Концепция трофических уровней

Соотношение продукции и деструкции в экосистемах.

В процессе роста организмов создается ОВ, скорость образования которого называют продукцией. В соответствие с концепцией трофических уровней различают первичную продукцию, или продукцию автотрофов (продуцентов), и вторичную продукцию, или продукцию гетеротрофов (консументов).

Соотношение P/R в сформировавшихся (климаксных, или зрелых) экосистемах стремиться к единице (равновесию). Биоэнергетику экосистемы в первую очередь отражает: валовая первичная продукция, суммарное дыхание авто- и гетеротрофов и P/R.

На ранней стадии автотрофной сукцессии (развития экосистемы во времени) в среде, лишенной ОВ, скорость образования первичной продукции, или общий (валовой) фотосинтез (P), превышает скорость дыхания сообщества (R), так что соотношение P/R > 1.

В особых условиях, когда сукцессия протекает в богатой ОВ среде (например, в очистном отстойнике, приустьевых акваториях), соотношение P/R < 1.

Однако в обоих случаях, согласно теории, величина P/R приближается к единице по мере развития экосистемы. Иными словами, в зрелой, или климаксной, экосистеме наблюдается тенденция к равновесию между связанной энергией и энергией, затрачиваемой на поддержание биомассы (т.е. суммарным дыханием сообщества). Таким образом, отношение P/R является функциональным показателем относительной зрелости экосистемы (рис.).

Концепция трофических уровней была разработана в полном соответствии о балансе веществ и энергии Р. Линдеманном в 1942. При этом он трактовал вопросы продуктивности водоемов, используя представление о трофических уровнях, которое было предложено его учителем Хатчинсоном.

Концепция трофических уровней позволила рассматривать процессы потребления, продуцирования, деструкции в экосистемах в их взаимосвязи. Однако она дает возможность получения лишь очень обобщенных и приближенных представлений о трофодинамике в экосистемах. На самом деле во многих случаях особи одного и того же вида на разных стадиях развития или при изменении внешних условий могут легко переходить с одной пищи другую, а также менять тип и способ питания.

Более строго можно описать и проанализировать картину трофических взаимоотношений в экосистемах, используя представление о трофических сетях, т.е. более разветвленной по сравнению с трофическими уровнями системе пищевых связей

Перенос энергии пищи от ее источника – автотрофов (растений) – через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью.

Пастбищная и детритная пищевые цепи.

Пищевые цепи не изолированы друг от друга, а переплетаются друг с другом, образуя пищевые сети.

В сложных природных сообществах организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню.

Схематически концепция трофических уровней может быть представлена следующим образом:

1. Часть солнечной энергии, падающей на поверхность водоема, аккумулируется фотоавтотрофами в результате фотосинтеза (первый трофический уровень).

2. Запасенная фитопланктерами энергия используется для построения тел их потребителей – растительноядных животных (второй трофический уровень).

3. Животные второго трофического уровня частично потребляются хищниками планктона, образующими запас энергии третьего трофического уровня.

4. Хищники, потребляющие животных третьего трофического уровня, могут быть потреблены животными четвертого, и последующих уровней.

Организмы первого трофического уровня называют продуцентами, а организмы последующих трофических уровней – консументами. Число выделяемых трофических уровней определяется сложностью трофических взаимоотношений организмов в экосистеме и степенью наших знаний о пищевых спектрах конкретных гидробионтов.

Поскольку на каждом трофическом уровне происходит рассеивание энергии, при переходе с одного трофического уровня на другой часть ее диссипирует в виде тепловой энергии. Рассеяние энергии может достигать 90%, что не позволяет ожидать у экологических систем высоких к.п.д.

Чем короче пищевая цепь, тем больше количество энергии, доступной для популяции (сообщества).

Переход к каждому следующему звену в нашей традиционной сельскохозяйственной пищевой цепи уменьшает доступную энергию примерно на порядок величины (т.е. в 10 раз).

Лекция 1. Биомасса и калорийность

Биомасса и способы ее выражения. Калорийность гидробионтов и методы ее определения. Состав органического вещества водных организмов.

Материальную основу взаимоотношений между гидробионтами, в результате которых создается биологическая продукция, идет процесс самоочищения и формирования чистой воды, составляют процессы энергетического обмена веществ, питания, роста и продукции, через которые осуществляется биотический круговорот веществ. Каждый из этих процессов в отдельности, как и их общая совокупность в экосистеме, сопровождаются определенными количествами трансформируемых веществ и энергии. Использование балансового подхода к исследованию экосистем позволяет выразить в одних и тех же единицах энергии биомассу, продукцию и другие функциональные характеристики растительных и животных организмов различной систематической принадлежности и охарактеризовать их роль в продукции и разложении органического вещества. Кроме того, определение калорийности гидробионтов и, следовательно, выражение их биомассы в единицах энергии, позволяет, с одной стороны, избежать затруднений, связанных с более высокой изменчивостью определений сырого и сухого веса, с другой, - точнее установить общие зависимости для нахождения их продукции, дыхания и рациона.

Биомасса – выраженная в единицах массы количество живого вещества, приходящегося на единицу площади или объема местаобитания (г/м², кг/га, г/м³ и др.). В зависимости от принадлежности органического вещества различают фитомассу, зоомассу, бактериомассу. На земле преобладает (97-99%) фитомасса. На показателях биомассы строятся все расчеты характера и интенсивности биологического круговорота. Определение биомассы лежит в основе определения биологической продуктивности водоемов (продукция – прирост биомассы в единицу времени).

В гидробиологии под биомассой понимают массу организмов в водоеме или на единицу площади или объема. Масса организмов может быть выражена в единицах сырого либо сухого веса, а также в пропорциональных им величинах (содержание углерода, азота, количества кислорода), либо в энергетических единицах.

Не рекомендуется применять термин «биомасса» по отношению к одной особи, когда речь идет о ее весе или пропорциональных ему величинах.

Вес – сила, с которой тело действует на опору (подвес), препятствующую его свободному падению. Численно равен произведению массы тела на ускорение свободного падения.

Масса – одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства

Сырая масса (вес) водных организмов принимается равным их объему, т.к. их плотность приравнивается 1, т.е. равной плотности воды.

Сухая масса (вес) – масса обезвоженного вещества тела исследуемых организмов.

Масс (вес) сухого беззольного вещества – масса органического вещества тела исследуемого организма.

Калорийность – энергетическая ценность единицы массы исследуемого вещества.

Энергетический эквивалент массы тела – общая калорийность организма, или общее содержание энергии, заключенное в организма.

Энергетическая ценность, или энергетический эквивалент биомассы – биомасса, выраженная в единицах энергии и приведенная к единице массы, площади или объема.

Методика определения сырой массы (веса) - WW

Для мелких организмов (фитопланктон, зоопланктон, мейобентос) определение веса ведется косвенным способом через определение индивидуального объема, уподобляя форму организмов стандартным геометрическим фигурам.

Дата добавления: 2014-01-13