Биоценоз.
Многообразные живые организмы в процессе совместного существования образуют биологические единства — сообщества, или биоценозы.
Термин «биоценоз» был предложен в1877 г. немецким гидробиологом К.Мебиусом.
Карл Мебиус (1825-1908)
Биоценоз — это совокупность популяций различных видов растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз), населяющих относительно однородное жизненное пространство.
Биоценозом является любое сообщество взаимосвязанных организмов, живущих на каком-либо участке суши или водоема:
- биоценоз норы,
- биоценоз болотной кочки,
- участка леса,
- ручья,
- пруда,
- пшеничного поля,
- ковыльной степи.
Границы того или иного биоценоза на суше определяются относительно однородным участком растительности; в водной среде — экологическими подразделениями частей водоемов (абиссальные и пелагические биоценозы; биоценозы прибрежных галечных, песчаных или илистых грунтов).
Однако границы сообществ очень редко бывают четкими. Как правило, соседние биоценозы постепенно переходят один в другой. В результате образуются обширные пограничные, или переходные, зоны, отличающиеся особыми условиями. Между двумя биоценозами пограничная полоса, или экотон , занимает промежуточное положение, отличаясь от них температурными режимами, влажностью, освещенностью, совмещая типичные условия соседствующих биоценозов. Обилие произрастающих в переходной полосе растений, характерных для обоих биоценозов, привлекает сюда и разнообразных животных, поэтому пограничная зона обычно более богата жизнью, чем каждый из смежных биоценозов. Особые условия пограничной полосы не только являются просто суммой свойств стыкующихся биоценозов, но и формируют их местообитание со своими специфическими видами. В таких переходных зонах возникает сгущение видов и особей, наблюдается так называемый краевой эффект, или эффект опушки. Правило экотона, или краевого эффекта, состоит в том, что на стыках биоценозов увеличивается число видов и особей в них. Экотон богат видами прежде всего потому, что они попадают сюда из всех приграничных сообществ, но, кроме того, он может содержать и свои характерные виды, которых нет в данных сообществах. Ярким примером этого является лесная опушка, на которой есть пышная и богатая растительность, гнездится значительно больше птиц, обитает больше насе- комых, чем в глубине леса. Каждый конкретный биоценоз обладает сложной внутренней структурой.
Выделяют видовую и пространственную структуры биоценозов.
Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих отряда факторов. Виды, которые преобладают по численности, называют доминантными , или доминантами данного сообщества. Они занимают ведущее, господствующее положение в биоценозе. Обычно наземные биоценозы называют по доминирующим видам: лиственничный лес, сфагновое болото, ковыльно-типчаковая степь.
Виды, живущие за счет доминантов, называют предоминантами . Например, в дубовом лесу предоминантами являются кормящиеся засчет дуба насекомые, сойки, мышевидные грызуны.
В биоценозеесть виды, создающие условия для жизни других видов данного биоценоза; их называют эдификаторами . Это строители сообщества. Они определяют микросреду (микроклимат) всего сообщества и их удаление грозит полным разрушением биоценоза. Виды-эдификаторы встречаются практически в любом биоценозе. Как правило, эдификаторами выступают растения (ель, сосна, кедр) и лишь изредка животные (сурки); на сфагновых торфяниках это сфагновые мхи. Они создают специфичные условия биоценоза, которые отличаются плохой аэрацией и низкой теплопроводностью торфа, кислой реакцией среды, бедностью элементов минерального питания для высших растений. В степных биоценозах мощным эдификатором является ковыль. Однако вид-эдификатор может утратить своюроль при изменении определенных условий. Так, ель может утратить функции мощного эдификатора при изреживании елового леса, поскольку при этом происходит осветление леса и в него внедряютсядругие древесные виды, снижающие эдификаторные свойства ели.
В сосняке на сфагновых болотах сосна также теряет свое эдификаторное значение. Его приобретают сфагновые мхи.
Пространственная структура биоценозавключает его вертикальную и горизонтальную структуры.
Вертикальная структура биоценоза носит ярусный характер.
Ярусность — это явление вертикального расслоения биоценозов на разновысокие части . Прежде всегочетко определяется вертикальное ярусное строение в растительных сообществах (фитоценозах). В лесу, например, выделяют следующие надземные ярусы древостоя: 1-й ярус — это деревья первой величины (дуб, ель, сосна, береза, осина); 2-й — деревья второй величины (рябина, черемуха, яблоня, груша); 3-й — подлесокиз кустарников (лещина, бересклет, шиповник, жимолость, крушина); 4-й — подлесок из высоких кустарничков и крупных трав(багульник, голубика, вереск, аконит, иван-чай); 5-й — низкиекустарнички и мелкие травы (клюква, кислица); 6-й — мхи, напочвенные лишайники.
Ярусно располагаются и подземные части растений, образуяярусы корней травянистых растений, корней кустарников, второстепенный и главный ярусы корней деревьев. При этом в поверхностных слоях почвы корней значительно больше, чем в глубинных. Растения каждого яруса и обусловленный ими микроклиматспособствуют образованию определенной ярусности фауны — отнасекомых, птиц до млекопитающих. Следовательно, ярусы в биоценозе различаются не только высотой, но и составом организмов, их экологией и той ролью, которую они играют в жизни всего сообщества.
Таким образом, ярус — это часть слоя в сообществе, образованная функционально различными органами растений (надземные - листья и стебли; подземные — корни, корневища, клубни и луковицы) и сопряженные с нею консументы и редуценты .
Благодаря ярусности различные растения, особенно органы ихпитания (листья, окончания корней), располагаются на разнойвысоте (или глубине), поэтому растения благополучно уживаютсяв сообществе. Ярусность позволяет им полнее использовать световой поток: в верхних ярусах светолюбивые, в нижних — тенелюбивые растения.
Горизонтальная структура биоценоза — это горизонтальное распределение организмов в биоценозе. Расчлененность в горизонтальном направлении получила название мозаичности и свойственна почти всем фитоценозам. Мозаичность обусловлена неоднородностью микрорельефа почв, биологическими особенностями растений. Мозаичность может возникнуть в результате деятельностичеловека (выборочная рубка, кострища) или животных (выбросыпочвы и их последующее зарастание, образование муравейников,вытаптывание травостоя копытными). В горизонтальной структуребиоценоза выделяют синузии — обособленные части фитоценоза,характеризующиеся определенным видовым составом и эколого-биологическим единством входящих в нее видов. Например, синузия сосны, синузия брусники, синузия зеленых мхов. В полынносолянковой пустыне можно выделить синузию ранневесенних эфемеров, синузий летне-осенних кустарничков (полыни, солянки).
Образуются синузии потому, что растения, распределяясь неравномерно, создают разного размера скопления (сгущения), придаваярастительному покрову своеобразный мозаичный характер.
Трофическая структура биоценоза .
Специализация живых форм в качестве производителей и потребителей пищи создает в биологических сообществах определенную энергетическую структуру, называемую трофической структурой (от греч. trophe — питание), в пределах которой происходят перенос энергии и круговорот питательных веществ.
По участию в биологическом круговороте веществ в биоценозе различают три группы организмов: продуценты, консументы, редуценты.
Продуценты — автотрофные организмы — синтезируют органические соединения с помощью солнечного света из С02и Н20,а также минеральных веществ, преобразуя при этом световую энергию в химическую. Биомасса органического вещества, синтезированного в ходе фотосинтеза автотрофами, называется первичнойпродукцией, а скорость ее формирования — биологической продуктивностью экосистем. Продуктивность выражается количествомбиомассы, синтезируемой за единицу времени (или энергетическим эквивалентом), либо в единицах энергии (джоуль на 1 м 2 засутки), либо в единицах сухого органического вещества (килограмм
на 1 га за сутки). Накопленная в виде биомассы организмов-авттрофов чистая первичная продукция служит источником питаниядля представителей следующих групп организмов.
Консументы ~ гетеротрофные организмы (животные организмы) — являются непосредственными потребителями первичнойпродукции: они питаются готовым органическим веществом растений или животных. Консументы сами не могут синтезировать органическое вещество из неорганического и получают его в готовом
виде, питаясь другими организмами. Консументы частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов, а частично строятна ее основе собственное тело, осуществляя таким образом первый, важный этап трансформации органического вещества, синтезированного продуцентами. При этом консументы выделяют в окружающую среду отходы, образующиеся в процессе их жизнедеятельности. Процесс создания и накопления биомассы на уровнеконсуменгов обозначается как вторичная продукция.
Редуценты, или деструкторы (бактерии, грибы), полностью разлагают все растительные и животные остатки до неорганическихсоставляющих, которые потребляются продуцентами, тем самымзамыкая путь обмена веществ, и снова могут быть вовлечены вкруговорот веществ.
Цепи питания.
В процессе круговорота веществ энергия, содержащаяся в одних организмах, потребляется другими организмами.Перенос энергии и пищи от ее источника — автотрофов (продуцентов) через ряд организмов происходит по пищевой цепи путем поедания одних организмов другими.
Пищевая цепь — это ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Число звеньев в ней может быть различным, но обычно их бывает 3 — 5.
Пищевые цепи можно разделить на два основных типа:
- пастбищная цепь, которая начинается с зеленого растения и идет далеек пасущимся растительноядным животным (т.е. к организмам, поедающим живые растительные клетки и ткани) и к хищникам(организмам, поедающим животных),
- детритная цепь (детрит - продукт распада, от лат. deterere — изнашиваться), которая от мертвого органического вещества идет к микроорганизмам, а затем кдетритофагам (организмам, поедающим детрит) и хищникам.
Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетаются друг с другом, образуя так называемые пищевые сети.
Пищевая сеть — условное образное обозначение трофических взаимоотношений консументов, продуцентов и редуцентов в сообществе.
В сложных природных сообществах организмы, получающиеэнергию от Солнца через одинаковое число посредников (ступеней), считаются принадлежащими к одному трофическому уровню.
Трофический уровень — совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию Солнца и химических реакций (от автотрофов) через одинаковое число посредников трофической цепи, т.е. занимающих определенное положение в общей цепи питания.
Первый трофический уровень (I) занимают автотрофы —зеленые растения (продуценты),
второй (II) — травоядные (консументы первого порядка),
третий (III) — первичные хищники,поедающие травоядных животных (консументы второго порядка),
четвертый (IV) — вторичные хищники (консументы третьего порядка), питающиеся более слабыми хищниками.
Эта трофическая классификация относится к функциям, но не к видам как таковым. Группа особей одного вида может занимать один или несколько трофических уровней, исходя из того, какие источники пищи она использует. Замыкают этот биологический круговорот, как правило, редуценты, разлагающие органические остатки.
При переходе к каждому последующему звену пищевой цепи большая часть (80 — 90 %) пригодной для использования потенциальной энергии теряется, переходя в теплоту. Продукция каждого последующего уровня примерно в 10 раз меньше предыдущего .
Поэтому чем короче пищевая цепь (чем ближе организм к ее началу), тем больше количество энергии, доступной для группы данных организмов. В среднем лишь около 10 % биомассы и заключенной в ней энергии переходит с каждого уровня на следующий. Всилу этого суммарная биомасса, продукция и энергия, а часто и
численность особей прогрессивно уменьшаются по мере восхождения по трофическим уровням. Эта закономерность сформулирована в 1927 г. американским зоологом Чарлзом Элтоном ввиде правила экологических пирамид — графических моделей, отображающих трофическую структуру. Выделяют три основных типа экологических пирамид: пирамида чисел (численностей) отражает численность отдельных организмов по трофическим цепям; пирамида биомасс показывает соотношение продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме, выраженное в их массе; пирамида биомасс.
Пирамида биомасс перевернута по отношению к классическому ее изображению — направлена к потоку энергии Солнца звеном продуцентов, что более естественно энергии отражает силу потока энергии через последовательные трофические уровни, т.е. эта пирамида отражает скорость прохождения массы пищи через трофическую цепь.
Эти основные типы экологической пирамиды показывают закономерное понижение всех показателей с повышением трофического уровня живых организмов. На каждом трофическом уровне потребленная пища ассимилируется не полностью, так как значительная ее часть теряется, тратится на обмен веществ, поэтому продукция организмов каждого предыдущего уровня всегда меньше последующего. В связи с этим в наземных экосистемах масса продуцентов (на единицу площади и абсолютно) больше, чем консументов; консументов первого порядка больше, чем консументов второго порядка, и т.д. Поэтому графическая модель имеет вид пирамиды. Однако зачастую в некоторых водных экосистемах, отличающихся исключительно высокой биологической продуктивностью продуцентов, пирамида биомасс может быть обращенной, когда биомасса продуцентов оказывается меньшей, чем консументов, а иногда и редуцентов. Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая масса его в данный момент может быть меньше, чем у потребителей — консументов (киты, крупные рыбы, моллюски).
Биогеоценоз .
Сообщества организмов неразделимо связаны с неорганической средой, находятся в постоянном взаимодействии. Сообщество образует с неорганической средой определенную экологическую систему, или экосистему, в которой осуществляются перенос энергии и круговорот веществ между живой и неорганической частями, вызываемый жизнедеятельностью организмов.
Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганическихкомпонентов, находящихся в закономерной взаимосвязи друг сдругом за счет осуществляющегося круговорота веществ.
Основным свойством экосистем является способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию. Термин «экосистема» предложен в 1935 г. английским экологом А.Тенсли. Это основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле.
Понятию «экосистема» близко по сути понятие «биогеоценоз»,предложенное ботаником В. Н.Сукачевым в 1940 г.
Структура биогеоценоза включает следующие основные функционально связанные части:
- фитоценоз — растительное сообщество (автотрофныеорганизмы, продуценты);
- зооценоз — животное население (гетеротрофы, консументы)
- микробоценоз — различные микроорганизмы, представленные бактериями, грибами, простейшими (редуценты).
Эту живую часть биогеоценоза В.Н.Сукачев относил кбиоценозу .
Неживую, абиотическую часть биогеоценоза слагаютсовокупность климатических факторов данной территории — климатоп и биокосное образование — эдафотоп (почва).
В последнее время в структуру абиотической среды биогеоценоза включают также и гидрологические факторы (гидротоп). Такаясовокупность абиотических компонентов называется биотоп. Термин «биотоп» чаще используется экологами, изучающими животных; в лесной биогеоценологии употребляется термин «экотоп».
Все взаимодействия компонентов биогеоценоза связаны междусобой совокупностью пищевых цепей и взаимообусловлены. Каждый компонент в природе неотделим от другого.
Главным создателем живого вещества в пределах биогеоценоза является фитоценоз — зеленые растения.
Необходимое условие существования биогеоценоза — постоянный приток солнечной энергии.
Таким образом, биогеоценоз — это исторически сформировавшийся взаимообусловленный комплекс живых и неживых компонентов однородного участка земной поверхности (учитывая атмосферу, горные породы, растительность, животный мир, микроорганизмы,почвы и гидрологические условия), связанных переносом энергиии обменом веществ.
Как видно, понятие «биогеоценоз» сходно спонятием «экосистема». В основе обоих понятий лежит принципединства живых и неживых компонентов биологических систем. Однако их ни в коем случае нельзя отождествлять. Если экосистемаобозначает системы, обеспечивающие круговорот любого ранга, иможет быть пространственно мельче или крупнее биогеоценоза,то биогеоценоз — понятие биохорологическое (территориальное),относимое к таким участкам суши, которые характеризуются определенными единицами растительного покрова — фитоценоза. Основное различие между этими понятиями в следующем: биогеоценоз приложим к однородному участку земной поверхности, обычно только сухопутному, основным звеном которого является растительный покров (фитоценоз).
Таким образом, экосистема — образование более общее, безранговое. Это может быть и участок суши или водоема, и прибрежная зона, и капля прудовой воды, и вся биосфера в целом. Образное определение экосистемы дал писатель-фантаст и географ
И. Г. Ефремов: «Экосистема — это любое природное образование —от кочки до оболочки» (географической).
Биогеоценоз ограничен восновном границами фитоценоза (растительного сообщества): участки леса, луга, степи. Это некий природный объект, занимающий определенное пространство и отделенный конкретными границами от таких же объектов, это реальная зона, в которой осуществляется биогенный круговорот.
Каждый биогеоценоз можно назвать экосистемой, но не каждую экосистему — биогеоценозом.
Биогеоценоз немыслим без основного звена — фитоценоза, тогда как экосистема может быть ибез растительного сообщества, а также без почв.
Например, разлагающийся труп животного или гниющий ствол дерева — это тожеэкосистемы, но не биогеоценозы.Биогеоценоз во всех случаях потенциально бессмертен, так каквсе время пополняется энергией за счет растительных организмов.
Существование экосистемы без растений заканчивается одновременно с высвобождением в процессе круговорота веществ всейнакопленной энергии.
Человек в конкурентной борьбе за выживание в природнойокружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы — агроэкосистемы , аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы — не только засчет энергии Солнца, но и за счет добавления ее в форме горючего, поставляемого человеком.
Агроэкосистема, агробиоценоз (сельскохозяйственная экосистема). Эта экосистема искусственно создана и регулярно поддерживается человеком для производства сельскохозяйственной продукции. К агроэкосистемам относят поля, крупные животноводческие комплексы с прилегающими пастбищами, огороды, сады, виноградники, теплицы.
Характерная особенность агроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного или несколькихвидов (или сортов культивируемых растений или пород животных).
По сравнению с естественными экосистемами агроэкосистемыимеют отличия: в них резко снижено разнообразие живых организмов; виды, культивируемые человеком, поддерживаются искусственным отбором и не способны выдерживать борьбу за суще-
ствование с дикими видами без поддержки человека.
Агроэкосистемы отличаются высокой биологической продуктивностью посравнению с природными экосистемами.
Однако продуктивностьагроэкосистем определяется уровнем хозяйственной деятельностии зависит от экономических и технических возможностей человека .
Для достижения высокой урожайности культур человек долженподдерживать высокую степень механизации, высокие дозы внесения минеральных удобрений, пестицидов, применять орошение.
Даже виды культивируемых растений человек выбирает по их способности давать наибольшее количество только полезной биомассы (клубней, колосьев), чем снижает возврат в почву элементовпитания, образующихся при перегнивании растительных остатков.
Чистая первичная продукция (урожай) удаляется из экосистемы ине поступает в цепи питания. Все это понижает устойчивость агроценозов, особенно биохимическую, связанную с интенсивнымвыносом элементов питания за пределы сельхозугодий.
Для уменьшения негативных последствий хозяйственной деятельности человека на агроэкосистемы необходимо применять природоохранные мероприятия агротехники, целью которых являетсяприближение агробиоценозов к природным экосистемам. Это позволит создать устойчивые агроэкосистемы, в которых поддерживается баланс питательных веществ в почве, продуктивность пастбищ, относительно высокое биоразнообразие, т.е. превратить агроэкосистемы в гармонические составные части общего природного ландшафта Земли. При этом нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутыми заповедные участки, которые могут быть источником видов для восстанавливающихся сообществ.
Первичные консументы
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих - это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов - ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) - питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
биотический экосистема солнце пищевой трофический
Консументы второго и третьего порядка
Растительный материал (например, нектар) > муха > паук >
> землеройка > сова
Пищевая цепь имеет определенное строение. В нее входят продуценты, консументы (первого, второго порядка и т. д.) и редуценты. Подробнее о консументах будет рассказано в статье. Чтобы основательно разобраться в том, кто такие консументы 1 порядка, 2 и далее, вначале кратко рассмотрим строение пищевой цепи.
Строение пищевой цепи
Следующее звено цепи и, соответственно, ярус пищевой пирамиды - консументы (нескольких порядков). Так называют организмы, которые потребляют в пищу продуценты. О них будет подробно рассказано далее.
И наконец, редуценты - завершающий ярус пищевой пирамиды, последнее звено цепи, - организмы-«санитары». Это неотъемлемый и очень важный компонент экосистемы. Они перерабатывают и разлагают высокомолекулярные органические соединения до неорганических, которые затем вновь используются автотрофами. Большая часть из них - это организмы достаточно мелких размеров: насекомые, черви, микроорганизмы и т. д.
Кто такие консументы
Как упоминалось выше, консументы располагаются на втором ярусе пищевой пирамиды. Эти организмы, в отличие от продуцентов, не обладают способностью к фото- и хемосинтезу (под последним понимают процесс получения археями и бактериями необходимой для синтеза органических веществ энергии из углекислого газа). Поэтому они должны питаться другими организмами - теми, кто имеет такую способность, либо себе подобными - другими консументами.
Животные - консументы 1 порядка
К этому звену пищевой цепи относятся гетеротрофы, которые, в отличие от редуцентов, не способны разлагать органические вещества до неорганических. Так называемые первичные консументы (1 порядка) - те, которые непосредственно питаются самими производителями биомассы, то есть продуцентами. Это прежде всего травоядные животные - так называемые фитофаги.
В эту группу входят как гигантские млекопитающие, например слоны, так и маленькие насекомые - саранча, тля и т. д. Примеры консументов 1 порядка привести нетрудно. Это практически все животные, разводимые человеком в сельском хозяйстве: крупный рогатый скот, лошади, кролики, овцы.
Из диких животных к фитофагам относится бобр. Как известно, он использует стволы деревьев для постройки плотин, а их ветви употребляет в пищу. К растительноядным относятся и некоторые виды рыб, например белый амур.
Растения - консументы первого порядка
Подводя итог, можно сделать следующий вывод: консументы - это организмы, питающиеся растениями.
Консументы второго порядка и далее
В свою очередь, консументы 3-го порядка - те, кто поедают консументов предыдущего порядка, то есть более крупные хищники, 4-го - те, кто поедают консументов третьего. Выше четвертого уровня пищевая пирамида, как правило, не существует, так как потери энергии от организма-производителя к потребителю на предыдущих уровнях достаточно велики. Ведь они неизбежны на каждом ее ярусе.
Четкую границу между консументами определенных порядков провести тоже часто нелегко, а иногда и невозможно. Ведь некоторые животные являются одновременно консументами разных уровней.
Также многие из них являются всеядными, например медведь, то есть консументами первого и второго порядка одновременно. Это же касается и человека, который всеяден, хотя в силу различных взглядов, традиций или условий проживания может, например, употреблять пищу только растительного происхождения.
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов - каждый последующий питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью , а каждое ее звено - трофическим уровнем (греч. trophos - питание). Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты . Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами , третьего - вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести - по причинам, описанным в разд. 12.3.7 и очевидным из рис. 12.12. Ниже приводится характеристика каждого звена пищевой цепи, а их последовательность показана на рис. 12.4.
Первичные продуценты
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены их ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли - часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
Первичные консументы
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные . На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих - это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов - ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) - питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды, как описано в разд. 10.2.2. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
Консументы второго третьего порядка
В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные оказываются крупнее на каждом следующем трофическом уровне:
Растительный материал (например, нектар) муха → паук → землеройка сова
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица
Редуценты и детритофаги (детритные пищевые цепи)
Существуют два главных типа пищевых цепей - пастбищные и детритные. Выше мы привели примеры пастбищных цепей , в которых первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй - пастбищные животные (термин "пастбищные" используется в широком смысле и включает все организмы, питающиеся растениями) и третий - хищники. Тела погибших растений и животных еще содержат энергию и "строительный материал", так же как и прижизненные выделения, например моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются микроорганизмами, а именно грибами и бактериями, живущими как сапрофиты на органических остатках. Такие организмы называются редуцентами . Они выделяют пищеварительные ферменты на мертвые тела или отходы жизнедеятельности и поглощают продукты их переваривания. Скорость разложения может быть различной. Органические вещества мочи, фекалий и трупов животных потребляются за несколько недель, тогда как упавшие деревья и ветви могут разлагаться многие годы. Очень существенную роль в разложении древесины (и других растительных остатков) играют грибы, которые выделяют фермент целлюлазу, размягчающий древесину, и это дает возможность мелким животным проникать внутрь и поглощать размягченный материал.
Кусочки частично разложившегося материала называют детритом , и многие мелкие животные (детритофаги ) питаются им, ускоряя процесс разложения. Поскольку в этом процессе участвуют как истинные редуценты (грибы и бактерии), так и детритофаги (животные), и тех и других иногда называют редуцентами, хотя в действительности этот термин относится только к сапрофитным организмам.
Детритофагами могут в свою очередь питаться более крупные организмы, и тогда создается пищевая цепь другого типа - цепь, начинающаяся с детрита:
Детрит → детритофаг → хищник
Некоторые детритофаги лесных и прибрежных сообществ изображены на рис. 12.5.
Приведем две типичные детритные пищевые цепи наших лесов:
Листовая подстилка → Дождевой червь → Lumbricus sp. → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник Turdus merula Accipiter nisus Мертвое животное → Личинки падальных мух → Calliphora vomitoria и др. → Твавяная лягушка → Обыкновенный уж Rana temporaria Natrix natrix
Некоторые типичные наземные детритофаги - это дождевые черви, мокрицы, двупарноногие и более мелкие (
1. Биосфера охватывает целиком:
а- атмосферу; б- литосферу; в- гидросферу; г- атмосферу.
2. Клубеньковые бактерии, используя молекулярный азот атмосферы для синтеза органических веществ, выполняют в биосфере функцию:
а- концентрационную; б- газовую; в- окислительную; г- восстановительную.
3. В преобразовании биосферы главную роль играют:
а - живые организмы; б - биоритмы; в - круговорот минеральных веществ; г - процессы саморегуляции.
4. Первичными консументами в биосфере являются:
5. Какой фактор непосредственно определяет устойчивость и целостность биосферы?
а- многообразие живых существ; б- адаптивные способности живых организмов; в- перемещение химических элементов по цепям питания; г- взаимодействие живых организмов с абиотическими факторами среды.
6. Главную роль в биологическом круговороте веществ играют (-ет:)
а- пищевые взаимоотношения организмов; б- распространение живых организмов на планете; в- жизнедеятельность всех организмов планеты; г- борьба организмов с неблагоприятными условиями.
7. К числу глобальных экологических проблем не относят:
а- разрушение озонового слоя; б- парниковый эффект; в- загрязнение окружающей среды; г- увеличение численности популяций отдельных видов.
8. Причиной кислотных дождей в атмосферу служат выбросы:
а- углекислого газа; б- сернистого газа; в- фреона; г- хлорсодержащих газов.
9. В истории известны случаи намеренной или случайной акклиматизации организмов, заканчивавшиеся вспышками массового размножения (колорадский жук в Европе, японский жук в Америке, и др.). Это можно объяснить...
а) климатическими условиями; б) обилием пищи; в) отсутствием естественных врагов.
10. Из истории известны факты истребления вредящих урожаю воробьев в Венгрии, Англии, Китае. Во всех случаях размножались насекомые вредители, уничтожившие посевов больше, чем птицы. Это произошло потому, что...
а) не изучались жизненные циклы насекомых-вредителей; б) не изучались трофические связи птиц; в) не учитывались особенности сезонной динамики численности вредителей.
11. Синэкология занимается изучением:
а) связей отдельных организмов с окружающей средой; б) связей отдельных видов с окружающей средой; в) структуры и функционирования популяций; г) структуры и функционирования природных сообществ и экосистем.
12. Примером комменсализма не является:
а) молодь рыб прячется под зонтиками защищенных стрекательными клетками медуз;
б) растения-эпифиты поселяются на коре деревьев; в) растение повилика полевая поселяется на клевере ползучем; г) рыба средиземноморский карапус обитает в полости тела голотурий.
13. Примером аменсализма является:
а) ели в одном лесу борются за свет; б) ель затеняет в лесу светолюбивые травянистые растения; в) под елью растут грибы маслята; г) на ели поселился гриб-трутовик.
14. Закон конкурентного исключения был сформулирован в 1930-х годах:
а) Э. Геккелем; б) Г. Ф. Гаузе; в) А. Лоткой; г) В. Вольтерра.
15. Место обитания популяции называют:
а) эконишей; б) экотопом; в) биотопом; г) ареал.
16. Экологической популяцией называется:
а) группа особей, заселяющих территорию с географически однородными условиями; б) внутривидовая группировка, приуроченная к конкретным биогеоценозам; в) внутривидовая группировка, охватывающая несколько биогеоценозов в данной географической зоне; г) совокупность особей вида, занимающих небольшой участок однородной площади.
17. Для африканского страуса характерно:
а) наличие семьи материнского типа; б) наличие семьи отцовского типа; в) наличие семьи смешанного типа; г) отсутствие семейного образа жизни.
18. Наибольшим биотическим потенциалом из названных животных обладает:
а) африканский слон; б) медоносная пчела; в) атлантическая треска;
г) серый гусь.
19. Группировки совместно обитающих и взаимно связанных организмов разных видов называются:
а) популяциями; б) биоценозами; в) биогеоценозами; г) экосистемами.
20. Термин «биоценоз» был предложен в 1877 г.:
21. К богатому по видовому составу биоценозу относится:
а) сообщество кораллового рифа; б) сообщество вулканического острова; в) сообщество пустыни; г) сообщество тундры.
22. Преобладающие по численности виды сообщества называются:
а) эдификаторами; б) викариатами; в) доминантами; г) рецессантами.
23. Удаление вида - эдификатора из биоценоза в первую очередь вызывает:
а) изменение видового состава растений; б) изменение видового состава животных; в) изменение микроклимата; г) изменение условий физической среды.
24. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений является примером межвидовых связей:
а) трофических; б) форических; в) топических; г) фабрических.
25. Учение об экосистемах было создано в 1935 г.:
а) А. Тенсли; б) В. Н. Сукачевым; в) Ф. Клементсом; г) К. Мѐбиусом.
26. Роль продуцентов в экосистемах заключается:
а) в создании запаса неорганических соединений; б) в разложении мертвого органического вещества; в) в потреблении готового органического вещества; г) в создании органического вещества за счет неорганических соединений.
27. Из перечня организмов продуцентами являются:
а) грибы-трутовики; б) донник лекарственный; в) повелика; г) раффлезия Арнольди.
28. Роль редуцентов в экосистемах заключается:
а) в создании запаса неорганических соединений; б) в разложении мертвого органического вещества; в) в потреблении готового органического вещества;
г) в создании органического вещества за счет неорганических соединений.
29. Из перечня организмов к детритофагам не относятся:
а) дождевые черви; б) двупарноногие многоножки; в) пескожил; г) личинки капустной белянки.
30. В цепи выедания размеры организмов при переходе от одного трофического уровня к другому:
а) остаются приблизительно одинаковыми; б) постепенно уменьшаются; в) постепенно увеличиваются; г) могут, как уменьшаться, так и увеличиваться.
31. Детритная пищевая цепь может начинаться:
а) с опавших листьев; б) с зеленых растений; в) с дождевого червя;
г) с придонных организмов - фильтраторов.
32. На стадии климакса биомасса экосистемы:
а) снижается; б) увеличивается; в) периодически подвержена изменениям; г) остается неизменной.
33. Термин «биосфера» был предложен в 1875 г.:
а) Ж.–Б. Ламарком; б) Э. Зюссом; в) В. И. Вернадским; г) П. Тейером де Шарденом.
34. Последствиями снижения концентрации озона в атмосфере Земли могут стать:
а) многочисленные солнечные ожоги человека, животных и растений; б) рост заболеваемости людей раком кожи; в) развитие глазных болезней человека; г) стимулирование работы иммунной системы человека и животных.
35. В большинстве случаев загрязнители химические вещества действуют по типу:
а) синергизма; б) антагонизма; в) суммации; г) нейтрализма.
36. Какие из перечисленных организмов являются неклеточными?
а) грибы; б) вирусы; в) животные; г) растения.
37. Реакция организмов на смену дня и ночи, проявляющиеся в колебаниях интенсивности физиологических процессов, называют…
а) фотопериодизмом; б) циркадным ритмом; в) анабиозом.
38. Диапазон экологического фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности организма, называется:
а) пессимум; б) оптимум; в) максимум; г) предел выносливости.
39. Пример целенаправленно созданного человеком сообщества – это…
а) биосфера; б) ноосфера; в) геоценоз; г) агроценоз.
40. Участок природы, выделенный для рекреации и сохранения природы, называется…
а) национальный парк; б) заказник; в) заповедник; г) дендропарк.
ОТВЕТЫ НА ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ:
1-в; 2-а; 3-а; 4-а; 5-а; 6-а; 7-г; 8-б; 9-в; 10-б; 11-г; 12-в; 13-б; 14-б; 15-г; 16-в; 17-б; 18-в; 19-б; 20-г; 21-а; 22-в; 23-г; 24-б; 25-а; 26-г; 27-б; 28-а; 29-г; 30-в; 31-а; 32-г; 33-б; 34-б; 35-в; 36-б; 37-а; 38-б; 39-г; 40-а.
