом его фиксируется в 10 раз меньше, чем с помощью бактерий.

Живые организмы в экосистеме, мертвые их остатки и отбросы являются пищей для других организмов. Питательные вещества, таким образом, переходят из одного организма в другой, образуя непрерывные пищевые цепи. Начало пищевым цепям дают продуценты. Они усваивают из окружающей среды воду, неорганические (минеральные) соли, углекислый газ, кислород и с помощью фотосинтеза строят свое тело. Следующие звенья цепи питания составляют консументы, которые поедают как продуцентов, так и себе подобных. Консументы, которые питаются продуцентами, называются консументами 1-го порядка — это травоядные, или растительноядные, животные. Консументы, которые поедают травоядных 1 -го порядка, называются консументами 2-го порядка — это плотоядные животные (хищники). Хищники, питающиеся вторичными консументами, называются консументами 3-го порядка и т. д. Организмы, употребляющие один тип пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греч. trophos — питающийся). Продуценты относятся к первому трофическому уровню, консументы 1-го порядка (травоядные) — ко второму, консументы 2-го порядка — к третьему уровню и т. д.

Дополнительные звенья в пищевой цепи составляют детритофаги, которые, питаясь отходами и трупами, могут стать добычей хищников (например, муравьед питается муравьями). Таким образом? биологическое вещество возвращается в биологический круговорот. В конце пищевой цепи находятся редуценты (деструкторы}, которые превращают отмершее органическое вещество в неорганические соединения. Но на этом пищевая цепь не обрывается. Неорганические соединения — продукты жизнедеятельности деструкторов — вновь усваиваются продуцентами, т. е. вновь вовлекаются в круговорот органического вещества в экосистемах.

Эти пищевые циклы могут быть простыми и сложными. Самый простой пищевой цикл — продуценты => редуценты (трава — гнилостные бактерий). Более сложные циклы в пищевой цепи — продуценты => консументы => редуценты. Наиболее сложные пищевые циклы в цепи — продуценты => консументы => детритофаги ==» консументы => редуценты (трава => гусеница => воробей => ястреб => червь => воробей => ворон => бактерии-деструкторы). Простые и сложные пищевые цепи связаны между собой, образуя обширную сеть. Она так и называется: пищевая сеть. Все звенья в пищевой сети строго уравновешены между собой. Если равновесие нарушается, то может произойти деградация экосистемы — ее вырождение.

Устойчивость экосистем

Экосистемы образовались в ходе длительной эволюции. Это — сложный и устойчивый природный процесс, способный путем саморегуляции противостоять изменениям среды и численности организмов.

В процессе эволюции в природных экосистемах сформировалось большое разнообразие видов. Структурная единица вида — популяция (от латин. populus — население) сохраняет определенную численность и пространство, а также воспроизводит себя в течение многих поколений. Популяции разных видов, обитающие на одной территории образуют единое сообщество— биоценоз (от греч. bios — жизнь и koinos — общий).

Что же обеспечивает устойчивое развитие биоценозов в экосистемах? Таких причин четыре.

• Приспособленность организмов к внешним условиям.

• Конкуренция организмов одного трофического уровня за обладание пищевыми ресурсами.

• Способность популяций к самовосстановлению.

• Плотность популяций, соответствующая пирамиде потоков энергии в экосистемах.

Приспособленность организмов к внешней среде вырабатывалась на протяжении многих сотен тысяч и миллионов лет. В результате появились организмы, живущие в воде, в воздухе, внутри и на поверхности земли и в разных климатических условиях: в суровой Арктике, знойных пустынях, влажных тропиках, высоко в горах и глубоко в море. Например, когда мы говорим об Африке, то перед глазами возникают слоны, жирафы, тропические леса. Если мы вспоминаем об Арктике, то мы представляем себе белых медведей, северных оленей, тундру. Когда мы говорим о пустынях, то видим верблюдов, варанов, скорпионов и саксаулы.

Некоторые организмы могут жить практически во всех климатических зонах. Их называют космополитами (от греч. kosmopolites — гражданин мира). К ним относятся, напр., злаки, птицы из семейства воробьиных. Другие же, наоборот, даже в пределах одной климатической зоны имеют очень ограниченные территории распространения. Их мы называем эндемиками (от греч. endemos — местный). К ним относится, например, русская выхухоль, которая обитает только в бассейнах Волги и Дона.

На каждом трофическом уровне экосистемы происходит борьба за первенство в обладании пищей. Это позволяет выжить популяциям, обладающим большей конкурентоспособностью (живучестью).

Конкурентоспособность растений зависит от скорости роста, плодовитости и приспособленности к количеству света, плодородию почвы, составу воды, увлажнению почвы, рельефу и др. Конкурентоспособность животных зависит от их плодовитости, развитости органов чувств (зрения, слуха, обоняния), скорости перемещения, силы, выносливости, образа жизни и др. Способность популяции к самовосстановлению после эпидемий, пожаров, засухи, заморозков, вулканических извержений и других катастроф позволяет ей быстро восстановить свою численность.

Оптимальная плотность популяций — количество особей одной популяции на единице площади или в единице объема, отвечающее пирамиде потоков энергии в экосистемах. В таких условиях биоценоз устойчив: хватает пищи для всех, рождаемость уравновешивается смертностью.

Однако при благоприятных условиях может произойти быстрое увеличение численности какой-либо популяции — так называемый популяционный взрыв. Потоки энергии нарушаются. Экосистема становится неустойчивой. В ней быстро истощаются пищевые ресурсы. Это приводит к вымиранию как самой популяции, испытавшей популяционный взрыв, так и других популяций в биоценозе.

Примером этому служат популяционные взрывы у саранчи. Огромные полчища саранчи полностью уничтожают всю траву, лишая корма себя и других. Экосистема быстро оскудевает, пищи не хватает, начинают гибнуть травоядные, за ними — хищники. Лишь после исчезновения саранчи биоценозы постепенно восстанавливаются.

Для устойчивости экосистемы опасны не только популяционные взрывы, но и резкое уменьшение численности какой-нибудь популяции. Это также нарушает обмен энергией и пищей между трофическими уровнями. Кроме того, сокращение численности популяции ниже определенных пределов может привести к ее вымиранию.

Большое значение для поддержания оптимальной плотности популяции имеют хищники (звери, птицы, рыбы, насекомые и др.). Они выполняют в сообществах животных роль санитаров.

Например, в северных районах решили уничтожить всех волков, которые бродили вокруг диких и домашних оленей. Поголовье оленей быстро увеличилось. Они вытоптали свои пастбища и начали гибнуть из-за недостатка пищи и болезней. Почему же это произошло? Люди не учли: волки нападают только на ослабевших животных, здоровые олени им «не по зубам». Волки сдерживали рост численности оленей и их конкурентоспособность, съедая больных и дряхлых.

Для чего же необходимо понимание факторов, влияющих на устойчивость экосистем? Для того, чтобы не предпринимать попытки вслепую изменять и регулировать взаимоотношения отдельных компонентов экосистем и обеспечить человеку более разумное и гармоничное существование на Земле.

Дата добавления: 2014-01-20