 |
Потоки энергии в экосистемах. Экологические пирамиды.
|
|
|
|
Лекция 8. Основы синэкологии
Живые организмы сочетаются не произвольно, а образуют определённые сожительства, или сообществ а, в которые входят приспособленные к совместному обитанию виды.
Синэкология, биоценология – раздел экологии, изучающий закономерности сложения сообществ и совместной жизни в них живых организмов.
Фундаментальное понятие о «системах»
Часто упоминаются термины система, экосистема, суперсистема и т.п. Термин заимствован из раздела математики – теории управления. Это непременная часть любой современной науки. Термин отражает необходимость комплексного, разностороннего изучения любого объекта в его динамике и взаимодействии с другими объектами-системами.
Система – это целое, состоящее из взаимодействующих частей. Части целого могут взаимодействовать физически и функционально, благодаря чему и образуется единство целого, т.е. системы.
Системой называют не всякое взаимосвязанное множество, а лишь то, которое обладает как минимум двумя качествами – эмержентностью (emer - gency) и гомеостазом (устойчивость, достигаемая саморегуляцией).
Что это такое?
Эмержентность – это несводимость свойств системы к сумме свойств её частей.
Например, такая механическая система как обыкновенные часы. Они состоят из множества деталей с разными свойствами. Но упорядоченно собранные в нечто целое, они показывают время. Это дополнительное свойство всей системы, всего организованного множества: ни одна деталь самостоятельно время показывать не может. Это и есть эмержентность механической системы часы.
Живой организм – это тоже система, но биологическая. Их эмержентность – дополнительное свойство наращивать фито- или зоомассу.
|
|
|
Но система должна обладать ещё и гомеостазом, устойчивостью саморегуляцией. Нам стало жарко – мы потеем (транспирируем) и тем самым охлаждается. Растение попало в засуху, и выживает только в том случае, если включит гомеостатические механизмы, сокращающие расход воды и направленные на добывание дополнительной влаги (сокращение листовой поверхности, опадание листьев, удлинение корневой системы, изменение химизма и осмотического давления клеточного сока и т.д.).
Системами являются и сами организмы, и их популяции (совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида). Поэтому изучается не только видовая, но и популяционная динамика (возраст популяций, численность и др.).
Существуют территориальные (акваториальные) природные системы – лес, болото, луг, озеро, океанический шельф, тундра и т.п. Они отличаются особой сложностью, поэтому важно различать уровни организации живого на Земле:
· Организменный – обеспечивает самовоспроизведение организмов,
· Популяционный уже связан с пространством, пригодным для жизни популяции,
· Экосистемный отражает единство живых и неживых компонентов на какой-то территории или акватории. Это единство обеспечено обменом веществом и энергией внутри системы. Здесь тоже своя иерархия:
· консорция (часть структуры экосистемы),
· сообщество (биоценоз),
· биогеоценоз (наземная или водная экосистема),
· биосфера как суперсистема.
Все уровни организации функционально взаимосвязаны в пределах биосферы, существование которой без любого из трёх уровней организации невозможно.
Экосистемы
Экосистема (англ. ученый А. Тенсли, 1935) - совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ и потоки энергии
Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие запаса неорганических молекул в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. Между этими компонентами устанавливаются сложные связи, обусловленные направлением потоков энергии.
|
|
|
3 трофических и энергетических уровня:
1. продуценты – это организмы, которые создают органические вещества из неорганических. Поэтому их ещё называют автотрофы.
ü Фотоавтотрофы используют энергию солнца,
ü Хемоавтотрофы используют энергию химических связей
2. Консументы (от лат. consumens – потребитель) используют готовые органические вещества, произведённые продуцентами, трансформируя их в другие формы.
ü Консументы I порядка – фитофаги,
ü Консументы II порядка – хищники, паразиты консументов I порядка,
ü Консументы III, IV и гораздо реже более высоких порядков.
3. Редуценты = деструкторы разлагают мёртвое органическое вещество продуцентов или консументов до неорганических веществ, которые вновь могут быть использованы продуцентами.
Перенос энергии пищи от её источника (с автотрофов) к другим организмам, происходящий при поедании одних особей другими называют цепи питания – ряды, в которых можно проследить пути расходования энергии.
Трофический уровень – место каждого звена в цепи питания.
Потоки энергии в экосистемах. Экологические пирамиды.
Функционирование экосистем подчиняется основным законам термодинамики (закон сохранения энергии). Потоки энергии должны охватывать все части экосистемы, лишь в этом случае обеспечивается существование экосистемы как единого целого. При прохождении потоков энергии от уровня к уровню часть её согласно 2-му закону термодинамики теряется.
Р. Линдеман в 1924 г. сформулировал закон пирамиды энергии = закон 10 %, согласно которому с одного трофического уровня на другой более высокий переходит в среднем» 10% энергии.
Обратный поток, связанный с потреблением веществ более низкими трофическими уровнями, обычно слабее, не более 0,5%, а обычно 0,25%. Например, насекомоядные растения поглощают насекомых. Поэтому о круговороте энергии в экосистемах не говорят.
Если графически представить количество энергии характерной для каждого трофического уровня, то получится пирамида энергии:
|
|
|
 |
Хищники 2-го порядка
Хищники 1-го порядка
|
|
Правило пирамиды энергии соблюдается во всех видах сообществ без исключения.
Причины рассеивания энергии:
1. не вся биомасса поедается, часть отмирает,
2. не вся биомасса продуцентов превращается в биомассу консументов и т.д. Часть энергии теряется с фекалиями, часть рассеивается в процессе дыхания.
Биогеоценоз
Биоценоз (от греч. bios – жизнь, koinos – общий) – организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в сходных условиях среды.
Биотоп (от греч. bios – жизнь, topos – место) – пространство с более или менее однородными условиями, которое занимает биоценоз.
Биоценоз и биотоп невозможно оторвать друг от друга.
В.Н. Сукачев (1942) учение о биогеоценозах. В.Н. Сукачев
Биогеоценоз – совокупность на определенной территории биотопа и экотопа, объединенных определенными потоками веществ и энергии. Ограничивается как правило рамками фитоценоза.
Живые компоненты биогеоценоза можно разделить на три части:
1) продуценты – производители первичной продукции (зеленые растения);
2) консументы;
3) редуценты (разрушители, деструкторы) разлагают органические соединения до неорганических, которые вновь используются продуцентами для построения своего тела.
|
|
|
