Трофическая (функциональная) структура биоценозов. Цепи питания

Понятие биоценоза и экосистемы и их строение

В природе живые организмы и популяции, которые они составляют, никогда не существуют отдельно друг от друга и от среды обитания, с которой они связаны. Популяции разнообразных видов всегда составляют сообщества, в которых все живые организмы находятся во взаимодействии. Такие сообщества живых организмов немецкий ученый К. Мебиус в 1877 г. предложил называть биоценозами (от греч. bios – жизнь; и cenosis – сообщество).

Итак, биоценоз – это совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема и взаимодействующих друг с другом.

Интересным является тот факт, что названия сухопутным биоценозам дает сочетание преобладающих в данном сообществе растений. Если преобладают деревья, то это лес, парк или сад. Если же преобладают травянистые растения, то это луг, поле или степь. Но нигде мы не встретим биоценоз зайцев или волков.

Биоценозы – это открытые системы. В природе они не занимают четко ограниченные зоны и нередко могут сливаться, переходя друг в друга.

Сочетание неживых компонентов среды обитания, с которыми связан биоценоз, получили название биотопа. Взаимосвязанное сообщество биоценоза и биотопа в современной экологии получило название экологической системы, или экосистемы. Термин «экосистема» был предложен в 1933 г. английским экологом А. Тэнсли.

Любой биоценоз включает несколько трофических (пищевых) уровней или звеньев, обеспечивающих обращение энергии в сообществе.

Первый уровень представлен растениями. Их называют автотрофами (от греч. autos – сам и trophe – питание) или продуцентами (от лат. producentis – создающий). Эти организмы потребляют неорганические компоненты окружающей среды и при помощи энергии солнца создают (продуцируют) органические вещества. Своеобразным «отходом» этого процесса, который называется фотосинтезом, является образование кислорода. Однако этот отход является жизненно важным для большинства живых организмов Земли.

Второй и последующие уровни представлены животными. Их называют гетеротрофами (от греч. геторос – другой) или консументами (от лат. consumo – потреблять). Их функцией является потребление органических веществ и их распределение в экосистеме.

Последний уровень в основном представлен бактериями и грибами, питающимися мертвым веществом. Их называют редуцентами (от лат. reducentis – возвращать). Они разлагают органическое вещество до исходных минеральных элементов, воды и некоторых газов.

В результате взаимодействия всех групп организмов в экосистеме возникает круговорот веществ.

Перенос запасенной автотрофами к потребителям (гетеротрофам) энергии через последовательный ряд организмов, происходящий в результате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью. Число звеньев в пищевой цепи бывает от 3 до 5 (рис. 4).

Рис. 4. Схема трофической структуры биоценоза (цепь питания)

Главное свойство цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии.

В естественных условиях за счет того, что у многих организмов имеется не один, а множество источников питания (например, волк может питаться и зайцами, и оленями, и мышами) и наоборот, когда один многочисленный организм является источником пищи для многих потребителей, цепи питания пересекаются и образуется пищевая сеть. В естественных условиях пищевые сети встречаются гораздо более часто, чем отдельные цепи питания.

При переходе к каждому последующему звену пищевой цепи общее количество энергии, передаваемой на более высокий трофический уровень, уменьшается. При этом было установлено, что на каждый последующий уровень передается не более 10 % энергии предыдущего уровня (правило Линдемана). То есть теленку, чтобы набрать 1 кг массы, нужно съесть не менее 10 кг травы, а человеку, чтобы набрать такую же массу – нужно съесть не менее 10 кг мяса теленка. В математическом выражении эффективность передачи энергии по цепи питания составляет 1/10. Поэтому в цепи питания не может быть больше 4–5 звеньев.

Из этого правила имеется одно очень важное в современных условиях следствие: если в окружающей среде появляется загрязняющее вещество, то оно передается по цепи питания в обратном отношении – 10:1, т. е. в каждом следующем звене цепи накапливается загрязняющих веществ в 10 раз больше, чем у предыдущего. В результате этого наиболее чувствительными к загрязнению являются последние компоненты цепи питания – хищники и мы – люди. Особенно подверженными токсическому воздействию загрязнителей являются дети.

В отличии от биоценоза, границы которого очерчены преобладающим растительным сообществом, экологическая система не имеет явных границ. В связи с этим экосистемы по размеру подразделяют на четыре класса.

Микроэкосистемы – минимальная по размеру, но вполне автономная единица природы, в которой имеется круговорот веществ. Например, подушка лишайника на камне или пне дерева. Здесь образовалось взаимовыгодное сообщество, которое состоит из зеленой водоросли – продуцента, обеспечивающего сообщество органическими веществами, и гриба – консумента и, возможно, редуцента, который закрепляет лишайник на субстрате и обеспечивает сообщество минеральными веществами и водой.

Мезоэкосистема – экосистема среднего размера, которая состоит из одного или нескольких растительных сообществ. Например, лес или национальный парк Беловежская Пуща.

Макроэкосистема – крупные экосистемы, представленные крупным сухопутным сообществом (биомом) или экосистемой моря, океана. Крупные сочетания экосистем ‑ биомы – представляют собой природную зону или область с определенными климатическими условиями и существующим набором доминирующих видов растений и животных, составляющих географическое единство. Выделяют 9 основных типов биомов:

1) тундра; 2) тайга; 3) леса умеренной зоны; 4) степи умеренной зоны; 5) растительность средиземноморского типа; 6) пустыни; 7) тропические саванны и лугопастбищные земли; 8) тропическое редколесье; 9) тропические леса.

Глобальная экосистема – самая большая и единственная экосистема всей нашей планеты, состоящая из сочетания всех живых организмов Земли и среды их обитания. Глобальная экосистема Земли называется биосферой.

Существование экосистем возможно лишь при притоке из окружающей среды не только энергии, но и большего или меньшего количества вещества. Все реальные экосистемы, в совокупности слагающие биосферу Земли, принадлежат к открытым системам.

Все экологические системы нашей планеты по степени зависимости от заботы со стороны человека делятся на следующие типы:

– естественная без дотаций (лес, степь);

– естественная с дотациями (парки);

– искусственная с дотациями (агроценозы);

– урбанизированная.

Дата добавления: 2015-05-09