Биогеоценоз, экосистема.

Экосистемы

Биогеоценозы

БИОГЕОЦЕНОЗ , природная система, которая состоит из живых организмов, образующих биоценоз , и совокупности абиотических компонентов среды их обитания; все составные части связаны обменом веществ и энергии .

Абиотическая среда, формирующая условия существования биоценоза – экотоп (биотоп).

+

БИОТОП

БИОЦЕНОЗ

БИОГЕОЦЕНОЗ

ЭКОСИСТЕМА

Экосистема - любая совокупность организмов и неорганических компонентов , между которыми происходит обмен веществом, энергией, информацией ( круговорот веществ ). Безразмерное понятие (грядка в теплице, луг, лес, космический корабль, биосфера в целом).

В. Н. Сукачев один из создателей учения о биогеоценозах

А.Тенсли (1871-1955) - английский ботаник. Ввел в науку понятие "экосистема".

Биогеоценоз   ‑ понятие, близкое по смыслу к понятию «экосистема», но относящееся к конкретной территории, занятой определенным фитоценозом .

Предельно-малые экосистемы

Отдельная особь, обладающая средообразующим воздействием

Группа организмов, поселяющихся в теле или на теле этой особи и связанных с нею трофически или топически

Биогеоценоз

Структурной основой биогеоценозов суши является фитоценоз – сообщество растений.

Они ведут неподвижный образ жизни и определяют ярусность и мозаичное членение биогеоценоза; являются единственным автотрофным компонентом - производят основную часть биомассы .

Значение растений в биогеоценозе

Помимо главной автотрофной функции , зелёные растения в биогеоценозе

• определяют его внешний вид,

• влияют на условия среды обитания,

• участвуют в определении состава всего населения .

По названию многочисленных видов растений именуют биогеоценоз,

по растениям определяют его границы

(дубрава, ельник — зеленомошник, сосняк — беломошник, ельник — брусничник, сосняк — черничник, березняк).

Ельник — зеленомошник

В структуре биогеоценоза можно выделить четыре звена :

1. Абиотическое окружение – неживая природа.

2. Продуценты – зеленые растения и хемосинтез.

3. Консументы – потребители (живут за счет веществ, созданных продуцентами – плотоядные и травоядные животные).

4. Редуценты – организмы, разлагающие органические соединения до минеральных веществ (бактерии, грибы).

Биологический круговорот веществ и поток энергии – основное свойство экосистемы

Разрушители мертвой древесины

Экосистемы - открытые системы 

требуют для своего существования постоянного притока энергии.

Единственным источником энергии для жизни на Земле является солнечный свет .

Световая энергия усваивается растениями в процессе фотосинтеза, превращается в химическую энергию органических соединений, а затем передается другим организмам в цепях питания.

Место каждого организма в этой цепи называют трофическим уровнем .

III трофический уровень

II трофический уровень

I трофический уровень

Первый трофический уровень всегда составляют продуценты; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных, - к третьему; потребляющие других плотоядных - к четвертому, и т.д. Вследствие этого различают консументов первого, второго, третьего и четвертого порядков , занимающих разные уровни в цепях питания.

Трофические уровни , на которых происходит последовательное преобразование вещества и энергии формируют функциональную структуру биогеоценоза .

Продуктивность экосистем

Масса живых организмов называется биомассой .

Скорость создания органического вещества в экосостемах называют биологической продукцией (скорость создания биомассы).

Первичная продукция - органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени.

Валовая первичная продукция - общее количество вещества, создаваемого при фотосинтезе.

Чистая первичная продукция - скорость накопления органических веществ. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание.

Вторичная продукция - прирост консументов.

Рассмотрим, в каком соотношении передается энергия, заключенная в растительной пище, по цепям питания.

В ходе фотосинтеза растения связывают в среднем лишь около 1 % попадающей на них солнечной энергии.

Животное, которое съело растение, часть пищи не переваривает и выделяет в виде экскрементов . Усваивается 20—60% растительного корма, усвоенная энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности животного.

Существенная доля энергии рассеивается в виде тепла .

Сравнительно небольшая часть пищи идёт на построение тела.

В дальнейшем хищник, съевший это растительноядное животное и представляющий третий трофический уровень, получает только ту энергию из накопленной растением, которая задержалась в теле его жертвы (второй уровень) в виде прироста биомассы.

Поток энергии в пищевой цепи:

ОПЭ

С

Н

ОПЭ - общее поступление солнечной энергии; Н – неиспользованная энергия; С - энергия, поглощенная растениями; П в - валовая продукция продуцентов; П ч - чистая первичная продукция; П 2 и П 3 - продукция консументов; А – ассимиляция; Д – траты на дыхание; Э – экскреция.

Закон пирамиды энергий

(правило 10 % Линдемана)

Раймонд

Линдеман

(1915–1942)

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой её уровень переходит примерно 10 % энергии.

Тем самым объясняется ограниченное количество (4 — 6) звеньев (уровней) в пищевой цепи, независимо от сложности видового состава биоценоза.

На конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

На каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем - правило пирамиды продукции.

Указанное правило отображают в виде пирамид, сужающихся кверху и образованных поставленными друг на друга прямоугольниками равной высоты. Длина этих прямоугольников соответствует масштабам продукции на соответствующих трофических уровнях.

Выделяют пирамиды энергии, пирамиды чисел , пирамиды биомассы.

Пирамида энергии

1 ккал

10 ккал

100 ккал

1000 ккал

Пирамида численности

Снижение количества доступной энергии на каждом последующем трофическом уровне сопровождается снижением численности особей. Пирамида чисел отображает закономерность, обнаруженную Ч. Элтоном в 1927 году.

Чарлз Элтон

(1900 – 1991)

Пирамида биомасс

Пирамида биомасс показывает количество живого вещества на каждом трофическом уровне. В наземных экосистемах суммарная масса растений превышает массу травоядных, а их масса превышает биомассу хищников.

1 кг

10 кг

100 кг

1000 кг

Пирамида биомасс

Для океана пирамида биомасс имеет перевернутый вид . Основными продуцентами в океане являются одноклеточные водоросли, отличающиеся высокой скоростью оборота генераций. Вся чистая первичная продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей весьма мало. Тенденция к накоплению биомассы преобладает на высших трофических уровнях, поскольку длительность жизни крупных хищников велика и в их телах задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

В конечном итоге все три правила пирамид отражают энергетические отношения в экосистеме, а пирамида продукции (энергии) имеет универсальный характер .

Пирамида продукции

Пирамида биомассы океана

океана

Продуктивность суши и океана

• Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150—200 млрд т.

• Две трети его образуется на суше, третья часть — в океане.

• Чистая первичная продукция Земли служит для поддержки жизни всех гетеротрофных организмов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10% площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16% всей продуктивности суши.

• Половина урожая идет на питание людей, остальное — на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отходах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.

• Ресурсы, имеющиеся на Земле, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно только 50% потребностей современного населения Земли.

Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией.

Следовательно, увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.