В основе любой экологической системы лежит процесс переноса вещества и энергии между биоценозом и экотопом, т. е. круговорот вещества в экосистеме. Основой такого переноса являются трофические цепи, т. е. пищевые взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом. Прежде всего, все организмы, входящие в трофические цепи, делятся на две большие группы — автотрофы и гетеротрофы.
Рис. 1. Схема трофической цепи
Автотрофные организмы используют неорганическую составляющую экотопа для поддержания своей жизнедеятельности и производят органическое вещество из неорганического. К таким организмам относятся, прежде всего, зеленые растения суши и водной среды (синезеленые водоросли и др. ). Автотрофы («самопитающие») — организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ — двуокиси углерода и воды посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т. е. являются производителями продукции — продуцентами экосистем.
Гетеротрофные организмы для поддержания своей жизни потребляют только органические вещества. Гетеротрофы («питающиеся другими») — организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. У некоторых групп бактерий, так же как и у большинства растений-паразитов и насекомоядных растений, совмещаются автотрофные и гетеротрофные функции. В отличие от автотро-фов-продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они подразделяются на несколько категорий: консументы, детритофаги и редуценты. К гетеротрофам относятся все животные и человек. Гетеротрофы, потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами (например, грибы).
По функциям взаимодействия живых организмов между собой в биогеоценозе их подразделяют на продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты — производители продукции (органического вещества), которой потом питаются все остальные организмы. Это зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли.
Консументы — это потребители органических веществ. Консументы классифицируются следующим образом:
• фитофаги — растительноядные животные, питающиеся живыми растениями, например: тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон;
• зоофаги — плотоядные животные, поедающие других животных: различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);
• паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина; это не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;
• симбиотрофы — бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с тем и жизненно важные для него трофические функции, например: клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее усвоение поедаемой растительной пищи.
Среди консументов есть всеядные, употребляющие в пищу и растительную пищу, и мясо других животных (человек, медведь).
Редуценты (деструкторы) — восстановители. Они возвращают органические вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, т. е. в неорганические вещества.
В результате взаимодействия в биогеоценозе и биохимических процессов происходит круговорот веществ в природе, например, для кислорода это время составляет примерно 2500 лет, для атмосферного углерода — примерно восемь лет, круговорот водяных атмосферных паров совершается примерно 25 раз за год.
Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза, можно построить пищевые цепи и пищевые сети питания различных организмов. Примером длинной пищевой цепи может служить последовательность животных арктического моря: микроводоросли (фитопланктон) →→мелкие растительноядные ракообразные (зоопланктон)→ плотоядные планктонофа-ги (черви, ракообразные, моллюски, иглокожие)→ рыбы (возможны два—четыре звена последовательности хищных рыб) → тюлени → белый медведь. Пищевые цепи наземных экосистем обычно короче.
Пищевые сети образуются потому, что практически любой член какой-либо пищевой цепи одновременно является звеном и в другой: он потребляет и его потребляют несколько видов других организмов.
Различают несколько типов пищевых цепей:
• пастбищные пищевые цепи, или цепи эксплуататоров, начинаются с продуцентов; для таких цепей при переходе с одного трофического уровня на другой характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяций, скорости размножения и продуктивности по биомассе, например, трава → полевки лисица;
• цепи паразитов (корова → слепень → бактерии → фаги) характеризуются уменьшением размеров особей при увеличении численности, скорости размножения и плотности популяций;
• детритные цепи, включающие только редуцентов (опавшие листья → плесневые грибы → бактерии), сходны с цепями паразитов, но они включают и консументов-детритофагов (червей, личинок насекомых), что роднит их частично с цепями эксплуататоров и паразитов.
Благодаря последовательности пищевых отношений выделяют различные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов.
Первый трофический уровень во всех экосистемах образуют продуценты — растения; второй — первичные консументы — фитофаги, третий — вторичные консументы — зоофаги и т. д.
Совокупности трофических уровней различных экосистем моделируются с помощью трофических пирамид чисел, биомасс и энергий. Трофическую структуру можно измерить и выразить либо урожаем на корню (на единицу площади), либо количеством энергии, фиксируемой на единицу площади за единицу времени на последовательных трофических уровнях. Трофическую структуру и трофическую функцию можно изобразить графически в виде экологических пирамид, основанием которых служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют ступени и вершину пирамиды. Экологические пирамиды можно отнести к трем основным типам:
1) пирамида чисел, отражающая численность отдельных организмов;
2) оличества живого вещества;
3) пирамида энергии, показывающая величину потока энергии и (или) «продуктивность» на последовательных трофических уровнях.
Обычные пирамиды чисел, т. е. отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы, для пастбищных цепей имеют очень широкое основание и резкое сужение к конечному числу консументов. При этом «соседние» уровни различаются не менее чем на 1—3 порядка. Но это справедливо только для травяных сообществ — луговых или степных биоценозов.
Картина резко меняется, если рассматривать лесное сообщество (на одном дереве могут кормиться тысячи фитофагов) или если на одном трофическом уровне оказываются такие разные фитофаги, как саранча и слон. Это искажение можно преодолеть с помощью пирамиды биомасс. В наземных экосистемах биомасса растений всегда существенно больше биомассы животных, а биомасса фитофагов всегда больше биомассы зоофагов.
Иначе выглядят пирамиды биомасс для водных, особенно морских, экосистем: биомасса животных обычно намного больше биомассы растений. Главным продуцентом морских экосистем является фитопланктон, имеющий большой репродукционный потенциал и быструю смену поколений. За то время, пока хищные рыбы (а тем более моржи и киты) накопят свою биомассу, сменится множество, поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых окажется намного больше.
Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды скорости образования живого вещества — пирамиды энергий.
Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который в итоге и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты.
Используемая литература: Графкина М. В., Михайлов В. Л., Иванов К. С.
Экология и экологическая безопасность автомобиля : учебник / М. В. Графкина, В. А. Михайлов, К. С. Иванов. — М. :
ФОРУМ, 2009. — 320 с. — (Высшее образование).
Скачать реферат: