Шпаргалка по "Эклогии"

Растения являются первичными поставщиками энергии для всех других организмов в цепях питания. Существуют определенные закономерности перехода энергии с  одного трофического уровня на другой вместе с потребляемой пищей. Основная часть энергии, усвоенной консументом с пищей, расходуется на его жизнеобеспечение (движение, поддержание температуры тела и т. п.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыхание, с которым в конечном счете связаны все возможности ее высвобождения из химических связей органического вещества.

Часть энергии переходит в тело организма-потребителя вместе с  увеличивающейся массой (приростом, продукцией). Некоторая доля пищи, а  вместе с ней и энергия не усваиваются организмом. Они выводятся в окружающую среду вместе с продуктами жизнедеятельности (экскрементами). В последующем эта энергия высвобождается другими организмами, которые потребляют продукты выделения.

Баланс пищи и энергии для  отдельного животного организма можно, таким образом, представить в виде следующего уравнения:

Э_п = Э_д +Э_пр +Э_п.в ,

где Э_п - энергия потребленной пищи, Э_д - энергия дыхания или обеспечения жизнедеятельности организма, включая движение, поддержание температуры тела, сердцебиение и т. п., Э_пр - энергия прироста (запасенная в теле организма-потребителя), Э_п.в - энергия продуктов выделения (в основном экскрементов).

Количество энергии, расходуемой  организмами на различные цели, неоднозначно. В периоды интенсивной жизнедеятельности взрослого организма в теле его может совершенно не фиксироваться энергия. Наоборот, траты ее в ряде случаев превышают поступление (организм теряет вес). В то же время в периоды интенсивного роста организмов, особенно в периоды размножения (беременности), в теле фиксируется значительное количество энергии.

Выделение энергии с экскрементами  у плотоядных животных (например, хищников) невелико, у травоядных оно более  значительно, а гусеницы некоторых  насекомых, питающиеся растениями, выделяют с экскрементами до 70% энергии. Однако при всем разнообразии расходов энергии в среднем максимальны траты на дыхание, которые в сумме с неусвоенной пищей составляют около 90% от потребленной. Поэтому переход энергии с одного трофического уровня на другой в среднем принимается близким к 10% от энергии, потребленной с пищей. Эта закономерность рассматривается обычно как «правило десяти процентов».

Данное правило надо оценивать  как относительное, ориентировочное. Вместе с тем из него следует, что цепь питания имеет ограниченное количество уровней, обычно не более 4—5. Пройдя через них, практически вся энергия оказывается рассеянной.

Закономерности потока и рассеивания  энергии имеют важные в практическом отношении следствия. Во-первых, с  энергетической точки зрения крайне нецелесообразно потребление животной продукции, особенно с высоких уровней цепей питания. Образование этой продукции связано с большими потерями (рассеиванием) энергии. Особенно велики потери энергии при переходе с первого трофического уровня на второй, от растений к травоядным животным.

Часто в экологической литературе рассматривается в качестве примера  цепь питания: люцерна-телята-мальчик. Показано, что если бы мальчик весом 48 кг питался только телятиной, то за год ему потребовалось бы для обеспечения жизнедеятельности 4,5 теленка, для питания которых, в свою очередь, необходим урожай люцерны с площади 4 га весом 8211 кг. Такова энергетическая цена животной пищи.

Во-вторых, чтобы сократить вероятность  дефицита продуктов питания для интенсивно возрастающей численности населения (по закономерности, близкой к экспоненте), надо, чтобы в рационе людей больший удельный вес занимала растительная пища. Энергетически идеально - вегетарианство.

В-третьих, для увеличения КПД использования  пищи при получении животноводческой продукции в условиях культурного хозяйства очень важно уменьшить основную статью нерационального расходования энергии - ее траты на дыхание. Это возможно за счет поддержания оптимального температурного режима в животноводческих помещениях, ограничения подвижности животных и, естественно, сбалансированности кормового рациона по различным элементам питания, а также применения различных биотехнических приемов (умеренные добавки стимуляторов роста, веществ, способствующих улучшению аппетита и т. п.).

Споры о допустимо возможной  численности населения с точки  зрения обеспечения питанием в значительной мере относительны, если они не учитывают, какой в среднем удельный вес  в рационе отводится животной и растительной пище. Если исходить из рациона питания зажиточной части населения, потребляющей мяса 80-100 кг в год на одного человека, то явно невозможно обеспечение таким рационом современной численности населения Земли (около 6 млрд. человек). Если же исходить из необходимости обеспечения минимальных потребностей жизнедеятельности организма, при настоящем производстве продуктов питания возможно исключить голод и, кроме того, прокормить на 3-4 миллиарда населения больше современного. Для этого требует решения вопрос более сбалансированного распределения продуктов питания. Переход на вегетарианство и тем более расширение ассортимента растений, используемых в пищу, может обеспечить жизнедеятельность (с энергетической точки зрения) численности населения в 2-3 раза больше современной. Ясно, однако, что при этом останутся нерешенными многие медико-биологические проблемы здоровья и долголетия, а также допустимые пределы антропогенных нагрузок на экосистемы и биосферу в целом. 

Экологические пирамиды

Если количество энергии, продукции, биомасс или численности организмов на каждом трофическом уровне изображать в виде прямоугольников в одном и том же масштабе, то их распределение будет иметь вид пирамид.

Правило пирамид энергии можно  сформулировать следующим образом: количество энергии, содержащейся в организмах на любом последующем трофическом уровне цепи питания, меньше ее значений на предыдущем уровне (рис. 4а).

Пирамиды энергии и  продукции для экосистем суши и океана - а и биомасс для  экосистем океана — б

Количество продукции, образующейся в единицу времени на разных трофических уровнях, подчиняется тому же правилу, которое характерно для энергии: на каждом последующем уровне количество продукции меньше, чем на предыдущем (рис. 4а). Более того, суммарное количество вторичной продукции (как и содержащейся в ней энергии), образующейся на разных трофических уровнях, меньше первичной продукции. Эта закономерность абсолютна и легко объясняется исходя из правила передачи энергии в цепях питания. Следует также иметь в виду, что различия в количестве энергии, содержащейся в единице веса (объема) отдельных видов продукции, невелики: 1 г (сухой вес) растительной и животной продукции содержит чаще всего от 3 до 5 калорий энергии.

Пирамиды биомасс сходны с таковыми для энергии и продукции, но только для сухопутных экосистем. Для водных экосистем закономерности соотношения биомасс на различных трофических уровнях имеют свою специфику. Здесь пирамида биомасс как бы перевернута (рис. 4б), то есть биомасса животных, потребляющих растительную продукцию, больше биомассы растительных организмов. Причина этого - резкие различия в продолжительности жизни организмов сравниваемых уровней. Первый уровень (продуценты) представлен в основном фитопланктоном с крайне коротким периодом жизни (несколько дней или часов), второй -более долгоживущими организмами - зоопланктоном или другими животными, питающимися фитопланктоном и зоопланктоном (рыбы, моллюски, киты и т. п.). Они накапливают биомассу годами и десятилетиями.

Пирамида чисел свидетельствует, что количество организмов, как правило, уменьшается от основания к вершине. Это правило не абсолютно и применимо в основном к цепям питания, не включающим редуцентов. Примером может служить пищевая цепь: насекомые и их личинки - насекомоядные животные - хищники.

37.Экосистемы суши.

В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент –  сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз ( биотоп+биоценоз). Биогеоценоз - элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Этот термин ввел В.Н.Сукачев.

Для наземной экосистемы характерна ярусность, т.е. разделение на разновысокие структурные части. Для каждого  яруса чаще всего характерен собственный  биоценоз.

Все существующие естественные экологические системы можно разделить на два основных типа — наземные и водные. Несмотря па то что в обоих типах сообществ присутствуют и действуют основные экологические компоненты, существуют значительные функциональные и структурные отличия.

В сухопутных (наземных) экосистемах  продуценты (автотроф-ный компонент) представляют собой крупные организмы, у которых от года к году происходит накопление биомассы. Например, прирост  деревьев в лесу, рост трав за сезон  вегетации, созревание семян и плодов (накопление надземной биомассы) или разрастание корневой системы травянистых растений на лугах и в степях (накопление подземной биомассы). Накопленную биомассу можно изъять и виде урожая.

Наземные экосистемы играют особую роль в жизни человека, поскольку урожай в них можно получать на всех трофических уровнях в отличие от водных сообществ, где используется только верхняя часть экологической пирамиды. Следовательно, особенности двух типов экосистем необходимо учитывать при эксплуатации природных ресурсов.

Между крайними типами экосистем существует множество переходных вариантов, тесно  связанных друг с другом. Различные  экосистемы взаимодействуют, образуя  сложную структуру биосферы. Между  экосистемами происходит обмен живыми организмами и их зачатками (личинками, спорами, семенами и т. п.). Благодаря подвижности воздуха и воды, перепадов (градиента) температуры, диффузии газов происходит расселение растений, животных и микроорганизмов. Птицы и насекомые перемещаются во время сезонных перелетов - так же, как другие животные во время кочевок.

Вещество перемещается в виде твердых  и жидких частиц. Часто минеральные  элементы сдуваются ветром и смываются  водой с горных пород. Обмен энергией происходит как в виде тепла, так  и в виде энергии химических связей (т. е. органических соединений).

По отношению к межбиоценотическим связям можно выделить три основные группы наземных экосистем:

1. стабильные сообщества, расположенные на равнинных междуречьях, в которых вынос веществ в другие экосистемы и получение их со стороны незначительны;

2. мало теряющие, но много получающие биоценозы, располо женные на низких уровнях рельефа, где накапливаются большие запасы органического вещества;

3. много теряющие, но мало получающие экосистемы на крутых склонах. Так образуется цепь экосистем, перераспределяющая веще ство и энергию в биосфере.

Наземные экосистемы, поглощая или  выделяя огромное количество парниковых газов (СО2, метана, оксидов азота), тем  самым не только участвуют в глобальном круговороте углерода, но и оказывают  заметное влияние на климат. Однако не меньшее значение имеет и обратное воздействие — влияние климата на процессы, протекающие в экосистемах.

38. Водные экосистемы и их особенности

Все водные животные и растения, их ареалы, формы существования,биологические циклы, размеры, длительность жизни отдельных особей, ихэнергетический баланс, биопродукциясвязаны с абиотическими факторами,являющимися производными геофизических процессов планеты. В свою очередьбиологические процессы имеют огромное значение в формировании планеты впределах, охваченных жизнью. От наземных экосистем экосистема океанаотличается рядом принципиальных черт, из которых две представляютсяособеннозначительными.

Продуценты (растения) наземных экосистем неразрывносвязаны корневой системой с биогенным фондом, формирующимся в результатежизнедеятельности растений. Продуценты водных экосистем (водоросли)разобщены с основным биогенным фондом водоемов, будь то океан, озеро,водохранилище и даже пруд. В фотаческом слое, который даже приоченьбольшой прозрачности океана не превышает нескольких десятков метров,биогенных солей, и, прежде всего фосфатов, недостаточно, но они лимитируютформированиеорганического вещества. Биогенные же элементы находятся наглубине, куда свет не проникает и откуда они выносятся в освещенный слойморя в результате вертикального перемешивания водных масс в итоге тепловогои механического взаимодействия атмосферы и гидросферы.В наземных экосистемах растения - важнейший компонент пищи многихживотных,поэтому распространение их связан с растительной ассоциацией.

В морскойсреде наблюдается разобщенность животного населения (консументов) и полейфитопланктона(продуцентов). Большая часть водных биоценозов существует безпрямого контакта с живой растительностью, сосредоточенной в тонкомприповерхностном трофогенном слое. Масса животных живет ниже массырастений, используя продукты деструкция растительных организмов. С глубинойколичество пищи уменьшается: 2/3 биомассы животных океана находятся вслоедо 500 м. В жизни гидросферы важное значениеимеет также группа редуцентов, или восстановителей. Они питаются мертвымиостатками животных и растений, причем минерализуют эти остатки, доводя ихдо углекислоты, аммиака и воды, делая их доступными лая автотрофныхрастений - продуцентов. Все животные и растения объединяются втрибольших комплекса: планктон, представители которого дрейфуют с воднымимассами; бентос, представители которого живут на грунте. И нектон, ккоторому относятся активно плавающие животные- рыбы, головоногие моллюски имлекопитающие - ластоногие, дельфины, киты.