Цепи питания и правило экологической пирамиды

MOZOK.CLICK

Экосистемы и их функционирование

Основные понятия и ключевые термины: Цепи питания. Правило экологической пирамиды. Круговорот веществ и поток энергии. Вспомните! Что такое экосистема?

Что связывает эти организмы между собой?

Какие связи являются определяющими в функционировании экосистемы?

Внутри экосистемы обмен веществ, энергии и информации осуществляется благодаря деятельности продуцентов, консументов и редуцентов, связанных между собой пищевыми связями. Например, в лесу гусеница потребляет листья, их поедают синицы, на которых охотится ястреб. Такая последовательность называется цепью питания, а каждое её звено -трофическим уровнем. Цепь питания (трофическая цепь) — это последовательный ряд живых организмов, связанных пищевыми связями, отражающий передачу вещества и энергии в экосистеме. Термин «цепь питания» предложил Ч. Элтон в 1934 г. Первым звеном большинства цепей питания являются продуценты — автотрофные организмы. Следующие звенья трофических цепей занимают гетеротрофные консументы: растениеядные, хищные и всеядные животные. Остатки организмов ещё содержат органические вещества и энергию, поэтому могут быть использованы редуцентами.

Это сапротрофные бактерии, грибы и животные. Таким образом, функциональными компонентами экосистем являются продуценты, консументы и редуценты.

По источнику поступления энергии к консументам цепи питания делятся на пастбищные и детритные. Пастбищные, или цепи выедания (ил. 149), — это ряд организмов, который начина-

ется с зелёных растений (например, трава — зелёный кузнечик — ящерица — ястреб). Детритные, или цепи расщепления (ил. 150), — это ряд организмов, который начинается с мёртвого органического вещества (например, опавшие листья — дождевой червь — крот — лиса).

В любой экосистеме различные цепи питания не существуют отдельно друг от друга, а взаимосвязаны, поскольку один и тот же вид одновременно может быть звеном различных цепей питания. Переплетаясь, цепи питания формируют сеть питания (трофическую сеть) (ил. 151).

Итак, функционирование экосистем обеспечивается пищевыми связями, объединяющими продуцентов, консументов и редуцентов в цепи и сети.

Каковы основные закономерности функционирования экосистем?

обеспечивающих деятельность, существование и развитие экосистемы во времени. Основные закономерности функционирования экосистем таковы.

1. Правило экологической пирамиды (закон пирамиды энергии Р. Линдемана (1942), правило «десяти процентов»): экологическая эффективность каждого последующего звена примерно в 10 раз меньше предыдущего вследствие потерь энергии на каждом трофическом уровне.

Графически это правило можно изобразить в виде пирамиды, составленной из отдельных блоков (ил. 152). Экологическая пирамида -это графическое отображение трофической структуры цепи питания. В зависимости от показателя, положенного в основу, различают такие виды экологических пирамид:

• пирамида чисел — отражает количество особей в каждом уровне цепи питания; может быть обратной;

• пирамида биомассы — количество органического вещества; только прямого типа;

• пирамида энергии — количество энергии в пище; только прямого типа.

2. Закон однонаправленности потока энергии: энергия, которую получает экосистема, передается в одном направлении от продуцентов к консументам и редуцентам.

Эта закономерность иллюстрирует второй закон термодинамики: любой вид энергии в конце концов превращается в теплоту.

3. Закон внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и процессы, их связывающие, находятся в тесной взаимосвязи. Изменение одного из показателей неизбежно приводит к изменениям других при условии сохранения фундаментальных свойств — саморегуляции, самообновления и самовосстановления.

Итак, основные закономерности функционирования экосистем: правило экологической пирамиды, закон однонаправленности потока энергии и закон внутреннего динамического равновесия.

Что является основным условием функционирования экосистем?

Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме — перенесение веществ и энергии в экосистеме, осуществляемое при участии продуцентов, консументов и редуцентов. Источником энергии для подавляющего большинства экосистем нашей планеты является Солнце. Его энергию поглощают зелёные растения и «связывают» в органические вещества, образующиеся в процессах фотосинтеза. Далее эта связанная Солнечная энергия в виде зелёной органической массы (первичная продукция) поедается растениеядными животными, которые, в свою очередь, служат пищей для хищников.

Для понимания сути круговорота веществ и потока энергии в экосистемах следует запомнить, что круговорот веществ в экосистеме имеет циклический характер, а поток энергии — линейный. Питательные элементы и соединения, поступающие в организмы из абиотической части, в конце концов к нему и возвращаются в виде остатков или продуктов жизнедеятельности живых существ. В круговороте веществ участвует множество химических элементов и соединений, но важнейшими из них являются круговорот воды, кислорода, углекислого газа. Поток энергии в экосистемах имеет другую направленность. Энергия Солнца поступает в организмы, которые превращают её в химическую, механическую, световую, и при этом превращение одного вида энергии в другой, согласно второму закону термодинамики, сопровождается потерями в виде теплоты. В конце концов вся энергия, поступившая к живому компоненту экосистемы, рассеивается в среде (ил. 153).

Итак, в экосистемах происходит постоянный круговорот веществ и линейный поток энергии, что является обязательным условием их существования.

Задание на применение знаний

Распознайте названные организмы по экологической роли в сетях питания экосистем: 1) клевер луговой; 2) кузнечики зелёные; 3) мышь полевая; 4) заяц-русак; 5) жук-гробарик; 6) яблоня лесная; 7) улитка виноградная; 8) земляника; 9) жук-солнышко; 10) личинки мух; 11) лещина; 12) бактерии гниения. С помощью таблицы сравните роль продуцентов, консументов и редуцентов в экосистемах. Составьте несколько пастбищных цепей питания.

Сравнительная характеристика продуцентов, консументов и редуцентов

Практические упражнения «Построение экологических пирамид»

Упражнение 1. На основании правила экологической пирамиды определите, сколько фитопланктона необходимо, чтобы в Арктике смог вырасти и существовать один белый медведь весом 400 кг (цепь питания: фитопланктон — зоопланктон — рыбы — тюлени — белый медведь)? Постройте прямую экологическую пирамиду биомассы.

Упражнение 2. Жгутиковые одноклеточные животные являются паразитами блох, средой обитания для которых служат растениеядные млекопитающие. Постройте пирамиду численности (чисел) для цепи питания: травянистые растения (10 000) — растениеядные млекопитающие (1) — блохи (100) — одноклеточные животные-паразиты (1 000). Постройте обратную экологическую пирамиду численности.

ОТНОШЕНИЕ Биология + Геометрия

Как определяется площадь пирамиды? Почему экологическая закономерность, связанная с передачей энергии в цепях питания, названа правилом экологической пирамиды, а не правилом экологического треугольника?

Цепи питания и правило экологической пирамиды

Хорошая идея и удачная ее реализация могут принести огромное количество денег. Это хорошо знают люди, которые первыми сделали что-то в Интернете. Несмотря на постоянное расширение Всемирной Сети, незанятых ниш еще очень много, поэтому заработать здесь может практически каждый. Каждый, у кого есть идея заработка. Давайте посмотрим, насколько успешными оказались идеи молодых людей, ставших миллионерами.

Специфика заключается в необходимости быстро и безошибочно выполнять всевозможные арифметические операции при расчете с покупателями. Поэтому, очевидно, работа кассира определяется не только числом обслуженных покупателей, но и количеством оформленных чеков. Так, кассир продовольственного магазина обслуживает в среднем за смену 510 покупателей, оформляя при этом 1577 чеков.

Целесообразность производственной гимнастики подтверждается данными многочисленных исследований отечественных и зарубежных специалистов. Положительное влияние производственной гимнастики выражается в уменьшении профессиональной и общей заболеваемости, а также в улучшении физиологических показателей организма.

Сейчас даже люди, довольно далекие от Интернета, совершают покупки в интернете. При этом, по незнанию, многие «сетевые» покупатели тратят больше, чем могли бы, а порой просто теряют свои деньги на пустом месте. Бывает и так, что неопытные покупатели попадаются на удочку сетевых мошенников, и, в результате, теряют все свои деньги на определенной карте. Давайте посмотрим, что нужно делать, чтобы подобных проблем не случалось.

В торговле наиболее неблагоприятным фактором является микроклимат торговых помещений. Неприспособленность некоторых торговых помещений, недостаточно эффективные вентиляция и обогрев, несоответствие кубатуры помещений количеству людей, находящихся в торговом зале, нередко приводят к переохлаждению в зимнее и перегреванию в летнее время.

Рабочий стул должен быть хорошей опорой, поэтому при его конструировании предусматривается максимальное устранение статических мышечных напряжений, а также равномерное распределение усилий и давления. Для этого используются такие опоры, как подножки, подлокотники, спинки. Поскольку конструкция стула должна соответствовать анатомическим особенностям человека, сиденье, спинка, подлокотники делают подвижными, чтобы можно было менять их по высоте и расстоянию от стола.

Значительно доступнее для учащихся ролевые игры. При анализе какой-либо сложной или конфликтной ситуации паре учащихся предлагается взять на себя роли трудного покупателя и продавца и выступить друг против друга. По ходу игры участники оценивают исполнение каждым «актером» своей роли, принимают или отвергают трактовку роли покупателя, критикуют поведение продавца.

Стиль общения с потребителями – один из главных компонентов культуры обслуживания. Неумелое, неквалифицированное обслуживание посетителей нередко оборачивается для предприятия ухудшением экономических показателей, для потребителей – обидой и раздражением, а для персонала – снижением морального удовлетворения от своего труда и нервным перенапряжением, которое может привести к ухудшению здоровья.

При жизни Ч. Дарвина не хватало палеонтологических данных для воссоздания картины эволюции человека. Однако последующие находки ископаемых остатков вымерших обезьян третичного периода позволили выяснить пути развития человека. Древние узконосые человекообразные обезьяны были небольших размеров, задние конечности у них были несколько длиннее, а передние – короче, чем у современных обезьян.

Логичное продолжение развития знаний движущих сил эволюции – изучение искусственного отбора, который в совокупности с наследственной изменчивостью ведет к созданию новых сортов и пород. В связи с этим главная задача урока состоит в том, чтобы учащиеся усвоили знания движущих сил эволюции культурных форм – наследственной изменчивости и искусственного отбора, его ведущей, творческой роли и овладели умениями использовать знания для объяснения процесса создания новых культурных форм, хорошо поняли, что представляет собой сорт и порода.

Изучение нового материала следует проводить на основе метода беседы, работы с учебником. Проверка знаний биосферы, живого вещества, факторов, определяющих границы распространения жизни на Земле, подготавливает школьников к рассмотрению закономерностей распределения биомассы на планете. Сначала их внимание учитель привлекает к рассмотрению поверхности суши, распределению биомассы на разных ее участках. Знание физической географии позволит обсудить вопрос о растительном и животном мире разных климатических зон и выявить наибольшее богатство органического мира и плотность жизни в тропиках, постепенное ее обеднение к северу и югу от экватора.

Для изучения методов выведения белой украинской породы свиней можно предложить учащимся прочитать в статью «Породы, полученные на основе межпородного скрещивания», а затем обсудить этапы работы и используемые методы, сравнить признаки исходных форм и выведенной породы. Можно также использовать иной путь изучения материала. Учитель сообщает о талантливом селекционере М. Ф. Иванове, который вывел названную породу. Затем он выписывает на доске этапы работы над созданием породы и обсуждает со школьниками каждый этап.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ

Раздел IV. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Биогеоценоз. Взаимосвязи популяций в биогеоценозе. Цепи питания. Правило экологической пирамиды. Саморегуляция. Смена биогеоценозов

Биогеоценоз — это комплекс живых существ (биоценоз) и абиотической среды, в которую входит и занимаемая организмами территория.

Экосистема — это совокупность совместно обитающих организмов и абиотических факторов, функционирующая как единое целое.

Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. Понятие экосистемы шире, чем понятие биогеоценоза. Экосистема может быть представлена прудом, болотом, лужей, муравейником, горным хребтом и, наконец, биосферой в целом. Биогеоценоз — это экосистема, границы которой определены растительным сообществом — фитоценозом (дубравы, степи, хвойные леса и т. д.), то есть биогеоценоз — это частный случай экосистемы.

Совокупность всех биогеоценозов планеты образует глобальную экосистему, которая называется биосферой.

В любом биогеоценозе можно выделить четыре структурных звена:

1. Факторы неживой природы, или абиотические факторы. Биоценоз находится в постоянном обмене веществом и энергией с неживой природой.

2. Первичные продуценты. Это главным образом зеленые растения, в результате жизнедеятельности которых образуются органические вещества, служащие источником энергии для остального населения биогеозеноза. К первичным продуцентам также относятся фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии.

3. Консументы, или потребители, — организмы, которые живут за счет питательных веществ, созданных продуцентами. Консументы образуют вторичную продукцию экосистемы.

4. Редуценты, или разлагатели, — это комплекс организмов, разлагающих мертвое органическое вещество до минеральных соединений. К ним относятся бактерии, грибы, простейшие и многие многоклеточные животные, например дождевые черви. Фотосинтезирующие организмы образуют сложные органические вещества из простых неорганических под действием энергии Солнца. Образованные органические вещества обладают скрытой энергией химических связей, которая высвобождается при их расщеплении гетеротрофными организмами. При этом гетеротрофные организмы синтезируют новые органические соединения, а продукты их жизнедеятельности, например диоксид углерода, аммиак и др., в свою очередь, используются автотрофами. В результате в границах биогеоценоза создается круговорот биогенных элементов и поток энергии. Энергия Солнца поддерживает этот циклический процесс и компенсирует потери энергии в системе, возникающие в результате теплового излучения.

В биоценозе постоянно происходит перенос веществ и энергии, заключенной в пище, в результате поедания одних организмов или продуктов их жизнедеятельности другими организмами. Таким образом, в результате соединения отдельных звеньев образуется цепь питания, например: фитопланктон — зоопланктон — мелкие рыбы — хищные рыбы — человек (или другое млекопитающее, птицы). В биоценозе одновременно формируются несколько пищевых цепей, которые тесно переплетаются и образуют пищевую, или трофическую, сеть.

В биоценозе все компоненты последовательно распределены по трофическим уровням цепей питания и их взаимодействующим сочетаниям — пищевым сетям. В результате складывается единая функциональная система обмена веществ и превращения энергии в рамках биоценоза.

Первый трофический уровень экосистемы образуют автотрофы — зеленые растения, фото- и хемосинтезирующие бактерии.

Второй уровень цепи питания образуют растительноядные животные, а также паразитические высшие и низшие растения.

К третьему трофическому уровню относятся плотоядные животные, которые питаются травоядными. Это хищники первого порядка — насекомоядные птицы, мелкие млекопитающие, рептилии, амфибии. Сюда же относятся и паразиты этих животных.

Четвертый трофический уровень представлен более крупными плотоядными животными — хищниками второго порядка и их паразитами.

Пятый трофический уровень занимают редуценты (деструкторы), потребляющие мертвое органическое вещество. К ним принадлежат беспозвоночные животные-сапрофаги, растения-сапрофаги, гетеротрофные микроорганизмы, грибы, простейшие.

В биогеоценозах одновременно существуют высшие и низшие формы живых организмов: бактерии, низшие растения, грибы, различные беспозвоночные и позвоночные животные. Это возможно потому, что разные формы живых существ занимают определенную часть среды обитания, где конкуренция с другими организмами сводится к минимуму. Такое место в структуре биогеоценоза называется экологической нишей. Экологическая ниша характеризует биологическую специализацию данного организма или популяции, в частности, и в цепи питания.

Организмы, ведущие сходный образ жизни, живут в разных местообитаниях, поскольку между ними возникает межвидовая конкуренция. Поэтому определенная экологическая ниша занята только одним видом. Если разные виды живут в одних условиях, то они различаются по пищевому спектру, суточной активности, поведению и т. д. Каждый из этих видов использует только часть доступной ему энергии из органического вещества, а непригодные ему остатки используются другими организмами пищевой цепи.

Поток энергии, идущий от растений через растительноядных животных, называется пастбищной пищевой цепью.

Мертвое органическое вещество, которое не используется консументами, например остатки растений, трупы животных, экскременты, называется детритом. Поток энергии, который начинается от мертвого органического вещества и проходит через цепь разлагателей, называется детритной пищевой цепью.

Отличие в функционировании пастбищной и детритной пищевых цепей заключается в том, что в пастбищной пищевой цепи мертвое органическое вещество не используется, а в детритной — используется до полного его разложения. При этом его энергия расходуется редуцентами на процессы жизнедеятельности или рассеивается в виде тепла.

В цепях питания существует закономерность, отражающая эффективность использования и превращения энергии в процессе питания живых организмов. На каждом последующем трофическом уровне утилизируется лишь 5-15% энергии биомассы, которая превращается во вновь построенное органическое вещество. Остальная энергия рассеивается в виде тепла или просто не усваивается. Таким образом, в результате неминуемой потери энергии количество образующегося органического вещества на каждом следующем пищевом уровне резко уменьшается. КПД каждого звена в среднем составляет около 10%. Поэтому цепи питания состоят не более чем из 4—6 пищевых уровней.

Так, для образования 1 кг массы тела дельфина нужно 10 кг съеденной рыбы, а этим рыбам нужно 100 кг беспозвоночных животных, которым, в свою очередь, требуется 1000 кг фитопланктона. Если эти величины изобразить в соответствующем масштабе и разместить в порядке зависимости, то образуется пирамида, которая получила название экологической пирамиды. На основе правила экологической пирамиды можно рассчитать количественные соотношения разных видов животных и растений в экосистемах.

Различают несколько типов экологических пирамид: пирамида чисел отражает число особей на каждом уровне пищевой цепи; пирамида биомассы — количественное соотношение органического вещества; пирамида энергии — количество энергии в пище каждого трофического уровня.

Для любой экосистемы характерны два основных показателя — продукция и биомасса.

Биомасса — это суммарная масса особей сообщества организмов, произведенная за единицу времени и соотнесенная к единице площади или объема местообитания данного биоценоза.

Продукция — это суммарная биомасса, образованная в экосистеме за определенное время. Различают первичную продукцию, произведенную автотрофными организмами (продуцентами), и вторичную продукцию, которую образуют гетеротрофные организмы — консументы и редуценты.

Общая биомасса живого вещества на Земле составляет около 2000 млрд. т. Биомасса наземных зеленых растений образует более 90% от этого числа. Остальные 10% приходятся на водную растительность и гетеротрофные организмы.

Ограничивающими факторами для распространения наземной растительности, помимо света, являются температура и влажность среды. Поэтому основная биомасса растений приходится на тропические области (около 55%). В полярных и пустынных областях биомасса растений значительно ниже — всего около 12%.

Биомасса животных суши значительно меньше биомассы растений. Среди гетеротрофных организмов наиболее высокие показатели биомассы имеют почвенные организмы (микроорганизмы и беспозвоночные) по сравнению с наземными животными. В сравнении с сушей биомасса Мирового океана в сотни раз меньше и здесь наблюдается иное соотношение между биомассами автотрофов и гетеротрофов. Так, биомасса морских животных и микроорганизмов почти в 20 раз больше, чем биомасса водорослей и планктона.

На уровне биогеоценоза осуществляется взаимное влияние сообщества живых организмов и абиотической среды, что поддерживает существование экосистемы в целом. Между живым и неживым компонентами биогеоценоза происходит непрерывный обмен органическими и неорганическими веществами: это процессы фотосинтеза, гниения, всасывания воды и минеральных веществ корнями растений и т.д. Таким образом, живые существа и среда их обитания связаны между собой потоками вещества и энергии, что и обеспечивает целостность биогеоценозов.

Целостность биогеоценозов определяет их важнейшее свойство — самовоспроизводство. Живые организмы питаются, растут, размножаются, используя энергию и пищу, получаемую из среды обитания. В свою очередь, живые организмы в процессе жизнедеятельности воссоздают свою среду обитания.

Возникающее равновесие между организмами и средой обитания в биогеоценозе является условием проявления устойчивости экосистемы. На уровне экосистем набор видов, формы взаимодействия между популяциями разных видов, трофические сети — отражают приспособленность организмов к условиям среды и направлены на устойчивое поддержание круговорота веществ в данных условиях.

Если в экосистеме происходят нарушения, не затрагивающие средние характеристики среды, то принципиальная структура биоценоза сохраняются (например, сезонные колебания численности). При существенных нарушениях состава биоценоза возникают временные, неустойчивые, сменяющие друг друга сообщества. Результатом этого процесса может являться восстановление исходного типа биоценоза. При необратимых изменениях среды происходит смена типов сообществ и формирование новой устойчивой экосистемы.

В устойчивых экосистемах происходит естественный процесс саморегуляции. Саморегуляция — это свойство экосистемы автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне численность популяций, соотношение полов, рождаемость и смертность и т. д. В основе поддержания относительно стабильной численности популяции лежат трофические связи в пищевых сетях (например, хищник — жертва, паразит — хозяин и пр.).

Массовое размножение видов в экосистеме регулируется с помощью прямых и обратных связей, формирующихся в пищевых цепях. При благоприятных погодных условиях сильно возрастает биомасса растений, ими питаются травоядные животные и их число также возрастает. Травоядные животные служат пищей хищникам, а чем больше пищи, тем более многочисленное потомство производит хищник.

Массовое развитие хищников приводит к резкому снижению числа жертв, что в итоге выражается в снижении числа хищников. В результате равновесие в системе хищник — жертва восстанавливается.

Сообщества организмов изменяются во времени, при этом изменения затрагивают видовое разнообразие, количественные показатели, структуру пищевых сетей, продуктивность и т. д. Смена биогеоценозов — длительный процесс. В этом состоит его главное отличие от сезонных колебаний популяционных показателей. В определенном местообитании происходит закономерная смена популяций различных видов в строго определенной последовательности. Этот процесс называется экологической сукцессией.

Устойчивое сообщество характеризуется равновесием. Это означает, что суммарная продукция автотрофных организмов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам, которые идут на обеспечение жизнедеятельности входящих в сообщество организмов. Поэтому биомасса в такой системе остается постоянной, а сама система — равновесной.

Существует несколько типов равновесия в сообществах. Рассмотрим основные из них.

Первый тип характерен для замкнутого сообщества: дополнительная продукция в него не поступает, а собственная продукция целиком остается внутри экосистемы.

Второй тип характерен для некоторых экосистем текучей воды: органическое вещество, помимо его образования автотрофами, еще привносится извне. В этом случае затраты энергии сообщества равны суммарной продукции самого сообщества, суммированной с продукцией, поступающей извне.

Третий тип равновесия свойственен агробиоценозам (сельскохозяйственным экосистемам). В них часть продукции изымается человеком, поэтому равновесие может быть достигнуто только в том случае, если общие затраты энергии равны величине продукции, которая остается в системе после изъятия ее части.

Если затраты в экосистеме станут меньше валовой первичной продукции, то будет происходить накопление органического вещества, если больше — его исчезновение. В любом случае нарушение равновесия будет вызывать изменения сообщества — популяции одних видов будут сменяться популяциями других видов. Это и определяет сущность экологической сукцессии. Особенность процесса сукцессии состоит в том, что изменения в сообществах всегда направлены на достижение равновесного состояния в системе.

Сукцессия проходит в несколько стадий, которые сменяют друг друга до достижения устойчивого равновесия.

Если сукцессия начинается на ранее безжизненном месте, например песчаной дюне, скале и т. д., она называется первичной. Сообщества, развивающиеся на месте ранее существовавших биогеоценозов, представляют собой вторичную сукцессию.

Выделяют четыре типа сукцессионных изменений:

1. В процессе сукцессии происходит непрерывная смена видов, образующих сообщество.

2. Сукцессионнные изменения приводят к повышению видового разнообразия.

3. В результате сукцессии происходит накопление органического вещества и образование гумуса.

4. Чистая продукция сообщества снижается, и повышаются его энергетические затраты.

При поедании одних организмов другими вещество и пища переходят на следующий трофический уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей; количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения к животному составляет около 10 %, а от животного к животному – 20 %. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.

Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального использования. Эффективность экосистем может быть повышена за счёт повышения урожайности, уменьшения помех со стороны других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определённый промежуток времени без ущерба для её дальнейшей продуктивности).

Н.В. Чебышев, С. В. Кузнецов, С. Г. Зайчикова «Биология. Пособие для поступающих в вузы» Москва «Новая волна» 2001 г.

Т. Л. Богданова, Е. А, Солодова «Биология. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы» Москва «АСТ – ПРЕСС» 2001 г.

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. – М., 2000.

Одум Ю. Основы экологии. М., 1975

Уиттекер Н.М. Сообщества и экосистемы. – М., 1980.

Энциклопедия «Кругосвет» CD

Справочник по биологии под редакцией Л. И. Белецкая Киев «Наукова думка»

Учебник 9-10 кл. «Общая биология» под редакцией Полянского Ю. И.

Диффузный (случайный) встречается в природе часто, особи располагаются случайно, нераномерно.

Агрегированный (групповой, мозаичный) выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются достаточно большие незаселенные территории.

Экологическая дифференциация человечества подразумевает географическую приуроченность разных признаков организма и свидетельствует об устойчивых приспособительных реакциях у человечества. Особенности:

Независимо от расовой и этнической принадлежности реакция организма на одни и те же воздействия идет в одном и том же направлении.

Норма реакции осуществляется в пределах границ, присущих этнической группе, что говорит о генетической природе реакции.

Наличие у всех человеческих популяций компенсаторных реакций по отношению к их ОС.

Адаптации у человека проявляются в 2 формах:

Неспецифическая, связанных с общим повышением иммунных свойств и усилением устойчивости организма к неблагоприятным факторам.

Специфическая, узко направлена на приспособление к определенным условиям ОС (на холод, повышение теплопродукции).

Арктический. Характерно приспособление к влажному холодному климату и кислородной недостаточности. Повышение газообмена, высокое содержание иммуноглобулина и холестерина. Уменьшение длины конечностей.

Жители пустыни. Сухость, высокая температура. Повышенная теплоотдача, за счет испарения и длинные конечности и истощенное тело.

Жители высокогорья. Пониженная температура, гипоксия. Широкая грудная клетка, большая ЖЕЛ, больше эритроцитов, выше уровень гемоглобина, выше уровень окислительных ферментов.

В связи с разработкой в Тюмени газовых месторождений на севере Тюменской области, приток пришлого населения резко увеличился. Лица пребывающие на севере испытывают: адаптационное напряжение, климатический дискомфорт.

Существует 2 вида организации труда:

Вахтовый. Радиус доставки рабочих 10-100км

Экспедиционно-вахтовый. Радиус доставки 1000 км. Более опасный, смена часовых поясов.

Задачи медиков: изучение, людей при отправке, резервных возможностей организма. Биоритмологический подход.

Вопрос 23. Экология человека. Ее определение, методы и задачи. Характеристика среды обитания людей и интегральный критерий качества среды. Пути воздействия человека на среду и компенсаторные возможности среды.

С 20 века произошел поворот в истории человечества и антропогенный фактор – человек занял абсолютно доминантное место среди всех остальных факторов воздействия на среду. В середине 20 века стояла проблема – атомная война, а теперь экологическая катастрофа.

Экология человека – наука, изучающая взаимодействие человека, как биосоциального существа, со сложным многокомпонентным окружающим миром, с динамичной, постоянно усложняющейся ОС. Отсюда экология человека – не только накопление медико-биологических, физиологических медицинских знаний, но прежде всего наука изучающая методы нравственного и духовного воспитания человека и прежде всего и прежде всего перестройка его мышления.

Задачи: требует усилия ученых практически всех специальностей. Физиологи, биологи, патологи, гигиенисты, токсикологи, каждый со своей позиции, но учитывая общие интересы, должны рассматривать разрабатываемые проблемы с точки зрения экологии.

Экосвязь человек – природа может быть как прямой, так и обратной.

Уровни экосвязей человека:

Индивидуальный. Подразумевает взаимоотношение индивидуума с окружающей средой.

Групповой. На уровне популяции.

Глобальный. Взаимоотношение всего человечества с ОС.

Сегодня антропогенный фактор самый мощный. Минимальная единица экологической антропогенной экосистемы считается индивидуальное жилище человека, а максимальная – вся ноосфера.

Важнейшие современные антропогенные экосистемы – города, сельские поселения.

Ведущую роль занимают города. Экологи сравнивают города с раковой опухолью, идет слияние соседних городов с образованием мегаполисов.

Специфика среды обитания людей заключается в том, что человек способен заселить любую экологическую нишу, уничтожив привычную ОС.

В условиях нарастания экокризиса необходим единый интегральный критерий качества среды. Согласно уставу ВОЗ (1968), этим критерием служит состояние здоровья населения. Основные пути воздействия на среду человека, заключается в расходовании естественных богатств, загрязнении среды, истребления видов, разрушение биогеоценозов.

Все ресурсы делятся на 2 группы:

Невосполнимые. Нефть, газ, водные ресурсы.

Восполнимые. На воспроизводство утраченных компонентов уходит время (100-1000 лет). Чтобы восполнить утраченный компонент нужен минимум воспроизводимого субстрата, из которого восстановится исходный оптимум. Существует порог воспроизведения, ниже которого компенсаторные возможности среды равны 0.

Цепи и сети питания. Экологические пирамиды

Пастбищные и детритные цепи. Трофические уровни

Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превращения энергии. Оно обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) связям между видами, относящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из минеральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консументам и претерпевают химические превращения. В результате жизнедеятельности преимущественно редуцентов атомы основных биогенных химических элементов переходят из органических веществ в неорганические (СО2, NH3, H2S, H2O). Затем неорганические вещества используются продуцентами для создания из них новых органических веществ. А они снова с помощью продуцентов вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не использовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безграничны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в экосистеме 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 источника (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену).

При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. В зависимости от вида исходного источника вещества и энергии цепи питания подразделяют на два типа: пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения).

Пастбищные цепи (цепи выедания) — пищевые цепи, которые начинаются 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: 1) пищевая цепь луга: клевер луговой — бабочка — лягушка — змея; 2) пищевая цепь водоема: хламидомонада — дафния — пескарь — судак. Стрелки в схеме показывают направление переноса вещества и энергии в цепи питания.

Каждый организм в цепи питания относится к определенному трофическому уровню.

Трофический уровень — совокупность организмов, которые в зависимости от способа их питания и вида корма составляют определенное звено пищевой цепи.

Трофические уровни принято нумеровать. Первый трофический уровень составляют автотрофные организмы — растения (продуценты), на втором трофическом уровне находятся растительноядные животные (консументы I порядка), на третьем и последующих уровнях — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков).

В природе почти все организмы питаются не одним, а несколькими видами корма. Следовательно, любой организм может находиться на разных трофических уровнях в одной и той же пищевой цепи в зависимости 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.

В природе пастбищные цепи в чистом виде не встречаются. Они связаны между собой общими пищевыми звеньями и образуют пищевую сеть, или сеть питания. Ее наличие в экосистеме способствует выживанию организмов 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 нарушит всей экосистемы, так как могут быть использованы источники питания из других пищевых цепей.

Детритные цепи (цепи разложения) — пищевые цепи, которые начинаются с детрита, включают детритофагов и редуцентов и заканчиваются минеральными веществами. В детритных цепях происходит перенос вещества и энергии детрита между детритофагами и редуцентами через продукты их жизнедеятельности.

Например: погибшая птица — личинки мух — плесневые грибы — бактерии — минеральные вещества. Если детрит не требует механического разрушения, то он сразу превращается в перегной с последующей минерализацией.

Благодаря детритным цепям в природе замыкается круговорот веществ. Отмершие органические вещества в детритных цепях превращаются в минеральные, которые поступают в среду, а из нее поглощаются растениями (продуцентами).

Пастбищные цепи преимущественно располагаются в надземных, а цепи разложения — в подземных ярусах экосистем. Взаимосвязь пастбищных цепей с детритными осуществляется через детрит, попадающий в почву. Детритные цепи связаны с пастбищными через минеральные вещества, извлекаемые из почвы продуцентами. Благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей в экосистеме формируется сложная пищевая сеть, обеспечивающая постоянство процессов превращения вещества и энергии.

Экологические пирамиды

Процесс превращения вещества и энергии в пастбищных цепях имеет определенные закономерности. На каждом трофическом уровне пастбищной цепи не вся съеденная биомасса идет на образование биомассы консументов данного уровня. Значительная ее часть затрачивается на процессы жизнедеятельности организмов: движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д. Кроме того, часть корма не усваивается и в виде продуктов жизнедеятельности попадает в окружающую среду. Другими словами, большая часть вещества и содержащейся в нем энергии при переходе от одного трофического уровня к другому теряется. Процент усвояемости сильно варьирует и зависит от состава пищи и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что на каждом трофическом уровне пищевой цепи теряется в среднем около 90 % энергии, и только 10 % переходит на следующий уровень. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал эту закономерность как правило 10 %. Используя это правило, можно рассчитать количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.

Если на каждом трофическом уровне пищевой цепи определить число особей, или их биомассу, или количество заключенной в ней энергии, то станет очевидным уменьшение этих величин по мере продвижения к концу цепи питания. Эту закономерность впервые установил английский эколог Ч. Элтон в 1927 г. Он назвал ее правилом экологической пирамиды и предложил выражать графически. Если любую из вышеуказанных характеристик трофических уровней изобразить в виде прямоугольников с одинаковым масштабом и расположить их друг над другом, то получится экологическая пирамида.

Известны три типа экологических пирамид. Пирамида чисел отражает численность особей в каждом звене пищевой цепи. Однако в экосистеме второй трофический уровень (консументы I порядка) численно может быть богаче первого трофического уровня (продуцентов). В этом случае получается перевернутая пирамида чисел. Это объясняется участием в таких пирамидах особей, не равноценных по размерам. Примером может служить пирамида чисел, состоящая из лиственного дерева, листогрызущих насекомых, мелких насекомоядных и крупных хищных птиц. Пирамида биомассы отражает количество органического вещества, накопленного на каждом трофическом уровне пищевой цепи. Пирамида биомассы в наземных экосистемах правильная. А в пирамиде биомассы для водных экосистем биомасса второго трофического уровня, как правило, больше биомассы первого при определении ее в конкретный момент. Но поскольку водные продуценты (фитопланктон) имеют высокую скорость образования продукции, то в конечном итоге их биомасса за сезон все равно будет больше биомассы консументов I порядка. А это значит, что в водных экосистемах также соблюдается правило экологической пирамиды. Пирамида энергии отражает закономерности расходования энергии на разных трофических уровнях.

Таким образом, запас вещества и энергии, накопленный растениями в пастбищных пищевых цепях, быстро расходуется (выедается), поэтому эти цепи не могут быть длинными. Обычно они включают от трех до пяти трофических уровней.

В экосистеме продуценты, консументы и редуценты связаны трофическими связями и образуют цепи питания: пастбищные и детритные. В пастбищных цепях действует правило 10 % и правило экологической пирамиды. Можно построить три типа экологических пирамид: чисел, биомассы и энергии.

Экологическая пирамида. Правило экологической пирамиды

Экологическая пирамида. Правило экологической пирамиды — раздел Экология, Экология: экзаменационные ответы Экологическая Пирамида — Это Графическое Изображе­Ние Потерь Энергии В Цепях .

Экологическая пирамида — это графическое изображе­ние потерь энергии в цепях питания.

Цепи питания — это устойчивые цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества, сложившиеся в ходе эво­люции живых организмов и биосферы в целом. Они состав­ляют трофическую структуру любого биоценоза, по которой осуществляются перенос энергии и круговороты веществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, после­довательность которых соответствует потоку энергии.

Первичным источником энергии в цепях питания являет­ся солнечная энергия. Первый трофический уровень — про­дуценты (зеленые растения) — используют солнечную энер­гию в процессе фотосинтеза, создавая первичную продукцию любого биоценоза. При этом только 0,1% солнечной энергии используется в процессе фотосинтеза. Эффективность, с кото­рой зеленые растения ассимилируют солнечную энергию, оце­нивается величиной первичной продуктивности. Более поло­вины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходует­ся растениями в процессе дыхания, остальная часть энергии переносится далее по пищевым цепям.

При этом действует важная закономерность, связанная с эффективностью использования и превращения энергии в процессе питания. Сущность ее заключается в следую­щем: количество энергии, расходуемой на поддержание соб­ственной жизнедеятельности, в цепях питания растет от одного трофического уровня к другому, а продуктивность падает.

Фитобиомасса используется в качестве источника энер­гии и материала для создания биомассы организмов второго

трофического уровня потребителей первого порядка — тра­воядных животных. Обычно продуктивность второго трофи­ческого уровня составляет не более 5 — 20% (10%) предыду­щего уровня. Это находит отражение в соотношении на пла­нете биомасс растительного и животного происхождения. Объем энергии, необходимой для обеспечения жизнедеятель­ности организма, растет с повышением уровня морфофункциональной организации. Соответственно, количество био­массы, создаваемой на более высоких трофических уровнях, снижается.

Экосистемы очень разнообразны по относительной ско­рости создания и расходования как чистой первичной про­дукции, так и чистой вторичной продукции на каждом тро­фическом уровне. Однако всем без исключения экосистемам свойственны определенные соотношения первичной и вто­ричной продукции. Всегда количество растительного веще­ства, служащего основой цепи питания, в несколько раз (око­ло 10 раз) больше, чем общая масса растительноядных жи­вотных, а масса каждого последующего звена пищевой цепи, соответственно, пропорционально изменяется.

Прогрессивное снижение ассимилированной энергии в ряду трофических уровней находит отражение в структуре экологических пирамид.

Снижение количества доступной энергии на каждом пос­ледующем трофическом уровне сопровождается снижением биомассы и численности особей. Пирамиды биомассы и чис­ленности организмов для данного биоценоза повторяют в общих чертах конфигурацию пирамиды продуктивности.

Графически экологическую пирамиду изображают в виде нескольких прямоугольников одинаковой высоты, но разной длины. Длина прямоугольника уменьшается от нижнего к верхнему соответственно уменьшению продуктивности на пос­ледующих трофических уровнях. Нижний треугольник са­мый большой по длине и соответствует первому трофиче­скому уровню — продуцентам, второй — приблизительно в10 раз меньше и соответствует второму трофическому уров­ню — растительноядным животным, потребителям первого порядка и т.д.

Скорость создания органического вещества не определя­ет его суммарные запасы, т.е. общую массу организмов каж­дого трофического уровня. Наличная биомасса продуцентов и консументов в конкретных экосистемах зависит от того, как соотносятся между собой темпы накопления органиче­ского вещества на определенном трофическом уровне и пе­редачи его на вышестоящий, т.е. насколько сильно выедание образовавшихся запасов. Важную роль при этом имеет скорость воспроизведения основных генераций продуцентов и консументов.

В большинстве наземных экосистем, как уже говорилось, действует также правило биомасс, т.е. суммарная масса ра­стений оказывается больше, чем биомасса всех травоядных, а масса травоядных превышает массу всех хищников.

Следует различать количественно продуктивность, — а именно годовой прирост растительности — и биомассу. Раз­ница между первичной продукцией биоценоза и биомассой определяет масштабы выедания растительной массы. Даже для сообществ с преобладанием травянистых форм, ско­рость воспроизводства биомассы у которых достаточно ве­лика, животные используют до 70% годового прироста ра­стений.

В тех трофических цепях, где передача энергии осуще­ствляется через связи «хищник — жертва», часто наблюда­ются пирамиды численности особей: общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьша­ется. Это связано еще и с тем, что хищники, как правило, крупнее своих жертв. Исключение из правил пирамиды чис­ленности составляют случаи, когда мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных.

Все три правила пирамиды — продуктивности, биомассы и численности — выражают энергетические отношения в экосистемах. При этом пирамида продуктивности имеет уни­версальный характер, а пирамиды биомассы и численности проявляются в сообществах с определенной трофической структурой.

Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное прак­тическое значение. Первичная продукция агроценозов и эксплуатация человеком природных сообществ — основной источник пищи для человека. Важное значение имеет и вто­ричная продукция биоценозов, получаемая за счет промыш­ленных и сельскохозяйственных животных, как источник животного белка. Знание законов распределения энергии, потоков энергии и вещества в биоценозах, закономерностей продуктивности растений и животных, понимание пределов допустимого изъятия растительной и животной биомассы из природных систем позволяют правильно строить отноше­ния в системе «общество — природа».

Смотрите так же:

  • Правила ввоза автомобиля из ес Уважаемые гости и участники форума! В интернете появились фейковые форумы, т.е. копии со схожим дизайном, названием, скопированным с нашего форума контентом и фейковыми пользователями. К данному форуму они никакого отношения не имеют! Будьте осторожны, это […]
  • Ставка транспортного налога в курганской области за 2018 год Онлайн калькулятор транспортного налога в Курганской области на автомобиль по ставке 2018 года Транспортный налог — налог, взимаемый с владельцев транспортных средств, является региональным т.е каждый регион сам определяет величину порядок и сроки уплаты […]
  • Правила ухода за аквариумом Как правильно ухаживать за аквариумом в домашних условиях Основные правила ухода за аквариумом для начинающих Итак, в нашей статье с видео, что нужно делать и как правильно ухаживать за аквариумами в домашних условиях? Для начала, всегда наливайте в аквариум […]
  • Субсидии семье в краснодарском крае 2018 Жилищная программа для молодых семей Алтайского края в 2018 году Успешная реализация проекта «Молодая семья» позволила продолжить его действие на более длительный срок. В 2017-2018 гг. условия программы не изменятся. Однако нужно знакомиться с региональными […]
  • Претензия на работодателя о невыплате расчета при увольнении Жалоба о невыплате расчета - можно ли сразу обращаться в трудовую инспекцию? Аноним вы вправе обратиться сразу в Инспекцию по труду с жалобой и уже на основании вашего заявления проведут проверку. Предупредите работодателя лично о том что вы обратитесь в […]
  • Кто имеет право быть наблюдателем на выборах Кто имеет право быть наблюдателем на выборах Для наблюдателей Сбор средств Как стать наблюдателем на выборах? Стать наблюдателем очень просто. Для этого не требуется специального образования. Если Вам больше 18 лет и Вы гражданин РФ, то имеете полное […]
  • Материнский капитал в какой срок оформлять Сроки оформления и получения материнского капитала в 2018 году Многих семейных людей сегодня интересуют сроки оформления и получения материнского капитала. Но правительство все чаще говорит о возможной заморозке или прекращении действия программы. Такие […]
  • Нотариус венера джоновна Нотариус Иванова Венера Джоновна +7 (499) 653-60-72 доб. 342 – Москва и МО Телефон нотариуса: (495) 662-11-91 Адрес: 109147, г. Москва, Марксистская ул., 34, корп. 8 Лицензия №000754 от 03.04.1996 Приказ №243-ч от 21.08.1998 Статус: Действует Электронная […]