Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 44. Экосистема. Биогеоценоз Вспомните, что такое биоценоз. Что такое биотоп? Как вы думаете? Какие процессы связывают биоценоз и биотоп в единую биологическую систему, способную к длительному существованию? Вы узнаете о понятиях «экосистема», «биогеоценоз», о распределении организмов на группы в зависимости от их роли в обмене веществ и превращении энергии. Понятие экосистемы и биогеоценоза. Термин «экосистема» впервые был предложен английским экологом А. Т е н с л и в 1935 г. Экосистемы считаются основными структурными единицами природы на Земле. Экосистема — биологическая система, состоящая из живых орга- низмов и среды их обитания, связанных совокупностью связей, осущест- вляющих обмен веществом и энергией между ними. Для обозначения подобных систем на однородных участках суши русский геоботаник В. Н. С у к а ч е в в 1942 г. предложил термин «биогеоценоз». Биогеоценоз (от греч. biЂos — жизнь, geЂ — земля, koinoЂs — общий) — биологическая система, включающая сообщество живых организмов (биоценоз) и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды (биотоп) в пределах однородной территории, связанных между со- бой круговоротом веществ и потоком энергии. Как видно из приведенного определения, биогеоценоз включает две структурные части — биоценоз и биотоп. Каждая из этих частей состо- ит из определенных компонентов, которые между собой взаимосвязаны (рис. 75). Биогеоценоз и экосистема — близкие понятия, обозначающие био- системы одного уровня организации. Общим признаком для этих систем является наличие в них обмена веществом и энергией между живым и неживым компонентами. Однако вышеуказанные понятия не являются синонимами. Экосистемы имеют разную степень сложности, разные масштабы, они могут быть естественными (природными) и искусственными (созданны- Правообладатель Народная асвета 199 ми человеком). Экосистемы не имеют определенной размерности. Гнию- щий пень с населяющими его беспозвоночными, грибами и бактериями представляет собой экосистему небольшого масштаба (микроэкосистема). Озеро с водными и околоводными организмами является экосистемой среднего масштаба (мезоэкосистема). А море с его многообразием водо- рослей, рыб, моллюсков, ракообразных — экосистема крупного масштаба (макроэкосистема). Биогеоценоз отличается от экосистемы территориальной ограничен- ностью. Его границы определяются наземным растительным покровом (фитоценозом). Изменение растительности свидетельствует об изменении условий в биотопе и о границе с соседним биогеоценозом. Например, пере- ход от древесной растительности к травянистой свидетельствует о грани- це между лесным и луговым биогеоценозами. Биогеоценозы выделяют только на суше, так как их обязательным компонентом является почва. С точки зрения обеспечения питательными веществами биогеоценозы более автономны (независимы от других биогеоценозов), чем экосистемы. В каждом из устойчивых (существующих длительное время) биогеоце- нозов осуществляется достаточно полный круговорот веществ, сопоста- вимый по характеру с круговоротом веществ в биосфере планеты Земля, но только в гораздо меньшем масштабе. Экосистемы же более открытые системы для притока и оттока вещества и энергии. Это еще одно отличие биогеоценозов от экосистем. § 44. Экосистема. Биогеоценоз Рис. 75. Схема биогеоценоза Микоценоз Микробоценоз Зооценоз БИОЦЕНОЗ БИОТОП Фитоценоз Эдафотоп Гидротоп Климатоп Правообладатель Народная асвета 200 Глава 5. Экосистема — основная единица биосферы Следовательно, понятие «экосистема» более широкое, чем «биогеоце- ноз». Экосистемой можно назвать любой биогеоценоз, а вот биогеоцено- зом можно назвать только наземные экосистемы. Структурные и функциональные блоки экосистемы. В экосистеме виды организмов выполняют разные функции, благодаря которым осу- ществляется круговорот веществ. В зависимости от роли, которую виды играют в круговороте, их относят к разным функциональным блокам (группам): продуцентам, консументам и редуцентам. Продуценты (от лат. producens — создающий), или производители, — автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из ми- нерального с использованием энергии. Если для синтеза органическо- го вещества используется солнечная энергия, то продуцентов называют фотоавтотрофами. К фотоавтотрофам относятся все зеленые растения, водоросли, лишайники, цианобактерии, автотрофные протисты, зеленые и пурпурные бактерии. Продуценты, использующие для синтеза органи- ческого вещества энергию химических реакций окисления неорганиче- ских веществ, называются хемоавтотрофами. Ими являются железо- бактерии, бесцветные серобактерии, нитрифицирующие и водородные бактерии. Консументы (от лат. consumo — потребляю), или потребители, — гетеротрофные организмы, потребляющие живое органическое вещество и передающие содержащуюся в нем энергию по пищевым цепям. К ним относятся все животные и растения-паразиты. В зависимости от вида потребляемого органического вещества консументы разделяются на по- рядки. Организмы, потребляющие продуцентов, называются консумен- тами I порядка. К ним относятся растительноядные животные (саранча, грызуны, парно- и непарнокопытные животные) и растения-паразиты. Консументов I порядка потребляют консументы II порядка, которые пред- ставлены плотоядными животными. Консументами III и последующих порядков являются плотоядные животные, питающиеся консументами II и последующих порядков. Количество порядков консументов в эко- системе ограниченно и определяется объемом биомассы, созданной про- дуцентами. Редуценты (от лат. reducens — возвращающий), или разрушите- ли, — гетеротрофные организмы, разрушающие отмершее органическое вещество любого происхождения до минерального. В экологии отмершее органическое вещество, вовлекаемое в процесс разложения, называется детритом. Детрит (от лат. detritus — истертый) — отмершие остатки растений и грибов, трупы и экскременты животных с содержащимися в Правообладатель Народная асвета 201 них бактериями. Образующееся из детрита минеральное вещество нака- пливается в почве и в дальнейшем поглощается продуцентами. В процессе разложения детрита участвуют детритофаги и истинные редуценты. К детритофагам относятся мокрицы, ряд клещей, много- ножки, ногохвостки, жуки мертвоеды, некоторые насекомые и их ли- чинки, черви. Они потребляют детрит и в ходе жизнедеятельности оставляют содержащие органику экскременты. Истинными редуцен- тами считаются грибы, гетеротрофные протисты, почвенные бакте- рии, которые разрушают органическое вещество до минерального. Все представители детритофагов и редуцентов, отмирая, также образуют детрит. Роль редуцентов в природе очень велика. Без них в биосфере нака- пливались бы отмершие органические остатки, а минеральные вещества, необходимые продуцентам, иссякли бы. И жизнь на Земле в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы. Взаимосвязь функциональных групп в экосистеме можно показать на следующей схеме. Продуценты Консументы I порядка Детрит Детритофаги Минеральные вещества Редуценты Консументы II порядка Консументы III порядка В экосистеме с большим видовым разнообразием может осуществлять- ся взаимозаменяемость одного вида другим без нарушения функциональ- ной структуры. Повторим главное. Экосистема — биологическая система, состоя- щая из живых организмов и среды их обитания, связанных совокуп- ностью связей, осуществляющих обмен веществом и энергией между ними. Наземные экосистемы называют биогеоценозами. Биогеоце- ноз — совокупность биоценоза и биотопа, связанных между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Функциональными компо- нентами экосистемы являются продуценты, консументы и редуценты. § 44. Экосистема. Биогеоценоз Правообладатель Народная асвета 202 Глава 5. Экосистема — основная единица биосферы Ключевые вопросы. 1. Сравните определения понятий «биогеоценоз» и «экосистема». Что между ними общего? В чем отличие? 2. Какие из перечисленных экосистем можно назвать биогеоценозами: пойменный луг, озеро, дубрава, гнилой пень, море, хвойный лес, река? 3. В чем состоит роль продуцентов в экосистеме? Приведите примеры фото- и хемоав- тотрофов. Сложные вопросы. 1. Выберите три существенных признака экосистемы: 1) высокая численность видов консументов III порядка; 2) наличие круговорота веществ и потока энергии; 3) сезонные изменения температуры и влажности; 4) неравномерное распре- деление особей вида-эдификатора; 5) наличие продуцентов, консументов и редуцентов; 6) взаимосвязь абиотических и биотических компонентов. 2. Дайте экологический про- гноз возможных последствий в экосистеме, если в ней произойдет резкое сокращение численности детритофагов. § 45. Цепи и сети питания. Трофические уровни Вспомните, на какие функциональные группы в экосистеме разделяются организмы по роли в превращении вещества и энергии. Как вы думаете? Чем будут отличаться пищевые взаимоотношения, которые начинаются с зеленого растения и с листового опада? Вы узнаете о пастбищных и детритных цепях питания, о трофических уровнях и сети питания, обеспечивающей непрерывный круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме. Понятие о цепях питания. Трофические уровни. Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превращения энергии. Наиболее полный круговорот веществ происходит в наземных экосистемах — биогеоценозах. Он обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) связям между организмами разных видов, от- носящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из мине- ральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консу- ментам и претерпевают химические превращения. В результате жизне- деятельности редуцентов происходит разрушение органических веществ, входящих в состав отмерших организмов, до неорганических (СО 2 , NH 3 , H 2 S, H 2 O). Затем неорганические вещества используются продуцентами для создания новых органических веществ, которые с помощью консу- ментов снова вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не ис- пользовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безгранич- ны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в экосистеме Проверим знания Правообладатель Народная асвета 203 должны быть в наличии все три функциональные группы организмов. И между ними должно происходить постоянное взаимодействие в виде трофических связей с образованием трофических (пищевых) цепей, или цепей питания. Цепь питания (пищевая цепь) —последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источни- ка (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену).При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. Каждый организм в цепи питания относится к определенному трофи- ческому уровню. Трофический уровень — этосовокупность организмов, которые в зависимости от способа их питания и вида корма составляют определенное звено пищевой цепи. Трофические уровни принято нумеровать римскими цифрами. Первый трофический уровень составляют автотрофные организмы — растения (продуценты), ко второму трофическому уровню относятся растительно- ядные животные (консументы I порядка), к третьему и последующим уровням — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков). Пастбищные и детритные цепи. В зависимости от вида источника ве- щества и энергии цепи питания разделяют на два типа: пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения) (рис. 76, с. 204). Пастбищные цепи (цепи выедания) — пищевые цепи, которые на- чинаются с продуцентов и включают консументов разных порядков. В общем виде пастбищную цепь можно показать следующей схемой. Продуценты Консументы I порядка Консументы II порядка Консументы III порядка Например: пищевая цепь луга: клевер луговой бабочка лягуш- ка змея; пищевая цепь водоема: хламидомонада дафния пес- карь судак. Стрелки в схеме показывают направление переноса веще- ства и энергии в цепи питания. Это интересно. В природе почти все организмы питаются не одним, а не- сколькими видами корма. Следовательно, любой организм может находиться на разных трофических уровнях в одной и той же пищевой цепи в зависи- мости от характера корма. Например, ястреб, питаясь мышами, занимает третий трофический уровень, а поедая змей — четвертый. Кроме того, один и тот же организм может быть звеном разных пищевых цепей, связывая их между собой. Так, ястреб может съесть ящерицу, зайца или змею, которые входят в состав разных цепей питания. § 45. Цепи и сети питания. Трофические уровни Правообладатель Народная асвета 204 Глава 5. Экосистема — основная единица биосферы Детритные цепи (цепи разложения) — пищевые цепи, которые на- чинаются с отмерших органических остатков (детрита), включают де- тритофагов и редуцентов и заканчиваются образованием минеральных веществ. В детритных цепях происходит перенос вещества и энергии детрита между детритофагами и редуцентами через продукты их жизне- деятельности. Например: опавшие листья дождевые черви и мелкие членистоно- гие грибы гетеротрофные протисты почвенные бактерии, обра- зующие минеральные вещества. Если детрит не требует механического разрушения, то он сразу превращается в перегной (гумус) с последующей Редуценты, осуществляющие разложение органических веществ Продуценты Консументы I порядка Консументы II порядка Консументы III порядка Рис. 76. Цепи питания: пастбищные (вверху) и детритные (внизу) Правообладатель Народная асвета 205 минерализацией. Благодаря детритным цепям в природе замыкается кру- говорот веществ. Отмершее органическое вещество в детритных цепях превращается в минеральные вещества, которые поступают в среду, а из нее поглощаются растениями (продуцентами). Пастбищные цепи преиму- щественно располагаются в надземных, а цепи разложения — в подзем- ных ярусах экосистем. Сети питания. В природе пастбищные цепи в чистом виде не встреча- ются. Они связаны между собой и с детритными цепями общими пище- выми звеньями и образуют пищевую сеть, или сеть питания (рис. 77). Взаимосвязь пастбищных цепей с детритными осуществляется че- рез детрит, который образуется в результате отмирания продуцентов и Рис. 77. Упрощенная схема сети питания в лесной экосистеме Детритофаги и редуценты Консументы ІІІ порядка Трофический уровень IV Консументы ІІ порядка Трофический уровень ІII Консументы І порядка Трофический уровень ІI Продуценты Трофический уровень І § 45. Цепи и сети питания. Трофические уровни Правообладатель Народная асвета 206 Глава 5. Экосистема — основная единица биосферы консументов. Детритофаги и редуценты после отмирания также попол- няют запас детрита в экосистеме. В детритных цепях происходит разло- жение детрита до минеральных веществ, извлекаемых из почвы проду- центами. Таким образом, детритные цепи связаны с пастбищными через минеральные вещества. Кроме того, консументы пастбищных цепей могут поедать детритофагов (например, птицы дождевых червей) и крупных редуцентов, за счет чего между пастбищными и детритными цепями воз- никают дополнительные связи. Благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей в экосистеме формируется сложная пищевая сеть, обе- спечивающая постоянство процессов превращения вещества и энергии. Наличие в экосистеме пищевой сети способствует выживанию орга- низмов при недостатке определенного вида корма благодаря возможности использовать другой корм. И чем шире видовое разнообразие особей в экосистеме, тем больше пищевых цепей в составе пищевой сети и тем устойчивее экосистема. Выпадение одного звена из цепи питания не на- рушит всей экосистемы, так как могут быть использованы источники питания из других пищевых цепей. Повторим главное. В экосистеме продуценты, консументы и реду- центы связаны трофическими связями и образуют цепи питания. Со- вокупность организмов, которые составляют определенное звено пи- щевой цепи, называется трофическим уровнем. Трофические уровни принято нумеровать римскими цифрами. Различают два типа цепей питания: пастбищные и детритные. В природной экосистеме цепи пи- тания связаны между собой общими пищевыми звеньями и образуют единую пищевую сеть, или сеть питания экосистемы. Ключевые вопросы. 1. Чем отличаются пастбищные цепи от детритных? 2. Что такое трофический уровень? Почему один и тот же организм может относиться к разным тро- фическим уровням в разных цепях питания? 3. Благодаря чему пастбищные и детритные цепи в экосистеме образуют сеть питания? Какова ее роль в устойчивости экосистемы? Сложные вопросы. 1. Составьте пастбищную цепь питания, выбрав нужные звенья из следующих компонентов: осина, дятел, береза, синица, аист, гусеница березовой пяде- ницы, коршун. 2. Составьте детритную цепь питания, выбрав нужные звенья из следую- щих компонентов: змея, погибшая птица, почвенные бактерии, личинки мух, травяная лягушка, плесневые грибы, минеральные вещества. 3. Постройте пищевую сеть березо- вой рощи. Сеть должна состоять из четырех трофических уровней, каждый из которых должен содержать не менее трех компонентов. Проверим знания Правообладатель Народная асвета |