Proses nitrifikasi dan denitrifikasi seimbang sehingga permulaan penggunaan baja mineral nitrogen secara intensif oleh manusia untuk mendapatkan hasil tanaman pertanian yang besar. Pada masa ini, disebabkan penggunaan jumlah besar baja sedemikian, terdapat pengumpulan sebatian nitrogen di dalam tanah, tumbuhan, dan air bawah tanah. Oleh itu, peranan organisma hidup dalam kitaran nitrogen adalah asas.

Kitaran bahan adalah asas kepada infiniti kehidupan di planet kita. Semua organisma hidup mengambil bahagian di dalamnya, menjalankan proses pemakanan, pernafasan, perkumuhan, dan pembiakan. Asas kitaran biogenik adalah tenaga suria, yang diserap oleh organisma fototropik dan ditukar olehnya kepada bahan organik utama yang tersedia untuk pengguna. Semasa transformasi selanjutnya oleh pengguna pesanan yang berbeza, tenaga makanan secara beransur-ansur dibazirkan dan berkurangan. Oleh itu, kestabilan biosfera secara langsung berkaitan dengan kemasukan berterusan tenaga suria. Organisma hidup memainkan peranan utama dalam kitaran biogeokimia karbon dan nitrogen, manakala proses fizikal menyediakan asas untuk kitaran air global dalam biosfera.

V.I. Vernadsky membuat kesimpulan bahawa untuk memastikan kemampanannya, kehidupan semestinya perlu dibentangkan dalam bentuk yang berbeza. Sesungguhnya, jika kita menganggap bahawa kehidupan berasal dari suatu tempat di lautan dalam bentuk hanya satu spesies biologi, maka selepas beberapa lama ia akan mengekstrak dari alam sekitar semua yang diperlukan, melepaskan sisa aktivitinya, mengotori seluruh dasar laut dengan tinggalannya, dan itu sahaja kehidupan akan terhenti: tidak akan ada orang yang mengubah jenazah ini menjadi mineral. Itulah sebabnya kehidupan sebagai fenomena planet yang stabil hanya mungkin apabila ia mempunyai kualiti yang berbeza. Kepelbagaian kualiti dalam biosfera yang wujud di Bumi ini dicirikan oleh kehadiran tiga komponen: pengeluar, pengguna dan pengurai.

Hierarki trofik biosfera dinyatakan dalam hubungan makanan yang kompleks antara spesies konstituennya adalah satu set organisma yang disatukan oleh jenis pemakanan. Organisma autotrof (terutamanya tumbuhan hijau) menduduki peringkat trofik pertama (pengeluar), diikuti oleh heterotrof: pada tahap kedua, herbivor (pengguna urutan pertama); pemangsa yang memakan herbivor berada di tempat ketiga (pengguna urutan ke-2); pemangsa sekunder - pada keempat (pengguna pesanan ke-3). Organisma saprotropik (pengurai) boleh menduduki semua peringkat, bermula dari yang kedua. Organisma rantaian trofik berbeza yang menerima makanan melalui bilangan pautan yang sama berada pada tahap trofik yang sama. Hubungan antara aras trofik yang berbeza boleh digambarkan secara grafik dalam bentuk piramid.

Rajah 1. Piramid biojisim dan aras trofik dalam ekosistem

Piramid ekologi nombor, biojisim dan tenaga, yang digambarkan dalam bentuk model grafik, menyatakan hubungan kuantitatif organisma dengan kaedah pemakanan yang berbeza: pengeluar, pengguna dan pengurai. Pengeluar ialah organisma yang mampu foto- dan kemosintesis dan merupakan penghubung pertama dalam rantai makanan bahan, pencipta bahan organik daripada bukan organik. Hampir semua tumbuhan adalah pengeluar.

Pengguna ialah organisma yang mengambil bahan organik dalam rantai makanan. Pengguna memakan tumbuhan, haiwan, atau kedua-dua tumbuhan dan haiwan. Terdapat pengguna pesanan pertama dan kedua. Haiwan peringkat pertama termasuk semua herbivor, haiwan peringkat kedua termasuk pemangsa. Pengurai ialah organisma yang menguraikan bahan organik mati (mayat, sisa) dan menukarkannya kepada bahan bukan organik yang boleh diserap semula. Pengurai termasuk bakteria dan kulat. Dalam rantai makanan, pengurai dikelaskan sebagai pengguna. Interaksi pengeluar, pengguna dan pengurai memastikan ketekalan dan kestabilan kitaran biologi. Hasil daripada kitaran ini, pelbagai bentuk kehidupan mempengaruhi alam sekitar, menyusun kimianya, mengubah rupa bumi dan keadaan mikroklimat. Zon di mana kitaran biogenik berlaku dipanggil ekosistem atau, seperti yang dipanggil V.N. Sukachev, biogeocenosis. Mereka mewakili kawasan homogen permukaan bumi dengan komposisi mantap makhluk hidup (biocenoses) dan komponen lengai (tanah, lapisan tanah atmosfera, tenaga suria) yang berinteraksi. Yang terakhir dikaitkan dengan metabolisme dan tenaga. Seluruh set biogeocenoses yang wujud di Bumi dan menjalankan kitaran biogenik bahan membentuk biosfera secara keseluruhan.

Dalam semua biogeocenosis, pengeluar, pengguna dan pengurai membentuk satu set yang pelbagai. Ini adalah jaminan bahawa jika sesuatu berlaku kepada salah satu spesies, maka spesies lain akan mengambil bahagian pengaruhnya pada biosfera, dan biogeocenosis tidak akan dimusnahkan. Sambungan biogeocenoses memastikan kemampanan proses kehidupan di planet ini secara keseluruhan. Jaminan ini juga dipastikan oleh fakta bahawa terdapat banyak biogeocenoses yang berbeza: jika beberapa jenis bencana berlaku di suatu tempat di Bumi (letusan gunung berapi, penenggelaman kerak bumi, pendahuluan/undur laut, anjakan geologi, penyejukan, dll.), maka biogeocenosis lain akan menyokong kewujudan hidupan dan akhirnya akan memulihkan keseimbangan. Sebagai contoh, selepas semua kehidupan di pulau Krakatau musnah sepenuhnya akibat letusan gunung berapi pada tahun 1883, kehidupan di pulau itu dipulihkan setengah abad kemudian.

Jadi, biosfera ialah sistem biogeocenosis. Setiap daripada mereka adalah sistem biologi bebas, atau lebih tepatnya subsistem. Ia memastikan pengekalan kitaran biogenik dalam keadaan geografi tertentu. Setiap biogeocenosis mempunyai set spesies tersendiri yang dikaitkan antara satu sama lain. Tetapi hubungan dalam biogeocenosis dibina bukan pada tahap spesies (kerana wakil mereka boleh hidup bukan sahaja dalam biogeocenosis tertentu) dan bukan pada tahap individu (kerana di sini mereka terutamanya makanan dan oleh itu berumur pendek), tetapi pada tahap daripada populasi spesies. Populasi difahamkan sebagai koleksi individu daripada spesies yang sama yang menduduki ruang tertentu untuk masa yang lama dan membiak sendiri dalam beberapa generasi. Semasa evolusi bersama spesies dalam biogeocenosis, populasi menyesuaikan diri antara satu sama lain dan berusaha untuk mengekalkan rantaian trofik yang sepadan secara mampan.

Rantai makanan (trofik) - satu siri spesies tumbuhan, haiwan, kulat dan mikroorganisma yang disambungkan antara satu sama lain melalui hubungan: makanan - pengguna. Organisma pautan seterusnya memakan organisma pautan sebelumnya, dan dengan itu pemindahan rantai tenaga dan jirim berlaku, yang mendasari kitaran bahan dalam alam semula jadi. Dengan setiap pemindahan dari pautan ke pautan, sebahagian besar (sehingga 80-90%) tenaga berpotensi hilang, hilang dalam bentuk haba. Atas sebab ini, bilangan pautan (jenis) dalam rantai makanan adalah terhad dan biasanya tidak melebihi 4-5.

Hasil daripada urutan transformasi tenaga dalam rantai makanan, setiap komuniti organisma hidup dalam ekosistem memperoleh struktur trofik tertentu. Struktur trofik komuniti mencerminkan hubungan antara pengeluar, pengguna (secara berasingan daripada pesanan pertama, kedua, dsb.) dan pengurai, dinyatakan sama ada dengan bilangan individu organisma hidup, atau ph biojisim, atau tenaga yang terkandung di dalamnya, dikira per unit luas per unit masa.

Struktur trofik biasanya digambarkan sebagai piramid ekologi. Model grafik ini dibangunkan pada tahun 1927 oleh ahli zoologi Amerika Charles Elton. Asas piramid adalah tahap trofik pertama - tahap pengeluar, dan tingkat seterusnya piramid dibentuk oleh tahap berikutnya - pengguna pelbagai pesanan. Ketinggian semua blok adalah sama, dan panjangnya adalah berkadar dengan bilangan, biojisim atau tenaga pada tahap yang sepadan. Terdapat tiga cara untuk membina piramid ekologi.

Piramid tenaga mencerminkan jumlah aliran tenaga, kelajuan laluan jisim makanan melalui rantai makanan. Struktur biocenosis dipengaruhi pada tahap yang lebih besar bukan oleh jumlah tenaga tetap, tetapi oleh kadar pengeluaran makanan. Telah ditetapkan bahawa jumlah maksimum tenaga yang dipindahkan ke peringkat trofik seterusnya dalam beberapa kes boleh menjadi 30% daripada yang sebelumnya, dan ini adalah dalam kes terbaik. Dalam banyak biocenosis dan rantai makanan, jumlah tenaga yang dipindahkan boleh hanya 1%.

Pada tahun 1942, ahli ekologi Amerika R. Lindeman merumuskan undang-undang piramid tenaga (undang-undang 10 peratus), mengikut mana, secara purata, kira-kira 10% daripada tenaga yang diterima pada tahap sebelumnya piramid ekologi melepasi satu tahap trofik melalui rantai makanan ke tahap trofik yang lain. Selebihnya tenaga hilang dalam bentuk sinaran haba, pergerakan, dll. Hasil daripada proses metabolik, organisma kehilangan kira-kira 90% daripada semua tenaga dalam setiap pautan rantai makanan, yang dibelanjakan untuk mengekalkan fungsi penting mereka.

Jika seekor arnab makan 10 kg bahan tumbuhan, maka beratnya sendiri boleh meningkat sebanyak 1 kg. Seekor musang atau serigala, memakan 1 kg daging arnab, meningkatkan jisimnya hanya sebanyak 100 g Dalam tumbuhan berkayu, perkadaran ini jauh lebih rendah kerana fakta bahawa kayu tidak diserap dengan baik oleh organisma. Untuk rumput dan rumpai laut, nilai ini jauh lebih besar, kerana ia tidak mempunyai tisu yang sukar dihadam. Walau bagaimanapun, corak umum proses pemindahan tenaga kekal: lebih sedikit tenaga yang melalui tahap trofik atas berbanding dengan yang lebih rendah. Inilah sebabnya mengapa rantai makanan biasanya tidak boleh mempunyai lebih daripada 3-5 (jarang 6) pautan, dan piramid ekologi tidak boleh terdiri daripada sejumlah besar tingkat. Pautan terakhir rantai makanan, sama seperti tingkat atas piramid ekologi, akan menerima tenaga yang sangat sedikit sehingga tidak akan mencukupi jika bilangan organisma bertambah.

Pernyataan ini boleh dijelaskan dengan mengesan di mana tenaga makanan yang digunakan dibelanjakan (C). Sebahagian daripadanya pergi untuk membina sel baru, i.e. setiap kenaikan (P). Sebahagian daripada tenaga makanan dibelanjakan untuk metabolisme tenaga atau pernafasan. Oleh kerana kebolehcernaan makanan tidak boleh lengkap, iaitu 100%, sebahagian daripada makanan yang tidak dicerna dalam bentuk najis dikeluarkan dari badan (F). Persamaan kunci kira-kira akan kelihatan seperti ini:

C = R + R + F.

Memandangkan tenaga yang dibelanjakan untuk pernafasan tidak dipindahkan ke tahap trofik seterusnya dan meninggalkan ekosistem, menjadi jelas mengapa setiap tahap berikutnya akan sentiasa kurang daripada tahap sebelumnya. Inilah sebabnya mengapa haiwan pemangsa besar sentiasa jarang berlaku. Oleh itu, tidak ada pemangsa yang memakan serigala. Dalam kes ini, mereka tidak akan mempunyai makanan yang mencukupi, kerana serigala bilangannya sedikit.

Piramid biojisim ialah nisbah jisim organisma yang berlainan aras trofik. Biasanya dalam biocenoses daratan jumlah jisim pengeluar adalah lebih besar daripada setiap pautan berikutnya. Sebaliknya, jumlah jisim pengguna pesanan pertama adalah lebih besar daripada pengguna pesanan kedua, dsb. Jika organisma tidak terlalu berbeza dalam saiz, graf biasanya menghasilkan piramid bertingkat dengan hujung tirus. Jadi, untuk menghasilkan 1 kg daging lembu anda memerlukan 70-90 kg rumput segar.

Dalam ekosistem akuatik, anda juga boleh mendapatkan piramid biojisim terbalik, atau songsang, apabila biojisim pengeluar kurang daripada pengguna, dan kadangkala pengurai. Contohnya, di lautan, dengan produktiviti fitoplankton yang agak tinggi, jumlah jisimnya pada masa tertentu mungkin kurang daripada pengguna pengguna (ikan paus, ikan besar, kerang).

Piramid nombor dan biojisim mencerminkan statik sistem, iaitu mencirikan bilangan atau biojisim organisma dalam tempoh masa tertentu. Mereka tidak memberikan maklumat lengkap tentang struktur trofik ekosistem, walaupun mereka membenarkan menyelesaikan beberapa masalah praktikal, terutamanya yang berkaitan dengan mengekalkan kelestarian ekosistem. Piramid nombor membenarkan, sebagai contoh, untuk mengira jumlah tangkapan ikan atau menembak haiwan yang dibenarkan semasa musim memburu tanpa akibat untuk pembiakan normal mereka.

Piramid nombor ( nombor) mencerminkan bilangan organisma individu pada setiap peringkat. Sebagai contoh, untuk memberi makan seekor serigala, dia memerlukan sekurang-kurangnya beberapa ekor arnab untuk diburu; Untuk memberi makan arnab ini, anda memerlukan pelbagai jenis tumbuhan yang agak besar. Kadangkala piramid nombor boleh diterbalikkan, atau terbalik. Ini terpakai kepada rantai makanan hutan, di mana pokok berfungsi sebagai pengeluar dan serangga bertindak sebagai pengguna utama. Dalam kes ini, tahap pengguna utama secara berangka lebih kaya daripada tahap pengeluar (sebilangan besar serangga memakan satu pokok).

Spesies yang merupakan pengguna tidak boleh memusnahkan keseluruhan populasi mangsa yang berpotensi: jika tidak, ia akan mati sendiri. Seterusnya, tahap kesuburan mangsa berkembang secara evolusi dengan mengambil kira hakikat bahawa sebahagian daripada populasi akan dimusnahkan oleh pemangsa. Tetapi secara semula jadi, selalu ada sekatan ke atas bilangan pemangsa itu sendiri. Ini mengekalkan keseimbangan sistem.

Mana-mana populasi itu sendiri juga merupakan sistem biologi yang stabil. Untuk memastikan ini, ia secara berterusan menghasilkan semula spesiesnya dalam biogeocenosis di mana ia wujud. Undang-undang penyusunan diri biosfera adalah sedemikian rupa sehingga hubungan berkembang antara individu dalam populasi yang bertujuan untuk mengatur pelaksanaan fungsi ini. Khususnya, di bawah keadaan yang menggalakkan untuk kewujudan populasi, individunya mula membiak dengan lebih intensif. Ini membawa kepada persaingan antara individu (melalui wilayah, perempuan, dll.). Ia menjadi bermanfaat kepada penduduk jika sesetengah individu berhenti membiak dan pertumbuhan bilangan menjadi perlahan. Adalah jelas bahawa bagi seseorang individu, keengganan untuk mencipta zuriat adalah tidak normal, tetapi bagi populasi ia adalah tindak balas yang diperlukan kepada bilangannya yang berlebihan. Sebagai contoh, pada ketumpatan tertentu dalam komuniti tikus, hubungan dalaman mula menjadi lebih teruk. Pada masa yang sama, bentuk perhubungan yang agresif mula mengatasi hubungan yang komunikatif, dan situasi tekanan timbul. Yang terakhir membawa kepada kematian individu individu atau menghalang aliran hormon seks ke dalam darah dalam sesetengah daripada mereka.

Dengan kemerosotan mendadak dalam keadaan hidup (pemangsa telah membiak secara berlebihan, keadaan iklim bertambah buruk, makanan menjadi terhad, dan lain-lain), populasi mula merosot. Kemudian mekanisme semula jadi yang merangsang pembiakan diaktifkan. Tetapi populasi sentiasa berusaha untuk mencapai tahap optimum bilangannya, dan, oleh itu, proses pengawalan kendiri adalah ciri bagi mana-mana populasi. Oleh itu, biosfera ialah sistem di mana biogeocenosis bertindak sebagai subsistem. Setiap biogeocenosis, seterusnya, adalah sistem bebas di mana populasi bertindak sebagai subsistem. Di dalamnya, organisma individu adalah subsistem. Setiap organisma, secara semula jadi, adalah sistem biologi yang berasingan. Yang terakhir adalah unit asas metabolisme. Kitaran biogenik bahan pada skala planet hanya mungkin kerana semua organisma menjalankannya secara berterusan dengan alam sekitar. Dari organismalah bermulanya rantaian hubungan antara komponen bahan hidup. Dan rantai ini tidak boleh diganggu pada mana-mana peringkat, kerana semuanya saling berkaitan secara fungsional. Ini bermakna bahawa biosfera, sebagai hierarki integral, tertakluk kepada corak ini.



TAHAP TROFIK, koleksi organisma yang disatukan oleh sejenis pemakanan. Konsep aras trofik membolehkan kita memahami dinamik aliran tenaga dan struktur trofik yang menentukannya.

Organisma autotrof (terutamanya tumbuhan hijau) menduduki peringkat trofik pertama (pengeluar), herbivor menduduki peringkat kedua (pengguna urutan pertama), pemangsa yang memakan herbivor menduduki peringkat ketiga (pengguna peringkat kedua), dan pemangsa sekunder menduduki peringkat keempat (ketiga). -pesanan pengguna). Organisma rantai trofik yang berbeza, tetapi menerima makanan melalui bilangan pautan yang sama dalam rantai trofik, berada pada tahap trofik yang sama. Oleh itu, seekor lembu dan kumbang genus Siton yang memakan daun alfalfa adalah pengguna pesanan pertama. Hubungan sebenar antara tahap trofik dalam komuniti adalah sangat kompleks. Populasi spesies yang sama, mengambil bahagian dalam rantaian trofik yang berbeza, boleh berada pada tahap trofik yang berbeza, bergantung kepada sumber tenaga yang digunakan. Pada setiap peringkat trofik, makanan yang dimakan tidak diasimilasikan sepenuhnya, kerana sebahagian besar daripadanya dibelanjakan untuk metabolisme. Oleh itu, pengeluaran organisma setiap aras trofik berikutnya sentiasa kurang daripada pengeluaran aras trofik sebelumnya, secara purata 10 kali ganda. Jumlah relatif tenaga yang dipindahkan dari satu tahap trofik ke tahap yang lain dipanggil kecekapan ekologi komuniti atau kecekapan rantaian makanan.

Hubungan antara aras trofik yang berbeza (struktur trofik) boleh digambarkan secara grafik sebagai piramid ekologi, asasnya ialah tahap pertama (tahap pengeluar).

Piramid ekologi boleh terdiri daripada tiga jenis:
1) piramid nombor - mencerminkan bilangan organisma individu pada setiap peringkat;
2) piramid biojisim - jumlah berat kering, kandungan tenaga, atau ukuran lain bagi jumlah jisim hidup;
3) piramid tenaga - jumlah aliran tenaga.

Asas dalam piramid nombor dan biojisim mungkin lebih kecil daripada tahap berikutnya (bergantung kepada nisbah saiz pengeluar dan pengguna). Piramid tenaga sentiasa mengecil ke atas. Dalam ekosistem daratan, penurunan dalam jumlah tenaga yang ada biasanya disertai dengan penurunan dalam biojisim dan bilangan individu pada setiap aras trofik.

Piramid nombor (1) menunjukkan bahawa jika seorang budak lelaki hanya makan daging lembu selama satu tahun, maka dia memerlukan 4.5 ekor anak lembu, dan untuk memberi makan anak lembu itu perlu menyemai ladang seluas 4 hektar dengan tumbuhan alfalfa (2x10 (7)). (2) Dalam piramid biojisim (3) tenaga suria diambil kira Lucerne menggunakan 0.24% tenaga suria. Untuk mengumpul pengeluaran, anak lembu menggunakan 8% daripada tenaga terkumpul oleh alfalfa sepanjang tahun. 0.7% daripada tenaga yang terkumpul oleh anak lembu digunakan untuk perkembangan dan tumbesaran kanak-kanak sepanjang tahun Akibatnya, hanya lebih satu juta daripada tenaga suria yang jatuh di atas ladang seluas 4 hektar digunakan untuk memberi makan kepada kanak-kanak selama satu tahun. . (menurut Yu. Odum)

Apakah itu "TAHAP TROFIK"? Cara mengeja perkataan ini dengan betul. Konsep dan tafsiran.

TAHAP TROFIK TAHAP TROFIK ialah satu set organisma yang disatukan oleh sejenis pemakanan. Idea T. u. membolehkan kita memahami dinamik aliran tenaga dan faktor trofik yang menentukannya. struktur. Organisma autotrof (terutamanya tumbuhan hijau) menduduki T. - (pengeluar), herbivor - kedua (pengguna pesanan pertama), pemangsa memakan herbivor - ketiga (pengguna pesanan kedua), pemangsa sekunder - keempat (pengguna pesanan ketiga). Organisma tropika yang berbeza rantai, tetapi menerima makanan melalui bilangan pautan yang sama dalam trofik. rantai terletak pada satu T.u. Oleh itu, seekor lembu dan kumbang genus Siton yang memakan daun alfalfa adalah pengguna pesanan pertama. Hubungan sebenar antara T.u. dalam masyarakat sangat kompleks. Populasi spesies yang sama, mengambil bahagian dalam berbeza trofik litar, boleh terletak pada T.u. yang berbeza, bergantung kepada sumber tenaga yang digunakan. Pada setiap T.u. makanan yang dimakan tidak diasimilasikan sepenuhnya, kerana ini bermakna sebahagian daripadanya dibelanjakan untuk pertukaran. Oleh itu, penghasilan organisma setiap T berikutnya. sentiasa kurang daripada pengeluaran unit teknikal sebelumnya, secara purata 10 kali. Merujuk kepada jumlah tenaga yang dipindahkan daripada satu T.u. kepada yang lain, dipanggil ekologi, kecekapan komuniti atau kecekapan trofik. rantai. Nisbah perbezaan Itu. (struktur trofik) boleh digambarkan secara grafik dalam bentuk piramid ekologi, asasnya adalah tahap pertama (tahap pengeluar). ekologi piramid boleh terdiri daripada tiga jenis: 1) piramid nombor - mencerminkan bilangan jabatan. organisma pada setiap peringkat; 2) piramid biojisim - jumlah berat kering, kandungan tenaga atau ukuran lain bagi jumlah bahan hidup; 3) piramid tenaga - jumlah aliran tenaga. Asas dalam piramid nombor dan biojisim mungkin lebih kecil daripada tahap berikutnya (bergantung kepada nisbah saiz pengeluar dan pengguna). Piramid tenaga sentiasa mengecil ke atas. Dalam ekosistem daratan, pengurangan dalam jumlah tenaga yang ada biasanya disertai dengan penurunan dalam biojisim dan bilangan individu pada setiap tumbuhan Jenis piramid ekologi alfalfa rantaian trofik yang dipermudahkan - anak lembu - budak. Piramid nombor (1) menunjukkan bahawa jika seorang budak lelaki hanya makan daging lembu selama satu tahun, maka untuk ini dia memerlukan 4.5 anak lembu, dan untuk memberi makan anak lembu perlu menyemai ladang seluas 4 hektar dengan alfalfa (2-107 tumbuhan). ). Dalam piramid biojisim (2), bilangan individu digantikan dengan nilai biojisim. Piramid tenaga (3) mengambil kira tenaga suria. Alfalfa menggunakan 0.24% tenaga suria. Untuk mengumpul pengeluaran, anak lembu menggunakan 8% daripada tenaga terkumpul oleh alfalfa sepanjang tahun. Sepanjang tahun, 0.7% daripada tenaga yang terkumpul oleh anak lembu digunakan untuk perkembangan dan pertumbuhan kanak-kanak. Akibatnya, lebih sedikit daripada satu juta tenaga suria yang jatuh di atas ladang seluas 4 hektar digunakan untuk memberi makan kepada kanak-kanak selama satu tahun (menurut Yu. Odum)..(

Kementerian Pendidikan dan Sains Persekutuan Rusia

Institusi Pendidikan Belanjawan Negeri Persekutuan

pendidikan profesional yang lebih tinggi

"Universiti Negeri Vladimir

dinamakan sempena Alexander Grigorievich dan Nikolai Grigorievich Stoletov"

(VlGU)

Jabatan Ekologi

Kerja praktikal.

mengikut disiplin:

"Ekologi"

Selesai:

Seni. gr. VT-110

Shchegurov R.N.

Diterima:

Zabelina O.N.

Vladimir 2013

Bahagian teori.

Konsep ekosistem

Ekosistem- ialah sebarang set organisma hidup yang berinteraksi dan keadaan persekitaran. Ekosistem adalah, sebagai contoh, bukit semut, setompok hutan, landskap geografi, atau bahkan seluruh dunia.

Ekosistem terdiri daripada komponen hidup dan bukan hidup, masing-masing dipanggil biotik dan abiotik Komponen biotik ialah jenis makanan Mereka dibahagikan kepada organisma autotrof dan heterotropik.

Autotrof mensintesis bahan organik yang mereka perlukan daripada bahan bukan organik. Berdasarkan sumber tenaga untuk sintesis, mereka dibahagikan kepada dua jenis: photoautotrophs dan chemoautotrophs.

Fotoautotrof Tenaga suria digunakan untuk mensintesis bahan organik. Ini adalah tumbuhan hijau yang mempunyai klorofil (dan pigmen lain) dan menyerap cahaya matahari. Proses di mana penyerapannya berlaku dipanggil fotosintesis.

Kemoautotrof Tenaga kimia digunakan untuk mensintesis bahan organik. Ini adalah bakteria sulfur dan bakteria besi yang memperoleh tenaga daripada pengoksidaan sebatian besi dan sulfur. Chemoautotroph hanya memainkan peranan penting dalam ekosistem air bawah tanah. Peranan mereka dalam ekosistem daratan agak kecil.

Heterotrof Mereka menggunakan bahan organik yang disintesis oleh autotrof, dan bersama-sama dengan bahan ini mereka memperoleh tenaga. Oleh itu, heterotrof bergantung kepada kewujudannya pada autotrof, dan memahami pergantungan ini adalah perlu untuk memahami ekosistem.

Komponen tidak hidup, atau abiotik, ekosistem terutamanya merangkumi, pertama, tanah atau air, dan kedua, iklim.

Rantaian makanan dan aras trofik

Dalam ekosistem, bahan organik yang mengandungi tenaga dicipta oleh organisma autotrof dan berfungsi sebagai makanan (sumber bahan dan tenaga) untuk heterotrof. Contoh biasa: haiwan makan tumbuhan. Haiwan ini, pada gilirannya, boleh dimakan oleh haiwan lain, dan dengan cara ini tenaga boleh dipindahkan melalui beberapa organisma - setiap satu berikutnya memakan yang sebelumnya, membekalkannya dengan bahan mentah dan tenaga. Urutan ini dipanggil rantai makanan , dan setiap pautannya ialah aras trofik .

Dengan setiap pemindahan berturut-turut, kebanyakan (80 - 90%) tenaga berpotensi hilang, bertukar menjadi haba(peraturan 10%). Oleh itu, lebih pendek rantai makanan, lebih banyak tenaga tersedia untuk penduduk. Kehilangan tenaga semasa pemindahan dikaitkan dengan had bilangan pautan dalam rantai trofik, yang biasanya tidak melebihi 4 - 5, kerana semakin panjang rantai makanan, semakin rendah pengeluaran pautan terakhirnya berhubung dengan pengeluaran yang awal.

Tahap trofik pertama diduduki oleh pengeluar , yang merupakan autotrof, terutamanya tumbuhan hijau. Sesetengah prokariot, iaitu alga biru-hijau dan beberapa spesies bakteria, juga berfotosintesis, tetapi sumbangannya agak kecil. Fotosintesis menukar tenaga suria kepada tenaga kimia yang terkandung dalam molekul organik dari mana tisu mereka dibina. Bakteria kemosintetik juga memberi sumbangan kecil kepada penghasilan bahan organik.

Organisma peringkat trofik kedua dipanggil pengguna utama , ketiga - pengguna sekunder . Semua pengguna adalah heterotrof.

Terdapat dua jenis rantai makanan utama - ragut dan detrital. DALAM makanan ragut rantai, peringkat trofik pertama diduduki oleh tumbuhan hijau, yang kedua oleh haiwan ragut dan yang ketiga oleh pemangsa.

Bagaimanapun, mayat haiwan dan tumbuhan yang mati (detritus) masih mengandungi tenaga, seperti juga perkumuhan intravital, contohnya, air kencing dan najis. Bahan organik ini terurai pengurai. Oleh itu, makanan detrital rantaian bermula dengan sisa organik mati dan pergi lebih jauh ke organisma yang memakannya. Contohnya, haiwan mati ® larva lalat bangkai ® katak rumput.

Dalam rajah rantai makanan, setiap organisma diwakili sebagai memakan organisma lain daripada jenis yang sama. Walau bagaimanapun, hubungan makanan sebenar dalam ekosistem adalah jauh lebih kompleks, kerana haiwan boleh memakan pelbagai jenis organisma daripada rantai makanan yang sama atau berbeza. Oleh itu, rantai makanan tidak terasing antara satu sama lain, ia saling berkait rapat dan membentuk siratan makanan .

Piramid ekologi

Piramid ekologi menyatakan struktur trofik ekosistem dalam bentuk geometri. Ia dibina dengan superposisi segi empat tepat dengan lebar yang sama, tetapi panjang segi empat tepat mestilah berkadar dengan nilai parameter yang diukur. Dengan cara ini, piramid nombor, biojisim dan tenaga boleh diperolehi.

Piramid ini mencerminkan dua ciri asas mana-mana biocenosis apabila ia menunjukkan struktur trofiknya:

ketinggian mereka adalah berkadar dengan panjang rantai makanan yang dimaksudkan, i.e. bilangan aras trofik yang terkandung di dalamnya;

bentuknya lebih kurang mencerminkan kecekapan transformasi tenaga semasa peralihan dari satu tahap ke tahap yang lain.

Piramid nombor mewakili penghampiran paling mudah kepada kajian struktur trofik ekosistem. Peraturan asas telah ditetapkan mengikut mana dalam mana-mana persekitaran, apabila bergerak dari satu aras trofik ke yang lain, bilangan individu berkurangan dan saiznya bertambah (Rajah 1.1).

nasi. 1.1. Piramid ekologi nombor

Sebagai kesimpulan, kami perhatikan bahawa piramid nombor tidak ideal mencerminkan hubungan trofik dalam komuniti, kerana ia tidak mengambil kira sama ada saiz atau jisim individu.

Piramid biojisim lebih mencerminkan hubungan makanan dalam ekosistem, kerana ia menunjukkan biojisim (jisim kering) pada masa tertentu pada setiap peringkat rantai makanan (Rajah 1.2).

nasi. 1.2. Piramid biojisim. Jenis A adalah yang paling biasa.

Jenis B merujuk kepada piramid terbalik (lihat teks). Nombor bermakna

produk dinyatakan dalam g/m2

Adalah penting untuk memahami bahawa jumlah biojisim tidak mengandungi sebarang maklumat tentang kadar pembentukan atau penggunaannya.

Pengeluar bersaiz kecil, seperti alga, dicirikan oleh kadar pembiakan yang tinggi, yang seimbang dengan penggunaan intensif mereka oleh spesies lain dan kematian semula jadi. Oleh itu, walaupun biojisim mereka mungkin kecil berbanding dengan pengeluar besar (pokok), produktiviti mereka mungkin tidak kurang, kerana pokok mengumpul biojisim dalam jangka masa yang panjang. Satu kemungkinan akibat daripada ini ialah piramid terbalik biojisim yang ditunjukkan dalam Rajah 1.2, yang menerangkan komuniti Saluran Inggeris. Zooplankton mempunyai biojisim yang lebih besar daripada fitoplankton yang mereka makan.

Kesulitan sedemikian boleh dielakkan dengan menggunakan piramid tenaga. Piramid Tenaga dalam cara yang paling asas ia mencerminkan hubungan antara organisma pada tahap trofik yang berbeza. Setiap langkah piramid tenaga mencerminkan jumlah tenaga (seunit luas atau isipadu) yang melalui tahap trofik tertentu dalam tempoh tertentu (Rajah 1.3).

nasi. 1.3. Piramid tenaga. Nombor menunjukkan kuantiti

tenaga pada setiap aras trofik dalam kJ/m 2 tahun

Piramid tenaga membolehkan kita membandingkan bukan sahaja ekosistem yang berbeza, tetapi juga kepentingan relatif populasi dalam ekosistem yang sama, tanpa berakhir dengan piramid terbalik.

Produktiviti Ekosistem

Mana-mana ekosistem dicirikan oleh biojisim tertentu. Di bawah biojisim membayangkan jumlah jisim semua jirim hidupan, tumbuhan dan haiwan, yang hadir pada masa tertentu dalam ekosistem atau mana-mana bahagiannya. Biojisim biasanya dinyatakan dalam unit jisim dari segi bahan kering atau tenaga yang terkandung dalam jisim tertentu (J, kal). Biojisim terkumpul dalam tempoh masa tertentu (biasanya setahun) dipanggil produktiviti biologi. Dalam erti kata lain, produktiviti ialah kadar pengumpulan bahan organik (ia merangkumi semua pertumbuhan tisu tumbuhan, iaitu akar, daun, dll., serta peningkatan jisim tisu haiwan dalam tempoh masa tertentu).

Produktiviti ekosistem dibahagikan kepada primer dan sekunder. Produktiviti utama , atau pengeluaran primer, ialah kadar pengumpulan bahan organik oleh organisma autotrof.

Produktiviti utama pula dibahagikan kepada kasar dan bersih. Pengeluaran primer kasar - ini ialah jumlah jisim bahan organik yang disintesis oleh pengeluar dalam tempoh masa tertentu.

Sebahagian daripada bahan organik yang disintesis digunakan oleh tumbuhan atau pengeluar lain untuk mengekalkan fungsi penting mereka sendiri, i.e. dimakan semasa bernafas. Jika kita menolak daripada pengeluaran primer kasar bahan organik yang dibelanjakan untuk pernafasan pengeluar, kita memperoleh pengeluaran primer tulen .Ia tersedia untuk heterotrof (pengguna dan pengurai), yang, dengan memakan bahan organik yang disintesis oleh autotrof, menghasilkan produk sekunder .

] [ Bahasa Rusia ] [ Bahasa Ukraine ] [ Bahasa Belarus ] [ Kesusasteraan Rusia ] [ Kesusasteraan Belarus ] [ Kesusasteraan Ukraine ] [ Asas kesihatan ] [ Kesusasteraan asing ] [ Sejarah semula jadi ] [ Manusia, Masyarakat, Negeri ] [ Buku teks lain ]

§ 8. Tahap trofi. Piramid ekologi

Konsep aras trofik. Tahap trofi- Ini adalah koleksi organisma yang menduduki kedudukan tertentu dalam keseluruhan rantai makanan. KEPADA organisma yang menerima tenaga mereka daripada Matahari melalui bilangan langkah yang sama tergolong dalam aras trofik yang sama.

Urutan dan subordinasi kumpulan organisma yang dikaitkan dalam bentuk peringkat trofik ini mewakili aliran bahan dan tenaga dalam ekosistem, asas organisasinya.

Struktur tropika ekosistem. Hasil daripada urutan transformasi tenaga dalam rantai makanan, setiap komuniti organisma hidup dalam ekosistem memperoleh struktur trofik. Struktur trofik komuniti mencerminkan hubungan antara pengeluar, pengguna (secara berasingan daripada pesanan pertama, kedua, dsb.) dan pengurai, dinyatakan sama ada dengan bilangan individu organisma hidup, atau ph biojisim, atau tenaga yang terkandung di dalamnya, dikira per unit luas per unit masa.

Struktur trofik biasanya digambarkan sebagai piramid ekologi. Model grafik ini dibangunkan pada tahun 1927 oleh ahli zoologi Amerika Charles Elton. Asas piramid adalah tahap trofik pertama - tahap pengeluar, dan tingkat seterusnya piramid dibentuk oleh tahap berikutnya - pengguna pelbagai pesanan. Ketinggian semua blok adalah sama, dan panjangnya adalah berkadar dengan bilangan, biojisim atau tenaga pada tahap yang sepadan. Terdapat tiga cara untuk membina piramid ekologi.

1. Piramid nombor(kelimpahan) mencerminkan bilangan organisma individu pada setiap peringkat. Sebagai contoh, untuk memberi makan seekor serigala, dia memerlukan sekurang-kurangnya beberapa ekor arnab untuk diburu; Untuk memberi makan arnab ini, anda memerlukan pelbagai jenis tumbuhan yang agak besar. Kadangkala piramid nombor boleh diterbalikkan, atau terbalik. Ini terpakai kepada rantai makanan hutan, di mana pokok berfungsi sebagai pengeluar dan serangga bertindak sebagai pengguna utama. Dalam kes ini, tahap pengguna utama secara berangka lebih kaya daripada tahap pengeluar (sebilangan besar serangga memakan satu pokok).

2. Piramid biojisim- nisbah jisim organisma peringkat trofik yang berbeza. Biasanya dalam biocenoses daratan jumlah jisim pengeluar adalah lebih besar daripada setiap pautan berikutnya. Sebaliknya, jumlah jisim pengguna pesanan pertama adalah lebih besar daripada pengguna pesanan kedua, dsb. Jika organisma tidak terlalu berbeza dalam saiz, graf biasanya menghasilkan piramid bertingkat dengan hujung tirus. Jadi, untuk menghasilkan 1 kg daging lembu anda memerlukan 70-90 kg rumput segar.

Dalam ekosistem akuatik, anda juga boleh mendapatkan piramid biojisim terbalik, atau songsang, apabila biojisim pengeluar kurang daripada pengguna, dan kadangkala pengurai. Contohnya, di lautan, dengan produktiviti fitoplankton yang agak tinggi, jumlah jisimnya pada masa tertentu mungkin kurang daripada pengguna pengguna (ikan paus, ikan besar, kerang).

Piramid nombor dan biojisim mencerminkan statik sistem, iaitu, mereka mencirikan bilangan atau biojisim organisma dalam tempoh masa tertentu. Mereka tidak memberikan maklumat lengkap tentang struktur trofik ekosistem, walaupun mereka membenarkan menyelesaikan beberapa masalah praktikal, terutamanya yang berkaitan dengan mengekalkan kelestarian ekosistem. Piramid nombor membenarkan, sebagai contoh, untuk mengira jumlah tangkapan ikan atau menembak haiwan yang dibenarkan semasa musim memburu tanpa akibat untuk pembiakan normal mereka.

3. Piramid Tenaga mencerminkan jumlah aliran tenaga, kelajuan laluan jisim makanan melalui rantai makanan. Struktur biocenosis dipengaruhi pada tahap yang lebih besar bukan oleh jumlah tenaga tetap, tetapi oleh kadar pengeluaran makanan.

Telah ditetapkan bahawa jumlah maksimum tenaga yang dipindahkan ke peringkat trofik seterusnya dalam beberapa kes boleh menjadi 30% daripada yang sebelumnya, dan ini adalah dalam kes terbaik. Dalam banyak biocenosis dan rantai makanan, jumlah tenaga yang dipindahkan boleh hanya 1%.

Pada tahun 1942, ahli ekologi Amerika R. Lindeman merumuskan undang-undang piramid tenaga (undang-undang 10 peratus), mengikut mana, secara purata, kira-kira 10% daripada tenaga yang diterima pada tahap sebelumnya piramid ekologi melepasi satu tahap trofik melalui rantai makanan ke tahap trofik yang lain. Selebihnya tenaga hilang dalam bentuk sinaran haba, pergerakan, dll. Hasil daripada proses metabolik, organisma kehilangan kira-kira 90% daripada semua tenaga dalam setiap pautan rantai makanan, yang dibelanjakan untuk mengekalkan fungsi penting mereka.

Jika seekor arnab makan 10 kg bahan tumbuhan, maka beratnya sendiri boleh meningkat sebanyak 1 kg. Seekor musang atau serigala, memakan 1 kg daging arnab, meningkatkan jisimnya hanya sebanyak 100 g Dalam tumbuhan berkayu, perkadaran ini jauh lebih rendah kerana fakta bahawa kayu tidak diserap dengan baik oleh organisma. Untuk rumput dan rumpai laut, nilai ini jauh lebih besar, kerana ia tidak mempunyai tisu yang sukar dihadam. Walau bagaimanapun, corak umum proses pemindahan tenaga kekal: lebih sedikit tenaga yang melalui tahap trofik atas berbanding dengan yang lebih rendah.

Inilah sebabnya mengapa rantai makanan biasanya tidak boleh mempunyai lebih daripada 3-5 (jarang 6) pautan, dan piramid ekologi tidak boleh terdiri daripada sejumlah besar tingkat. Pautan terakhir rantai makanan, sama seperti tingkat atas piramid ekologi, akan menerima tenaga yang sangat sedikit sehingga tidak akan mencukupi jika bilangan organisma bertambah.

Pernyataan ini boleh dijelaskan dengan mengesan di mana tenaga makanan yang digunakan dibelanjakan (C). Sebahagian daripadanya pergi untuk membina sel baru, i.e. setiap kenaikan (P). Sebahagian daripada tenaga makanan dibelanjakan untuk metabolisme tenaga 7 atau untuk pernafasan (i?). Oleh kerana kebolehcernaan makanan tidak boleh lengkap, i.e. 100%, kemudian sebahagian daripada makanan yang tidak dicerna dalam bentuk najis dikeluarkan dari badan (F). Persamaan kunci kira-kira akan kelihatan seperti ini:

C = P+R + F .

Memandangkan tenaga yang dibelanjakan untuk pernafasan tidak dipindahkan ke tahap trofik seterusnya dan meninggalkan ekosistem, menjadi jelas mengapa setiap tahap berikutnya akan sentiasa kurang daripada tahap sebelumnya.

Inilah sebabnya mengapa haiwan pemangsa besar sentiasa jarang berlaku. Oleh itu, tidak ada pemangsa yang memakan serigala. Dalam kes ini, mereka tidak akan mempunyai makanan yang mencukupi, kerana serigala bilangannya sedikit.

Struktur trofik ekosistem dinyatakan dalam hubungan makanan yang kompleks antara spesies konstituennya. Piramid ekologi nombor, biojisim dan tenaga, yang digambarkan dalam bentuk model grafik, menyatakan hubungan kuantitatif organisma dengan kaedah pemakanan yang berbeza: pengeluar, pengguna dan pengurai.

1. Tentukan aras trofik. 2. Berikan contoh organisma yang tergolong dalam aras trofik yang sama. 3. Dengan prinsip apakah piramid ekologi dibina? 4. Mengapakah rantai makanan tidak boleh mengandungi lebih daripada 3 hingga 5 pautan?

Biologi am: Buku teks untuk gred ke-11 sekolah menengah 11 tahun, untuk peringkat asas dan lanjutan. N.D. Lisov, L.V. Kamlyuk, N.A. Lemeza et al. N.D. Lisova.- Mn.: Belarus, 2002.- 279 hlm.

Kandungan buku teks Biologi Am: Buku Teks untuk gred 11:

Bab 1. Spesies - unit kewujudan organisma hidup

• § 2. Populasi ialah unit struktur spesies. Ciri-ciri penduduk

Bab 2. Hubungan spesies, populasi dengan alam sekitar. Ekosistem

• § 6. Ekosistem. Sambungan organisma dalam ekosistem. Biogeocenosis, struktur biogeocenosis
• § 7. Pergerakan jirim dan tenaga dalam ekosistem. Litar kuasa dan rangkaian
• § 9. Peredaran bahan dan aliran tenaga dalam ekosistem. Produktiviti biocenosis

Bab 3. Pembentukan pandangan evolusi

• § 13. Prasyarat untuk kemunculan teori evolusi Charles Darwin
• § 14. Ciri-ciri umum teori evolusi Charles Darwin

Bab 4. Idea moden tentang evolusi

• § 18. Perkembangan teori evolusi pada zaman selepas Darwin. Teori evolusi sintetik
• § 19. Penduduk ialah unit asas evolusi. Prasyarat untuk evolusi

Bab 5. Asal usul dan perkembangan kehidupan di Bumi

• § 27. Perkembangan idea tentang asal usul kehidupan. Hipotesis tentang asal usul kehidupan di Bumi
• § 32. Peringkat utama evolusi flora dan fauna
• § 33. Kepelbagaian dunia organik moden. Prinsip taksonomi

Bab 6. Asal usul dan evolusi manusia

• § 35. Pembentukan idea tentang asal usul manusia. Tempat manusia dalam sistem zoologi
• § 36. Peringkat dan arah evolusi manusia. Pendahulu manusia. Orang terawal
• § 38. Faktor biologi dan sosial evolusi manusia. Perbezaan kualitatif seseorang