Spørgsmål 28. Fødevarekæden. Typer af fødekæder.
FØDEKÆDE(trofisk kæde, fødekæde), sammenkobling af organismer gennem fødevare-forbruger forhold (nogle tjener som mad for andre). I dette tilfælde sker en transformation af stof og energi fra producenter(primærproducenter) igennem forbrugere(forbrugere) til nedbrydere(omdannere af dødt organisk stof til uorganiske stoffer assimileret af producenter). Der er 2 typer fødekæder - græsgange og detritus. Græsningskæden begynder med grønne planter, går til græssende planteædende dyr (forbrugere af 1. orden) og derefter til rovdyrene, der forgriber sig på disse dyr (afhængigt af stedet i kæden - forbrugere af 2. og efterfølgende orden). Detritalkæden begynder med detritus (et produkt af nedbrydning af organisk materiale), går til mikroorganismer, der lever af det, og derefter til detritivorer (dyr og mikroorganismer involveret i nedbrydningsprocessen af døende organisk materiale).
Et eksempel på en græsningskæde er dens multi-kanal model i den afrikanske savanne. Primære producenter er græs og træer, 1. ordens forbrugere er planteædende insekter og planteædere (hovdyr, elefanter, næsehorn osv.), 2. orden er rovinsekter, 3. orden er kødædende krybdyr (slanger osv.), 4. – rovdyr pattedyr og fugle af bytte. Til gengæld ødelægger detritivorer (skarabébiller, hyæner, sjakaler, gribbe osv.) i hvert trin af græsningskæden døde dyrs døde dyr og føderester fra rovdyr. Antallet af individer, der indgår i fødekæden i hvert af dens led, falder konsekvent (reglen for den økologiske pyramide), det vil sige, at antallet af ofre hver gang væsentligt overstiger antallet af deres forbrugere. Fødekæder er ikke isoleret fra hinanden, men er sammenflettet med hinanden for at danne fødevæv.
Spørgsmål 29. Hvad bruges økologiske pyramider til?
Økologisk pyramide- grafiske billeder af forholdet mellem producenter og forbrugere på alle niveauer (planteædere, rovdyr, arter, der lever af andre rovdyr) i økosystemet.
Den amerikanske zoolog Charles Elton foreslog skematisk at afbilde disse forhold i 1927.
I en skematisk repræsentation er hvert niveau vist som et rektangel, hvis længde eller areal svarer til de numeriske værdier af et led i fødekæden (Eltons pyramide), deres masse eller energi. Rektangler arrangeret i en bestemt rækkefølge skaber pyramider af forskellige former.
Basen af pyramiden er det første trofiske niveau - niveauet af producenter; efterfølgende etager i pyramiden dannes af de næste niveauer i fødekæden - forbrugere af forskellige ordrer. Højden af alle blokke i pyramiden er den samme, og længden er proportional med antallet, biomassen eller energien på det tilsvarende niveau.
Økologiske pyramider skelnes afhængigt af de indikatorer, som pyramiden er bygget på grundlag af. Samtidig er der etableret grundreglen for alle pyramider, ifølge hvilken der i ethvert økosystem er flere planter end dyr, planteædere end kødædere, insekter end fugle.
Baseret på reglen om den økologiske pyramide er det muligt at bestemme eller beregne de kvantitative forhold mellem forskellige arter af planter og dyr i naturlige og kunstigt skabte økologiske systemer. For eksempel kræver 1 kg masse af et havdyr (sæl, delfin) 10 kg spist fisk, og disse 10 kg har allerede brug for 100 kg af deres mad - hvirvelløse vanddyr, som igen skal spise 1000 kg alger og bakterier til at danne en sådan masse. I dette tilfælde vil den økologiske pyramide være bæredygtig.
Men som du ved, er der undtagelser fra hver regel, som vil blive overvejet i hver type økologisk pyramide.
De første økologiske planer i form af pyramider blev bygget i tyverne af det 20. århundrede. Charles Elton. De var baseret på feltobservationer af en række dyr af forskellige størrelsesklasser. Elton inkluderede ikke primære producenter og skelnede ikke mellem detritivorer og nedbrydere. Han bemærkede dog, at rovdyr normalt er større end deres bytte, og indså, at dette forhold kun er ekstremt specifikt for visse størrelsesklasser af dyr. I fyrrerne anvendte den amerikanske økolog Raymond Lindeman Eltons idé på trofiske niveauer og abstraherede fra de specifikke organismer, der udgør dem. Men selvom det er nemt at fordele dyr i størrelsesklasser, er det meget sværere at afgøre, hvilket trofisk niveau de tilhører. Under alle omstændigheder kan dette kun gøres på en meget forenklet og generaliseret måde. Ernæringsmæssige forhold og effektiviteten af energioverførsel i den biotiske komponent af et økosystem er traditionelt afbildet i form af trappede pyramider. Dette giver et klart grundlag for at sammenligne: 1) forskellige økosystemer; 2) sæsonbestemte tilstande i det samme økosystem; 3) forskellige faser af økosystemændringer. Der er tre typer af pyramider: 1) pyramider af tal, baseret på at tælle organismer på hvert trofisk niveau; 2) biomassepyramider, som bruger den samlede masse (normalt tørre) af organismer på hvert trofisk niveau; 3) energipyramider, under hensyntagen til organismers energiintensitet på hvert trofisk niveau.
Typer af økologiske pyramider
pyramider af tal- på hvert niveau plottes antallet af individuelle organismer
Talpyramiden viser et klart mønster, opdaget af Elton: Antallet af individer, der udgør en sekventiel række af forbindelser fra producenter til forbrugere, er støt faldende (fig. 3).
For at fodre en ulv skal han f.eks. have mindst flere harer til at jage; For at fodre disse harer har du brug for et ret stort udvalg af planter. I dette tilfælde vil pyramiden ligne en trekant med en bred base, der tilspidser opad.
Denne form for en talpyramide er dog ikke typisk for alle økosystemer. Nogle gange kan de vendes eller vendes på hovedet. Det gælder skovens fødekæder, hvor træer tjener som producenter og insekter som primære forbrugere. I dette tilfælde er niveauet af primære forbrugere numerisk rigere end niveauet af producenter (et stort antal insekter lever af et træ), derfor er tallenes pyramid de mindst informative og mindst vejledende, dvs. antallet af organismer på samme trofiske niveau afhænger i høj grad af deres størrelse.
biomassepyramider- karakteriserer den samlede tørre eller våde masse af organismer på et givet trofisk niveau, for eksempel i masseenheder pr. arealenhed - g/m2, kg/ha, t/km2 eller pr. volumen - g/m3 (fig. 4)
Normalt i terrestriske biocenoser er den samlede mængde af producenter større end hvert efterfølgende led. Til gengæld er den samlede masse af førsteordens forbrugere større end den af andenordens forbrugere mv.
I dette tilfælde (hvis organismerne ikke adskiller sig for meget i størrelse) vil pyramiden også se ud som en trekant med en bred base, der tilspidser opad. Der er dog væsentlige undtagelser fra denne regel. I havene er biomassen af planteædende zooplankton f.eks. betydeligt (nogle gange 2-3 gange) større end biomassen af fytoplankton, primært repræsenteret af encellede alger. Dette forklares med, at alger meget hurtigt spises af zooplankton, men de er beskyttet mod fuldstændigt forbrug af den meget høje celledelingshastighed.
Generelt er terrestriske biogeocenoser, hvor producenterne er store og lever relativt længe, karakteriseret ved relativt stabile pyramider med en bred base. I akvatiske økosystemer, hvor producenterne er små i størrelse og har korte livscyklusser, kan biomassepyramiden vendes eller vendes (med spidsen pegende nedad). I søer og have overstiger plantemassen således kun forbrugernes masse i blomstringsperioden (foråret), og i resten af året kan den modsatte situation opstå.
Pyramider af tal og biomasse afspejler systemets statik, det vil sige, at de karakteriserer antallet eller biomassen af organismer i en vis periode. De giver ikke fuldstændige oplysninger om et økosystems trofiske struktur, selvom de tillader løsning af en række praktiske problemer, især i forbindelse med opretholdelse af økosystemernes bæredygtighed.
Talpyramiden giver fx mulighed for at beregne den tilladte mængde fiskefangst eller afskydning af dyr i jagtsæsonen uden konsekvenser for deres normale reproduktion.
energipyramider- viser mængden af energiflow eller produktivitet ved successive niveauer (fig. 5).
I modsætning til pyramiderne af tal og biomasse, som afspejler systemets statik (antallet af organismer på et givet tidspunkt), afspejler energipyramiden billedet af fødevaremassens passagehastighed (mængden af energi) gennem hvert trofisk niveau i fødekæden, giver det mest komplette billede af den funktionelle organisering af fællesskaber.
Formen på denne pyramide påvirkes ikke af ændringer i individers størrelse og stofskifte, og hvis alle energikilder tages i betragtning, vil pyramiden altid have et typisk udseende med en bred base og en tilspidset top. Når man konstruerer en energipyramide, tilføjes et rektangel ofte til sin base for at vise tilstrømningen af solenergi.
I 1942 formulerede den amerikanske økolog R. Lindeman loven om energipyramiden (loven om 10 procent), ifølge hvilken i gennemsnit omkring 10 % af den energi, der modtages på det tidligere niveau af den økologiske pyramide, passerer fra én trofisk niveau gennem fødekæder til et andet trofisk niveau. Resten af energien går tabt i form af termisk stråling, bevægelse mv. Som et resultat af metaboliske processer mister organismer omkring 90 % af al energi i hvert led i fødekæden, som bruges på at opretholde deres vitale funktioner.
Hvis en hare spiste 10 kg plantemateriale, kan dens egen vægt stige med 1 kg. En ræv eller ulv, der spiser 1 kg harekød, øger sin masse med kun 100 g. I træagtige planter er denne andel meget lavere på grund af det faktum, at træ absorberes dårligt af organismer. For græsser og tang er denne værdi meget større, da de ikke har svært fordøjelige væv. Imidlertid forbliver det generelle mønster af processen med energioverførsel: meget mindre energi passerer gennem de øvre trofiske niveauer end gennem de lavere.
Solens energi spiller en enorm rolle i livets reproduktion. Mængden af denne energi er meget stor (ca. 55 kcal pr. 1 cm 2 pr. år). Af denne mængde registrerer producenter - grønne planter - ikke mere end 1-2% energi som følge af fotosyntese, og ørkener og havet - hundrededele af en procent.
Antallet af led i fødekæden kan variere, men normalt er der 3-4 (mindre ofte 5). Faktum er, at så lidt energi når det sidste led i fødekæden, at det ikke vil være nok, hvis antallet af organismer stiger.
Ris. 1. Fødekæder i et terrestrisk økosystem
Et sæt af organismer, der er forenet af én type ernæring og indtager en bestemt position i fødekæden, kaldes trofisk niveau. Organismer, der modtager deres energi fra Solen gennem det samme antal trin, tilhører det samme trofiske niveau.
Den enkleste fødekæde (eller fødekæde) kan bestå af fytoplankton, efterfulgt af større planteædende planktoniske krebsdyr (zooplankton), og ender med en hval (eller små rovdyr), der filtrerer disse krebsdyr fra vandet.
Naturen er kompleks. Alle dets elementer, levende og ikke-levende, er én helhed, et kompleks af interagerende og indbyrdes forbundne fænomener og skabninger tilpasset til hinanden. Disse er led i én kæde. Og hvis du fjerner mindst ét sådant led fra den samlede kæde, kan resultaterne være uventede.
At bryde fødekæder kan have en særlig negativ indvirkning på skovene – uanset om de er tempererede skovbiocenoser eller tropiske skovebiocenoser, der er rige på artsdiversitet. Mange arter af træer, buske eller urteagtige planter er afhængige af en bestemt bestøver – bier, hvepse, sommerfugle eller kolibrier – der lever inden for planteartens rækkevidde. Så snart det sidste blomstrende træ eller urteagtige plante dør, vil bestøveren blive tvunget til at forlade dette levested. Som et resultat vil fytofager (planteædere), der lever af disse planter eller træfrugter, dø. De rovdyr, der jagede phytofager, vil stå uden føde, og så vil ændringerne successivt påvirke de resterende led i fødekæden. Som følge heraf vil de påvirke mennesker, da de har deres egen specifikke plads i fødekæden.
Fødevarekæder kan opdeles i to hovedtyper: græsning og detrital. Fødevarepriser, der begynder med autotrofe fotosyntetiske organismer, kaldes græsgange, eller spisekæder.Øverst i græsningskæden er der grønne planter. På andet niveau af græsningskæden er der sædvanligvis fytofager, dvs. dyr, der spiser planter. Et eksempel på en græslandsfødekæde er forholdet mellem organismer i en flodsletteeng. Sådan en kæde begynder med en engblomstrende plante. Det næste led er en sommerfugl, der lever af en blomsts nektar. Så kommer indbyggeren af våde levesteder - frøen. Dens beskyttende farve gør det muligt for den at bagholde sit bytte, men redder den ikke fra et andet rovdyr - den almindelige græsslange. Hejren, efter at have fanget slangen, lukker fødekæden i flodsletten.
Hvis en fødekæde begynder med døde planterester, kadavere og dyreekskrementer - detritus, kaldes det skadelig, eller nedbrydningskæde. Udtrykket "detritus" betyder et produkt af henfald. Det er lånt fra geologien, hvor detritus refererer til produkterne fra stenødelæggelse. I økologi er detritus organisk stof involveret i nedbrydningsprocessen. Sådanne kæder er typiske for samfund på bunden af dybe søer og oceaner, hvor mange organismer lever af sedimentering af detritus dannet af døde organismer fra de øverste oplyste lag af reservoiret.
I skovbiocenoser begynder detritalkæden med nedbrydning af dødt organisk materiale af saprofage dyr. Den mest aktive deltagelse i nedbrydningen af organisk materiale her tages af jordløse hvirvelløse dyr (leddyr, orme) og mikroorganismer. Der er også store saprofager - insekter, der forbereder et substrat for organismer, der udfører mineraliseringsprocesser (for bakterier og svampe).
I modsætning til græsningskæden øges størrelsen af organismer, når de bevæger sig langs detrituskæden, ikke, men falder tværtimod. Så på andet niveau kan der være gravende insekter. Men de mest typiske repræsentanter for detritalkæden er svampe og mikroorganismer, der lever af dødt stof og fuldender processen med nedbrydning af bioorganiske stoffer til tilstanden af simple mineralske og organiske stoffer, som derefter indtages i opløst form af rødderne af grønne planter kl. toppen af græsningskæden, og derved starter en ny cirkel af bevægelse af stof.
Nogle økosystemer er domineret af græsgange, mens andre er domineret af detrituskæder. For eksempel betragtes en skov som et økosystem domineret af detrituskæder. I økosystemet af en rådnende stub er der slet ingen græsningskæde. Samtidig fortæres for eksempel i havoverfladeøkosystemer næsten alle producenter repræsenteret af fytoplankton af dyr, og deres lig synker til bunds, dvs. forlade det offentliggjorte økosystem. Sådanne økosystemer er domineret af græsning eller græssende fødekæder.
Generel regel vedrørende evt fødekæden, hedder det: På hvert trofisk niveau i et samfund bliver det meste af den energi, der absorberes fra mad, brugt på at opretholde liv, spredes og kan ikke længere bruges af andre organismer. Således er den mad, der indtages på hvert trofisk niveau, ikke fuldstændig assimileret. En væsentlig del af det bruges på stofskiftet. Når vi bevæger os til hvert efterfølgende led i fødekæden, falder den samlede mængde brugbar energi, der overføres til det næste højere trofiske niveau.
Føde eller trofisk kæde kalder forholdet mellem forskellige grupper af organismer (planter, svampe, dyr og mikrober), hvor energi transporteres som følge af forbrug af nogle individer af andre. Energioverførsel er grundlaget for et økosystems normale funktion. Disse begreber kender du sikkert fra 9. klasse i skolen fra det almene biologikursus.
Individer af det næste led spiser organismerne fra det forrige led, og det er sådan stof og energi transporteres langs kæden. Denne sekvens af processer ligger til grund for stoffernes livscyklus i naturen. Det er værd at sige, at en stor del af den potentielle energi (ca. 85%) går tabt, når den overføres fra et led til et andet, det spredes, det vil sige, spredes i form af varme. Denne faktor er begrænsende i forhold til længden af fødekæder, som i naturen normalt har 4-5 led.
Typer af madrelationer
Inden for økosystemer produceres organisk stof af autotrofer (producenter). Planter bliver til gengæld spist af planteædende dyr (førsteordens forbrugere), som derefter spises af kødædende dyr (andenordens forbrugere). Denne 3-leddet fødekæde er et eksempel på en ordentlig fødekæde.
Der er:
Græsgange kæder
Trofiske kæder begynder med auto- eller kemotrofer (producenter) og inkluderer heterotrofer i form af forbrugere af forskellige ordrer. Sådanne fødekæder er udbredte i land- og havøkosystemer. De kan tegnes og kompileres i form af et diagram:
Producenter -> Forbrugere af 1. orden -> Forbrugere af 1. orden -> Forbrugere af 3. orden.
Et typisk eksempel er fødekæden i en eng (det kan være en skovzone eller en ørken, i dette tilfælde vil kun de biologiske arter af forskellige deltagere i fødekæden og forgreningen af netværket af fødevareinteraktioner afvige).
Så ved hjælp af solens energi producerer en blomst næringsstoffer til sig selv, det vil sige, at den er en producent og det første led i kæden. En sommerfugl, der lever af nektaren fra denne blomst, er en forbruger af den første orden og den anden led. Frøen, der også lever på engen og er et insektædende dyr, spiser sommerfuglen - det tredje led i kæden, en forbruger af anden orden. Frøen sluges af en slange - det fjerde led og en forbruger af tredje orden, slangen spises af en høg - en forbruger af fjerde orden og det femte som regel det sidste led i fødekæden. En person kan også være til stede i denne kæde som forbruger.
I verdenshavets farvande kan autotrofer, repræsenteret ved encellede alger, kun eksistere, så længe sollys kan trænge gennem vandsøjlen. Dette er en dybde på 150-200 meter. Heterotrofer kan også leve i dybere lag, stige til overfladen om natten for at fodre med alger, og om morgenen igen gå til den sædvanlige dybde, hvilket foretager lodrette migrationer på op til 1 kilometer om dagen. Til gengæld stiger heterotrofer, som er forbrugere af efterfølgende ordrer og lever endnu dybere, om morgenen til niveauet for habitat for forbrugere af den første orden for at fodre på dem.
Således ser vi, at der i dybe vandområder, normalt have og oceaner, er sådan noget som en "fødestige." Dens betydning er, at organiske stoffer, der skabes af alger i jordens overfladelag, transporteres langs fødekæden til bunden. I betragtning af dette faktum kan nogle økologers mening om, at hele reservoiret kan betragtes som en enkelt biogeocenose, anses for berettiget.
Detritale trofiske forhold
For at forstå, hvad den skadelige fødekæde er, skal du starte med selve begrebet "detritus". Detritus er en samling af rester af døde planter, lig og slutprodukter af animalsk stofskifte.
Detritale kæder er typiske for samfund i indre farvande, dybe søbunde og oceaner, hvoraf mange af deres repræsentanter lever af detritus dannet af rester af døde organismer fra de øvre lag eller ved et uheld introduceret i reservoiret fra økologiske systemer placeret på land, i form for for eksempel løvstrøelse.
Bundøkologiske systemer i oceaner og have, hvor der ikke er producenter på grund af manglen på sollys, kan kun eksistere på grund af detritus, hvis samlede masse i verdenshavet i et kalenderår kan nå hundreder af millioner af tons.
Detrituskæder er også almindelige i skove, hvor en betydelig del af producenternes årlige stigning i biomasse ikke kan forbruges direkte af det første led af forbrugere. Derfor dør den og danner affald, som igen nedbrydes af saprotrofer og derefter mineraliseres af nedbrydere. Svampe spiller en vigtig rolle i dannelsen af detritus i skovsamfund.
Heterotrofer, der lever direkte på detritus, er detritivorer. I terrestriske økologiske systemer omfatter detritivorer nogle arter af leddyr, især insekter, såvel som annelider. Store detritivorer blandt fugle (gribbe, krager) og pattedyr (hyæner) kaldes normalt ådselædere.
I økologiske vandsystemer er hovedparten af detritivorer akvatiske insekter og deres larver såvel som nogle repræsentanter for krebsdyr. Detritivorer kan tjene som mad til større heterotrofer, som igen senere også kan blive mad til forbrugere af højere orden.
Ledene i fødekæden kaldes ellers trofiske niveauer. Per definition er dette en gruppe af organismer, der indtager en bestemt plads i fødekæden og giver en energikilde til hvert af de efterfølgende niveauer - mad.
Organismer I trofisk niveau i græsningsfødekæder er der primære producenter, autotrofer, det vil sige planter, og kemotrofer - bakterier, der bruger energien fra kemiske reaktioner til at syntetisere organiske stoffer. I detritale systemer er der ingen autotrofer, og det første trofiske niveau af den detritale trofiske kæde danner selv detritus.
Sidst, V trofisk niveau repræsenteret af organismer, der forbruger dødt organisk stof og endelige nedbrydningsprodukter. Disse organismer kaldes destruktorer eller nedbrydere. Nedbrydere er hovedsageligt repræsenteret af hvirvelløse dyr, som er nekro-, sapro- og koprofager, der bruger rester, affald og dødt organisk materiale til mad. Også inkluderet i denne gruppe er saprofagplanter, der nedbryder bladstrøelse.
Også inkluderet i niveauet af destruktorer er heterotrofe mikroorganismer, der er i stand til at omdanne organiske stoffer til uorganiske (mineralske) stoffer og danne slutprodukter - kuldioxid og vand, som vender tilbage til det økologiske system og genindtræder i det naturlige kredsløb af stoffer.
Vigtigheden af madrelationer
I naturen lever enhver art, befolkning og endda individ ikke isoleret fra hinanden og deres levesteder, men oplever tværtimod talrige gensidige påvirkninger. Biotiske samfund eller biocenoser - samfund af interagerende levende organismer, som er et stabilt system forbundet med talrige interne forbindelser, med en relativt konstant struktur og et indbyrdes afhængigt sæt af arter.
Biocenose er karakteriseret ved visse strukturer: art, rumlig og trofisk.
De organiske komponenter i biocenosen er uløseligt forbundet med de uorganiske - jord, fugt, atmosfære og danner sammen med dem et stabilt økosystem - biogeocenose .
Biogenocenose– et selvregulerende økologisk system dannet af populationer af forskellige arter, der lever sammen og interagerer med hinanden og med den livløse natur under relativt homogene miljøforhold.
Økologiske systemer
Funktionelle systemer, herunder samfund af levende organismer af forskellige arter og deres levesteder. Forbindelser mellem økosystemkomponenter opstår primært på basis af fødevarerelationer og metoder til at opnå energi.
Økosystem
Et sæt af arter af planter, dyr, svampe, mikroorganismer, der interagerer med hinanden og med miljøet på en sådan måde, at et sådant samfund kan overleve og fungere i uendeligt lang tid. Biotiske samfund (biocenose) består af et plantesamfund ( phytocenose), dyr ( zoocenose), mikroorganismer ( mikrobiocenose).
Alle jordens organismer og deres levesteder repræsenterer også et økosystem af højeste rang - biosfære , der besidder stabilitet og andre egenskaber af økosystemet.
Eksistensen af et økosystem er mulig takket være en konstant strøm af energi udefra - en sådan energikilde er normalt solen, selvom dette ikke er tilfældet for alle økosystemer. Stabiliteten af et økosystem sikres af direkte og feedback-forbindelser mellem dets komponenter, den interne cyklus af stoffer og deltagelse i globale cyklusser.
Læren om biogeocenoser udviklet af V.N. Sukachev. Begrebet " økosystem"indført i brug af den engelske geobotanist A. Tansley i 1935, udtrykket" biogeocenose" - Akademiker V.N. Sukachev i 1942 biogeocenose Det er nødvendigt at have et plantesamfund (phytocenose) som hovedleddet, der sikrer biogeocenosens potentielle udødelighed på grund af den energi, der genereres af planter. Økosystemer må ikke indeholde phytocenose.
Fytocenose
Et plantesamfund dannet historisk som et resultat af en kombination af interagerende planter i et homogent område af territorium.
Han er karakteriseret:
- en bestemt artssammensætning,
- livsformer,
- niveaudeling (overjordisk og underjordisk),
- overflod (hyppighed af forekomst af arter),
- indkvartering,
- aspekt (udseende),
- vitalitet,
- sæsonbestemte ændringer,
- udvikling (ændring af fællesskaber).
Tiering (antal etager)
Et af de karakteristiske træk ved et plantesamfund består så at sige i dets etage-for-etage opdeling i både overjordisk og underjordisk rum.
Overjordiske lag giver bedre brug af lys, og under jorden - vand og mineraler. Typisk kan der skelnes mellem op til fem etager i en skov: det øverste (første) - høje træer, det andet - korte træer, det tredje - buske, det fjerde - græsser, det femte - mosser.
Underjordisk niveaudeling - et spejlbillede af overjorden: træernes rødder går dybeste, de underjordiske dele af mosser er placeret nær jordens overflade.
Ifølge metoden til at opnå og bruge næringsstoffer alle organismer er opdelt i autotrofer og heterotrofer. I naturen er der en kontinuerlig cyklus af næringsstoffer, der er nødvendige for livet. Kemiske stoffer udvindes af autotrofer fra miljøet og returneres til det gennem heterotrofer. Denne proces tager meget komplekse former. Hver art bruger kun en del af den energi, der er indeholdt i organisk stof, hvilket bringer dens nedbrydning til et bestemt stadium. I evolutionsprocessen har økologiske systemer således udviklet sig kæder Og strømforsyningsnetværk .
De fleste biogeocenoser har lignende trofisk struktur. De er baseret på grønne planter - producenter. Planteædere og kødædere er nødvendigvis til stede: forbrugere af organisk materiale - forbrugere og ødelæggere af organiske rester - nedbrydere.
Antallet af individer i fødekæden falder konsekvent, antallet af ofre er større end antallet af deres forbrugere, da i hvert led i fødekæden, med hver overførsel af energi, går 80-90% af den tabt, og forsvinder i formen af varme. Derfor er antallet af led i kæden begrænset (3-5).
Artsdiversitet af biocenose repræsenteret af alle grupper af organismer - producenter, forbrugere og nedbrydere.
Overtrædelse af ethvert link i fødekæden forårsager forstyrrelse af biocenosen som helhed. For eksempel fører skovrydning til en ændring i artssammensætningen af insekter, fugle og dermed dyr. I et træløst område vil andre fødekæder udvikle sig, og der vil dannes en anden biocenose, som vil tage flere årtier.
Fødekæde (trofisk eller mad )
Indbyrdes forbundne arter, der sekventielt udvinder organisk stof og energi fra det oprindelige fødevarestof; Desuden er hvert tidligere led i kæden mad til det næste.
Fødekæderne i hvert naturområde med mere eller mindre homogene eksistensbetingelser er sammensat af komplekser af indbyrdes forbundne arter, der lever af hinanden og danner et selvopretholdende system, hvor cirkulationen af stoffer og energi sker.
Økosystemkomponenter:
- Producenter - autotrofe organismer (for det meste grønne planter) er de eneste producenter af organisk stof på Jorden. Energirigt organisk stof syntetiseres under fotosyntesen fra energifattige uorganiske stoffer (H 2 0 og C0 2).
- Forbrugere - planteædere og kødædere, forbrugere af organisk materiale. Forbrugere kan være planteædere, når de direkte bruger producenter, eller kødædere, når de lever af andre dyr. I fødekæden kan de oftest have serienummer fra I til IV.
- Nedbrydere - heterotrofe mikroorganismer (bakterier) og svampe - ødelæggere af organiske rester, destruktorer. De kaldes også for Jordens ordensmænd.
Trofisk (ernæringsmæssigt) niveau - et sæt af organismer forenet af en type ernæring. Konceptet med det trofiske niveau giver os mulighed for at forstå dynamikken i energistrømmen i et økosystem.
- det første trofiske niveau er altid besat af producenter (planter),
- andet - forbrugere af første orden (planteædende dyr),
- tredje - forbrugere af anden orden - rovdyr, der lever af planteædende dyr),
- fjerde - forbrugere af den tredje orden (sekundære rovdyr).
Der skelnes mellem følgende typer: fødekæder:
I græsningskæde (spise kæder) hovedkilden til føde er grønne planter. For eksempel: græs -> insekter -> padder -> slanger -> rovfugle.
- skadelig kæder (nedbrydningskæder) begynder med detritus - død biomasse. For eksempel: bladaffald -> regnorme -> bakterier. Et andet træk ved detritale kæder er, at planteprodukter i dem ofte ikke indtages direkte af planteædende dyr, men dør ud og mineraliseres af saprofytter. Detritale kæder er også karakteristiske for dybe havøkosystemer, hvis indbyggere lever af døde organismer, der er sunket ned fra de øverste vandlag.
Forholdet mellem arter i økologiske systemer, der har udviklet sig under evolutionsprocessen, hvor mange komponenter lever af forskellige objekter og selv tjener som føde for forskellige medlemmer af økosystemet. Enkelt sagt kan et fødenet repræsenteres som sammenflettet fødekædesystem.
Organismer fra forskellige fødekæder, der modtager mad gennem lige mange led i disse kæder, er tændt samme trofiske niveau. Samtidig kan forskellige populationer af samme art, inkluderet i forskellige fødekæder, være lokaliseret på forskellige trofiske niveauer. Forholdet mellem forskellige trofiske niveauer i et økosystem kan afbildes grafisk som økologisk pyramide.
Økologisk pyramide
En metode til grafisk at vise forholdet mellem forskellige trofiske niveauer i et økosystem - der er tre typer:
Befolkningspyramiden afspejler antallet af organismer på hvert trofisk niveau;
Biomassepyramiden afspejler biomassen af hvert trofisk niveau;
Energipyramiden viser mængden af energi, der passerer gennem hvert trofisk niveau over en bestemt tidsperiode.
Økologisk pyramideregel
Et mønster, der afspejler et progressivt fald i masse (energi, antal individer) af hvert efterfølgende led i fødekæden.
Talpyramide
En økologisk pyramide, der viser antallet af individer på hvert ernæringsniveau. Talpyramiden tager ikke højde for individers størrelse og masse, forventet levetid, stofskifte, men hovedtendensen er altid synlig - et fald i antallet af individer fra link til link. For eksempel er antallet af individer i et steppe-økosystem fordelt som følger: producenter - 150.000, planteædende forbrugere - 20.000, kødædende forbrugere - 9.000 individer/område. Engbiocenosen er karakteriseret ved følgende antal individer på et areal på 4000 m2: producenter - 5.842.424, planteædende forbrugere af første orden - 708.624, kødædende forbrugere af anden orden - 35.490, kødædende forbrugere af tredje orden - 3 .
Biomasse pyramide
Mønsteret, ifølge hvilket mængden af plantestof, der tjener som grundlag for fødekæden (producenter), er cirka 10 gange større end massen af planteædende dyr (forbrugere af første orden), og massen af planteædende dyr er 10 gange større end kødædende (forbrugere af anden orden), dvs. hvert efterfølgende foderniveau har en masse 10 gange mindre end det foregående. I gennemsnit producerer 1000 kg planter 100 kg planteædende krop. Rovdyr, der spiser planteædere, kan bygge 10 kg af deres biomasse, sekundære rovdyr - 1 kg.
Energipyramide
udtrykker et mønster, hvorefter energistrømmen gradvist aftager og afskrives, når man bevæger sig fra led til led i fødekæden. I søens biocenose skaber grønne planter - producenter - således en biomasse, der indeholder 295,3 kJ/cm 2, forbrugere af første orden, der forbruger plantebiomasse, skaber deres egen biomasse, der indeholder 29,4 kJ/cm 2; Anden ordens forbrugere, der bruger første ordens forbrugere til fødevarer, skaber deres egen biomasse indeholdende 5,46 kJ/cm2. Tabet af energi under overgangen fra forbrugere af første orden til forbrugere af anden orden, hvis disse er varmblodede dyr, øges. Dette forklares med, at disse dyr bruger meget energi ikke kun på at opbygge deres biomasse, men også på at opretholde en konstant kropstemperatur. Hvis vi sammenligner opdræt af en kalv og en aborre, så vil den samme mængde madenergi, der bruges, give 7 kg oksekød og kun 1 kg fisk, da kalven spiser græs, og rovaborren spiser fisk.
Således har de to første typer pyramider en række væsentlige ulemper:
Biomassepyramiden afspejler økosystemets tilstand på prøvetagningstidspunktet og viser derfor forholdet mellem biomasse på et givet tidspunkt og afspejler ikke produktiviteten af hvert trofisk niveau (dvs. dets evne til at producere biomasse over en vis tidsperiode). I det tilfælde, hvor antallet af producenter omfatter hurtigtvoksende arter, kan biomassepyramiden derfor vise sig at være omvendt.
Energipyramiden giver dig mulighed for at sammenligne produktiviteten af forskellige trofiske niveauer, fordi den tager højde for tidsfaktoren. Derudover tager den højde for forskellen i energiværdi af forskellige stoffer (f.eks. giver 1 g fedt næsten dobbelt så meget energi som 1 g glukose). Derfor indsnævrer energipyramiden sig altid opad og bliver aldrig omvendt.
Økologisk plasticitet
Graden af udholdenhed af organismer eller deres samfund (biocenoser) til påvirkning af miljøfaktorer. Økologisk plastiske arter har en bred vifte af reaktionsnorm , dvs. de er bredt tilpasset til forskellige levesteder (fiskepind og ål, nogle protozoer lever i både fersk- og saltvand). Højt specialiserede arter kan kun eksistere i et bestemt miljø: havdyr og alger - i saltvand, flodfisk og lotusplanter, åkander, andemad lever kun i ferskvand.
Generelt økosystem (biogeocenose) kendetegnet ved følgende indikatorer:
Arts mangfoldighed
Tætheden af artspopulationer,
Biomasse.
Biomasse
Den samlede mængde organisk stof for alle individer af en biocenose eller art med den energi, der er indeholdt i den. Biomasse udtrykkes sædvanligvis i masseenheder i form af tørstof pr. arealenhed eller volumen. Biomasse kan bestemmes separat for dyr, planter eller individuelle arter. Således er biomassen af svampe i jorden 0,05-0,35 t/ha, alger - 0,06-0,5, rødder af højere planter - 3,0-5,0, regnorme - 0,2-0,5, hvirveldyr - 0,001-0,015 t/ha.
I biogeocenoser er der primær og sekundær biologisk produktivitet :
ü Primær biologisk produktivitet af biocenoser- den samlede samlede produktivitet af fotosyntese, som er resultatet af autotrofers aktivitet - grønne planter, for eksempel en fyrreskov på 20-30 år, producerer 37,8 t/ha biomasse om året.
ü Sekundær biologisk produktivitet af biocenoser- den samlede samlede produktivitet af heterotrofe organismer (forbrugere), som dannes ved brug af stoffer og energi akkumuleret af producenter.
Befolkninger. Opbygning og dynamik af tal.
Hver art på Jorden optager en bestemt art rækkevidde, da det kun er i stand til at eksistere under visse miljøforhold. Levevilkårene inden for en arts rækkevidde kan dog variere betydeligt, hvilket fører til artens opløsning i elementære grupper af individer - populationer.
Befolkning
Et sæt individer af samme art, der besætter et separat territorium inden for artens rækkevidde (med relativt homogene livsbetingelser), frit blander sig med hinanden (har en fælles genpulje) og isoleret fra andre populationer af denne art, med alle de nødvendige betingelser for at opretholde deres stabilitet i lang tid under skiftende miljøforhold. Den vigtigste egenskaber befolkning er dens struktur (alder, kønssammensætning) og befolkningsdynamik.
Under den demografiske struktur befolkninger forstår dens køns- og alderssammensætning.
Rumlig struktur Populationer er karakteristika for fordelingen af individer i en befolkning i rummet.
Aldersstruktur befolkning er forbundet med forholdet mellem individer i forskellige aldre i befolkningen. Personer på samme alder grupperes i kohorter - aldersgrupper.
I aldersstruktur af plantepopulationer tildele efterfølgende perioder:
Latent - frøets tilstand;
Prægenerativ (omfatter tilstande af frøplante, unge planter, umodne og jomfruelige planter);
Generativ (normalt opdelt i tre underperioder - unge, modne og gamle generative individer);
Postgenerativ (omfatter tilstande af subsenile, senile planter og den døende fase).
Tilhørsforhold til en bestemt aldersstatus bestemmes af biologisk alder- graden af ekspression af visse morfologiske (for eksempel graden af dissektion af et komplekst blad) og fysiologiske (for eksempel evnen til at producere afkom) egenskaber.
I dyrepopulationer er det også muligt at skelne forskellige alderstrin. For eksempel gennemgår insekter, der udvikler sig med fuldstændig metamorfose, stadierne:
Larver,
dukker,
Imago (voksen insekt).
Arten af befolkningens aldersstrukturafhænger af typen af overlevelseskurve, der er karakteristisk for en given population.
Overlevelseskurveafspejler dødeligheden i forskellige aldersgrupper og er en faldende linje:
- Hvis dødeligheden ikke afhænger af individernes alder, sker individernes død jævnt i en given type, dødeligheden forbliver konstant gennem hele livet ( type I ). En sådan overlevelseskurve er karakteristisk for arter, hvis udvikling sker uden metamorfose med tilstrækkelig stabilitet af det fødte afkom. Denne type kaldes normalt type hydra- det er karakteriseret ved en overlevelseskurve, der nærmer sig en lige linje.
- Hos arter, for hvilke eksterne faktorers rolle i dødeligheden er lille, er overlevelseskurven karakteriseret ved et lille fald indtil en vis alder, hvorefter der er et kraftigt fald på grund af naturlig (fysiologisk) dødelighed ( type II ). Naturen af overlevelseskurven tæt på denne type er karakteristisk for mennesker (selvom den menneskelige overlevelseskurve er noget fladere og ligger mellem type I og II). Denne type kaldes Drosophila type: Dette er, hvad frugtfluer demonstrerer under laboratorieforhold (ikke spist af rovdyr).
- Mange arter er karakteriseret ved høj dødelighed i de tidlige stadier af ontogenese. Hos sådanne arter er overlevelseskurven karakteriseret ved et kraftigt fald i de yngre aldre. Personer, der overlever den "kritiske" alder, udviser lav dødelighed og lever til ældre aldre. Typen hedder type østers (type III ).
Seksuel struktur befolkninger
Kønsforholdet har direkte indflydelse på befolkningens reproduktion og bæredygtighed.
Der er primære, sekundære og tertiære kønsforhold i befolkningen:
- Primært kønsforhold bestemt af genetiske mekanismer - ensartetheden af divergens af kønskromosomer. For eksempel hos mennesker bestemmer XY-kromosomer udviklingen af det mandlige køn, og XX-kromosomer bestemmer udviklingen af det kvindelige køn. I dette tilfælde er det primære kønsforhold 1:1, det vil sige lige så sandsynligt.
- Sekundært kønsforhold er kønsforholdet på fødslen (blandt nyfødte). Den kan afvige væsentligt fra den primære af en række årsager: selektiviteten af æg til sædceller, der bærer X- eller Y-kromosomet, sådanne sædcellers ulige evne til at befrugte og forskellige eksterne faktorer. For eksempel har zoologer beskrevet effekten af temperatur på det sekundære kønsforhold hos krybdyr. Et lignende mønster er typisk for nogle insekter. Således sikres befrugtning hos myrer ved temperaturer over 20 ° C, og ved lavere temperaturer lægges ubefrugtede æg. Sidstnævnte klækkes til hanner, og de, der befrugtes overvejende til hunner.
- Tertiært kønsforhold - kønsforhold blandt voksne dyr.
Rumlig struktur befolkninger afspejler arten af fordelingen af individer i rummet.
Fremhæv tre hovedtyper af fordeling af individer i rummet:
- uniform eller uniform(individer er fordelt jævnt i rummet, i lige store afstande fra hinanden); er sjælden i naturen og er oftest forårsaget af akut intraspecifik konkurrence (for eksempel hos rovfisk);
- menighed eller mosaik("plettet", individer er placeret i isolerede klynger); forekommer meget oftere. Det er forbundet med egenskaberne ved mikromiljøet eller dyrs adfærd;
- tilfældig eller diffuse(individer er tilfældigt fordelt i rummet) - kan kun observeres i et homogent miljø og kun hos arter, der ikke viser nogen tendens til at danne grupper (f.eks. en bille i mel).
Befolkningsstørrelse angivet med bogstavet N. Forholdet mellem stigningen i N til en tidsenhed dN / dt udtrykkerøjeblikkelig hastighedændringer i befolkningsstørrelse, dvs. ændring i antal på tidspunktet t.Befolkningstilvækstafhænger af to faktorer - fertilitet og dødelighed i fravær af emigration og immigration (en sådan befolkning kaldes isoleret). Forskellen mellem fødselsraten b og dødsraten d erisoleret befolkningstilvækst:
Befolkningsstabilitet
Dette er dens evne til at være i en tilstand af dynamisk (dvs. mobil, skiftende) ligevægt med miljøet: miljøforhold ændrer sig, og befolkningen ændrer sig også. En af de vigtigste forudsætninger for bæredygtighed er intern mangfoldighed. I forhold til en befolkning er der tale om mekanismer til at opretholde en vis befolkningstæthed.
Fremhæv tre typer af afhængighed af befolkningsstørrelse på dens tæthed .
Første type (I) - den mest almindelige, kendetegnet ved et fald i befolkningstilvæksten med en stigning i dens tæthed, hvilket sikres af forskellige mekanismer. For eksempel er mange fuglearter karakteriseret ved et fald i frugtbarhed (fertilitet) med stigende bestandstæthed; øget dødelighed, nedsat resistens af organismer med øget befolkningstæthed; ændring i alder ved puberteten afhængig af befolkningstæthed.
Tredje type ( III ) er karakteristisk for populationer, hvor der er noteret en "gruppeeffekt", dvs. en vis optimal befolkningstæthed bidrager til bedre overlevelse, udvikling og vital aktivitet for alle individer, hvilket er iboende i de fleste gruppe- og sociale dyr. For for eksempel at forny populationer af heteroseksuelle dyr, kræves der som minimum en tæthed, der giver en tilstrækkelig sandsynlighed for at møde en han og en hun.
Tematiske opgaver
A1. Biogeocenose dannet
1) planter og dyr
2) dyr og bakterier
3) planter, dyr, bakterier
4) territorium og organismer
A2. Forbrugere af organisk stof i skovbiogeocenose er
1) gran og birk
2) svampe og orme
3) harer og egern
4) bakterier og vira
A3. Producenterne i søen er
2) haletudser
A4. Processen med selvregulering i biogeocenose påvirker
1) kønsforhold i populationer af forskellige arter
2) antallet af mutationer, der forekommer i populationer
3) rovdyr-bytte-forhold
4) intraspecifik konkurrence
A5. En af betingelserne for et økosystems bæredygtighed kan være
1) hendes evne til at ændre sig
2) forskellige arter
3) udsving i antallet af arter
4) stabilitet af genpuljen i populationer
A6. Nedbrydere omfatter
2) lav
4) bregner
A7. Hvis den samlede masse modtaget af en 2. ordens forbruger er 10 kg, hvad var den samlede masse af producenterne, der blev kilden til fødevarer for denne forbruger?
A8. Angiv den skadelige fødekæde
1) flue – edderkop – spurv – bakterier
2) kløver – høg – humlebi – mus
3) rug – mejse – kat – bakterier
4) myg – spurv – høg – orme
A9. Den oprindelige energikilde i en biocenose er energi
1) organiske forbindelser
2) uorganiske forbindelser
4) kemosyntese
1) harer
2) bier
3) markdrosler
4) ulve
A11. I ét økosystem kan du finde eg og
1) gopher
3) lærke
4) blå kornblomst
A12. Strømnetværk er:
1) forbindelser mellem forældre og afkom
2) familie (genetiske) forbindelser
3) stofskifte i kroppens celler
4) måder at overføre stoffer og energi på i økosystemet
A13. Den økologiske talpyramide afspejler:
1) forholdet mellem biomasse på hvert trofisk niveau
2) forholdet mellem masserne af en individuel organisme på forskellige trofiske niveauer
3) opbygning af fødekæden
4) mangfoldighed af arter på forskellige trofiske niveauer
Introduktion
Et slående eksempel på en kraftkæde:
Klassificering af levende organismer med hensyn til deres rolle i stoffernes kredsløb
Enhver fødekæde involverer 3 grupper af levende organismer:
Producenter (producenter) | Forbrugere (forbrugere) | Nedbrydere (ødelæggere) |
Autotrofe levende organismer, der syntetiserer organisk stof fra mineralsk stof ved hjælp af energi (planter). | Heterotrofe levende organismer, der forbruger (spiser, behandler osv.) levende organisk stof og overfører energien indeholdt i det gennem fødekæder. | Heterotrofe levende organismer, der ødelægger (forarbejder) dødt organisk stof af enhver oprindelse til mineralsk stof. |
Forbindelser mellem organismer i fødekæden
Fødekæden, hvad end den måtte være, skaber tætte forbindelser mellem forskellige genstande af både livlig og livløs natur. Og brud på absolut ethvert link kan føre til katastrofale resultater og en ubalance i naturen. Den vigtigste og mest integrerede komponent i enhver strømkæde er solenergi. Uden det vil der ikke være noget liv. Når man bevæger sig langs fødekæden, behandles denne energi, og hver organisme gør den til sin egen, idet den kun overfører 10% til det næste led.
Ved døden går kroppen ind i andre lignende fødekæder, og dermed fortsætter kredsløbet af stoffer. Alle organismer kan nemt forlade en fødekæde og flytte ind i en anden.
Naturområdernes rolle i stoffernes kredsløb
Naturligvis skaber organismer, der lever i samme naturlige zone, deres egne specielle fødekæder med hinanden, som ikke kan gentages i nogen anden zone. Således består fødekæden i steppezonen for eksempel af en lang række forskellige græsser og dyr. Fødekæden i steppen omfatter praktisk talt ikke træer, da der enten er meget få af dem, eller de er forkrøblede. Hvad dyreverdenen angår, er artiodactyler, gnavere, falke (høge og andre lignende fugle) og forskellige slags insekter fremherskende her.
Klassificering af strømkredsløb
Princippet om økologiske pyramider
Hvis vi specifikt betragter kæderne, der starter med planter, kommer hele kredsløbet af stoffer i dem fra fotosyntese, hvor solenergi absorberes. Planter bruger det meste af denne energi på deres vitale funktioner, og kun 10% går til det næste led. Som et resultat kræver hver efterfølgende levende organisme flere og flere skabninger (objekter) af det forrige link. Dette er godt demonstreret af økologiske pyramider, som oftest bruges til disse formål. De er pyramider af masse, mængde og energi.