Экологическая пирамида: правило построения и ее виды, трофическая пирамида и цепи питания

Экологическая пирамида – определение, виды и примеры

Экологическая пирамида – это графическое представление отношений между различными организмами в экосистема, Каждый из баров, из которых состоит пирамида, представляет собой трофический уровень и их порядок, который основан на том, кто кого ест, представляет поток энергии. Энергия движется вверх по пирамиде, начиная с первичных производителей или автотрофов, таких как растения и водоросли в самом низу следуют первичные потребители, которые питаются этими растениями, затем вторичные потребители, которые питаются первичными потребителями и так далее. Высота столбцов должна быть одинаковой, но ширина каждого столбца зависит от количества измеряемого аспекта.

Типы экологических пирамид

Пирамида чисел

Это показывает количество организмов на каждом трофическом уровне без учета их размера. Этот тип пирамиды может быть удобным, так как подсчет часто является простой задачей и может быть сделан в течение многих лет для наблюдения за изменениями в конкретной экосистеме. Тем не менее, некоторые виды организмов трудно сосчитать, особенно когда речь идет о некоторых ювенильных формах. Единица измерения: количество организмов.

Пирамида из биомассы

Это указывает на общую массу организмов на каждом трофическом уровне. Обычно этот тип пирамиды является самым крупным в нижней части и уменьшается с ростом, но исключения существуют. Биомасса одного трофического уровня рассчитывается путем умножения числа особей на трофическом уровне на среднюю массу одного особи в конкретной области. Этот тип экологической пирамиды решает некоторые проблемы с пирамидой чисел, поскольку показывает более точное представление количества энергии, содержащейся на каждом трофическом уровне, но имеет свои ограничения. Например, время года, когда собираются данные, очень важно, так как разные вид есть разные сезоны размножения. Кроме того, так как обычно невозможно измерить массу каждого организм берется только образец, что может привести к неточностям. Единица измерения: г м-2 или кг м-2.

Пирамида производительности

Пирамида продуктивности учитывает общее количество энергии, присутствующей на каждом трофическом уровне, а также потерю энергии между трофическими уровнями. Поскольку этот тип представления учитывает тот факт, что большая часть энергии, присутствующей на одном трофическом уровне, не будет доступна для следующего, она более точна, чем две другие пирамиды. Эта идея основана на законе Линдемана о десяти процентах, который гласит, что только около 10% энергии на трофическом уровне пойдет на создание биомассы. Другими словами, только около 10% энергии пойдет на создание ткань такие как стебли, листья, мышцы и т. д. на следующем трофическом уровне. Остальная часть используется для дыхания, охоты и других видов деятельности или теряется в окружающей среде в виде тепла. Что интересно, однако, это то, что токсины проходят через пирамиду очень эффективно, а это означает, что, когда мы поднимаемся по экологической пирамиде, количество вредных химических веществ все больше и больше концентрируется в организме организмов. Это то, что мы называем биомагнификацией.

Производительная пирамида является наиболее широко используемым типом экологической пирамиды, и, в отличие от двух других типов, никогда не может быть самой большой на вершине и самой маленькой на дне. Это важный тип экологической пирамиды, потому что он исследует поток энергии в экосистеме с течением времени. Единица измерения: Дж м-2 год-1, где Джоуль – это единица измерения энергии, которая может быть заменена другими единицами энергии, такими как килоджоуль, килокалория и калория.

В то время как производительная пирамида всегда принимает форму вертикальной пирамиды, числовые пирамиды иногда инвертируются или вообще не принимают форму реальной пирамиды. Чтобы продемонстрировать, давайте возьмем дуб, который может накормить миллионы дубовых червей. Если мы рассмотрим эту экосистему в качестве нашей цели, то уровень производителей (одно дерево) окажется намного ниже уровня первичных потребителей (миллионы насекомых). Это менее вероятно в пирамидах биомассы, но не является невозможным. Пирамиды ниже показывают различные типы пирамид и формы, которые они могут иметь в разных экосистемах.

Экологическая Пирамида Примеры

Диаграмма ниже является примером пирамиды производительности, иначе называемой энергетическая пирамида, Солнце включено в эту диаграмму, так как оно является основным источником всей энергии, а также разлагающими веществами, такими как бактерии а также грибы, которые могут получать питательные вещества и энергию со всех трофических уровней, разрушая мертвые или разлагающиеся организмы. Как показано, питательные вещества затем возвращаются в почву и поглощаются растениями.

Потеря энергии в окружающей среде также показана на этой диаграмме, и была рассчитана полная передача энергии. Мы начнем с общего количества энергии, которое содержат первичные производители, что указано на 100%. Когда мы поднимаемся на один уровень вверх, 90% этой энергии используется не для создания плоти, а для других целей. В конечном итоге основные потребители получают только 10% от начальной энергии, и 10% из этих 10% теряются при переходе на следующий уровень. Это 1% и так далее. Таким образом, хищники на вершине будут получать только 0,01% начальной энергии! Эта неэффективность в системе является причиной того, что пирамиды производительности всегда в вертикальном положении.

Функция экологической пирамиды

Экологическая пирамида не только показывает нам схемы питания организмов в различных экосистемах, но также может дать нам представление о том, насколько неэффективна передача энергии, и показать влияние, которое изменение чисел на одном трофическом уровне может оказывать на трофические уровни выше. и под ним. Кроме того, когда данные собираются за прошедшие годы, влияние изменений, происходящих в окружающей среде на организмы, можно изучить путем сравнения данных. Если окажется, что состояние экосистемы ухудшается в течение многих лет из-за загрязнения или чрезмерной охоты со стороны людей, могут быть приняты меры для предотвращения дальнейшего ущерба и, возможно, восстановления части нынешнего ущерба.

  • Трофический уровень – положение, которое организм занимает в пищевой цепи или экологической пирамиде, такой как режиссер или основной потребитель, Многие животные питаются на нескольких разных трофических уровнях.
  • вид – группа организмов, которые обладают общими характеристиками и могут размножаться между собой для получения плодовитого потомства.
  • экосистема – А сообщество взаимозависимых живых организмов в ассоциации с неживыми элементами, окружающими их. То, как живые организмы и физическая среда взаимодействуют, происходит путем обмена питательными веществами и энергией.
  • Пищевой сети – Система пищевых цепочек, которые взаимосвязаны друг с другом. В отличие от пищевых цепей, организм в пищевой сети может занимать несколько разных трофических уровней.
Читайте также:
Реки Европы списком и самая полноводная река в границах западных стран, точки начала и устья

викторина

1. Почему необычное присутствие большого количества организмов на вершине экологической пирамиды?A. Животные на вершине пирамиды являются самыми крупными.B. Животные на вершине имеют более короткие жизни.C. Количество энергии, доступной к моменту достижения вершины пирамиды, недостаточно для поддержания жизни многих людей.D. Люди больше всего интересуются охотой на животных, занимающих верхний уровень экологической пирамиды.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Поскольку только 10% энергии передается с одного трофического уровня на другой, все меньше и меньше людей может поддерживаться, когда мы поднимаемся по экологической пирамиде.

2. Биомасса экосистемы это:A. Общая энергия живых и неживых компонентов экосистемы.B. Общая энергия живых организмов в экосистеме.C. Общая масса живых и неживых компонентов экосистемы.D. Общая масса живых организмов в экосистеме.

Ответ на вопрос № 2

D верно. Биомасса указывает массу организмов и не включает в себя физические компоненты экосистемы.

3. Если производители в экологической пирамиде имеют в общей сложности 80000 ккал энергии, что из следующего будет верно?A. Вторичные потребители будут иметь 80 ккал энергии.B. Третичные потребители будут иметь в общей сложности 8 ккал энергии.C. Вторичные потребители будут иметь в общей сложности 80000 ккал энергии.D. Третичные потребители будут иметь в общей сложности 80 ккал энергии.

Ответ на вопрос № 3

D верно. Поскольку около 10% энергии передается с одного трофического уровня экологической пирамиды на следующий, у первичных потребителей будет 8000, у вторичных потребителей будет 800, а третичный потребитель будет иметь 80 ккал энергии.

Экологические пирамиды

Из данного видеоурока вы узнаете о том, что для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют экологические пирамиды. Познакомитесь с правилом экологической пирамиды (правилом 10 %). В данном уроке приводятся следующие понятия: трофический уровень, автотрофы, гетеротрофы, сапротрофы, экологическая пирамида, пирамида численности, пирамида биомасс, пирамида энергии, чистая продукция.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Экологические пирамиды”

Наиболее важными взаимосвязями живых организмов в природе, являются пищевые (трофические). От греческого trophḗ ― пища, питание. Трофические взаимосвязи строятся в пищевые цепи, а они в свою очередь в пищевые сети.

Первыми в пищевой цепи являются продуценты, то есть растения.

Продуцентами питаются консументы 1-го порядка, то есть травоядные животные, которыми питаются консументы 2-го порядка ― хищные животные.

Ими питаются консументы 3-го порядка ― плотоядные животные.

А редуценты, находящиеся на последнем трофическом уровне и завершающие цепь питания, разлагают органические вещества на минеральные компоненты.

Положение, которое занимает организм в пищевой цепи, называется трофическим уровнем. Трофические уровни можно представить в виде ступенек.

Виды, которые составляют одну ступеньку, объединяются не происхождением или внешним сходством, а типом питания.

На 1-м трофическом уровне располагаются автотрофы, которые синтезируют органические вещества из неорганических.

На втором, третьем и четвёртом уровне гетеротрофы, которые живут за счёт органического вещества, созданного автотрофами.

А на пятом трофическом уровне располагаются организмы, которые питаются органическими веществами мёртвых тел или экскрементами животных. Их называют сапротрофы.

В экосистеме обычно бывает 4–5 трофических уровней и редко больше 6. Частично это обусловлено тем, что на каждом из уровней часть вещества и энергии теряется.

Таким образом и органическое вещество, и энергия передаются по цепям питания. То есть от растения к травоядному животному, ― от него к хищному животному и так далее.

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют не схемы пищевых сетей, а — экологические пирамиды.

Такие модели в 1927 г. разработал английский зоолог Чарлз Элтон.

Экологические пирамидыэто графические модели (как правило, в виде треугольников), которые отражают число особей (пирамида чисел), количество их биомассы (пирамида биомасс) или заключённой в них энергии (пирамида энергии) на каждом трофическом уровне и указывают на понижение всех показателей с повышением трофического уровня.

Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме.

Они строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта.

Длина прямоугольников экологической пирамиды пропорциональна числу организмов на единице площади местообитания или в единице объёма (если экосистема водная).

Читайте также:
Исследование генетики человека: генеалогический, цитогенетический методы и другие

Различают три типа экологических пирамид.

Пирамида численности, или чисел, пирамида биомассы и пирамида энергии.

Сперва рассмотрим пирамиду численности.

Пирамида численности отражает плотность организмов на каждом трофическом уровне.

Для построения такой пирамиды необходимо сначала подсчитать особей разных видов в определённой местности, а затем распределить эти виды по трофическим уровням. Обычно в результате получается постепенное убывание численности организмов каждого трофического уровня при переходе от низшего уровня к высшему.

Чтобы уяснить, что такое пирамида чисел, приведём пример. Предположим, что в основании пирамиды 1000 т травы, массу которой составляют сотни миллионов отдельных травинок. Этой растительностью смогут прокормиться 27 млн кузнечиков, которых, в свою очередь, могут употребить в пищу около 90 тыс. лягушек. Сами лягушки могут служить едой 300 форелям в пруду. А это количество рыбы может съесть за год один человек! Таким образом, в основании пирамиды несколько сотен миллионов травинок, а на её вершине — один человек. Такова наглядная потеря вещества и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой.

Чем выше уровень, тем ниже численность составляющих её организмов.

На первом уровне растения, их численность во много раз больше чем, травоядных животных, а травоядных животных больше, чем хищных.

В построении различных пирамид численности отмечается большое разнообразие.

Нередко они перевёрнуты.

Примером перевёрнутых пирамид могут являться пищевые цепи леса, когда продуцентами являются деревья, а первичными консументами являются насекомые. То есть на одном дереве может быть множество насекомых. В таком случае количество первичных консументов численно выше, чем число продуцентов.

Следующий вид пирамид — пирамида биомасс.

Пирамида биомасс — это соотношение между продуцентами и консументами, выраженное в их массе (общем сухом весе или другой мере общего живого вещества).

Если собрать все организмы, обитающие на каком-нибудь лугу, то вес растений окажется гораздо больше веса всех прямокрылых и копытных, питающихся этими растениями.

Вес растительноядных животных, в свою очередь будет больше веса первичных плотоядных, а эти последние также будут превышать по весу питающихся ими хищников, если таковые имеются.

Пирамида биомасс также изображается графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определённому трофическому уровню, пропорциональна его биомассе.

Биомассы на каждом следующем трофическом уровне уменьшаются.

Пирамиды биомассы так же, как и численности, могут быть не только прямыми, но и перевёрнутыми. Перевёрнутые пирамиды биомассы свойственны водным экосистемам.

Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая масса его в данный момент может быть меньше, чем у зоопланктона и конечного потребителя-консумента.

Наиболее фундаментальным способом отображения связей между организмами на разных трофических уровнях служат пирамиды энергии.

Пирамида энергии представляет эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей, строится подсчётом количества энергии, аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне.

Другими словами, пирамида энергии отражает величину потока энергии через пищевую цепь.

При помощи несложных подсчётов можно относительно легко определить количество энергии, накопленной в биомассе.

Перенос энергии с одного уровня на другой никогда не бывает полным. Часть энергии теряется в процессе переработки пищи, а часть вообще не усваивается организмом и выводится из него с экскрементами, а затем разлагается деструкторами.

Часть энергии теряется в виде тепла в процессе дыхания. Любое животное, перемещаясь, охотясь, строя гнездо или производя иные действия, совершает работу, которая требует затрат энергии, в результате чего опять происходит выделение тепла.

Рассмотрим более подробно, что происходит с энергией при её передаче через пищевую цепь.

Как вам уже известно, на 1-м трофическом уровне располагаются автотрофы, которые синтезируют органические вещества из неорганических.

Солнечная энергия, полученная растением, лишь частично используется в процессе фотосинтеза. Фиксированная в углеводах энергия представляет собой валовую продукцию экосистемы.

Валовая первичная продукция ― это количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идёт на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание).

Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений. Чистая первичная продукция ― это энергетический резерв для консументов и редуцентов.

Чистая продукция определяется по формуле:

Пв = Пч + Д1.

Перерабатываясь в цепях питания, чистая продукция идёт на пополнение массы гетеротрофных организмов.

Прирост за единицу времени массы консументов ― это вторичная продукция сообщества.

Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счёт энергии, поступающей с предыдущего.

А2 = П2 + Д2.

Консументы второго порядка (хищники) не истребляют всю биомассу своих жертв. При этом из того количества её, которое они уничтожают, только часть используется на создание биомассы их собственного трофического уровня. Остальная же часть в основном затрачивается на энергию дыхания, выделяется с экскрементами.

Поток энергии, проходящий через третий уровень консументов второго порядка (плотоядные), выражается формулой:

А3 = П3 + Д3.

Подобным образом можно проследить совокупность пищевой цепи и до последнего трофического уровня. Распределив по вертикали различные затраты энергии на трофических уровнях, получим полную картину пищевой пирамиды в экосистеме.

Поток энергии, который выражается количеством синтезированных органических веществ по цепи питания, на каждом трофическом уровне уменьшается.

Изучая поток энергии по трофическим уровням то можно заметить, что на каждый последующий уровень в среднем переходит около 10 % от предыдущего.

Читайте также:
Особенности строения птиц: питание и размножение представителей класса, биологическое значение

Раймонд Линдеман в 1942 г. сформулировал закон пирамиды энергий, который в учебниках нередко называют “законом 10 %”. Согласно этому закону, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой её уровень в среднем не более 10 % энергии.

Например, растения могут усваивать при фотосинтезе до 100 % солнечной энергии. В свою очередь, растительноядные животные потребляют до 10 % энергии растений (или: до 90 % энергии, накопленной растениями, просто теряется). Хищники, питаясь растительноядными животными, получают 10 % энергии, содержащейся в биомассе всего ими съеденного.

Отсюда следует, что передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД. Это объясняет ограниченное количество звеньев в пищевой цепи, независимо от того или иного биоценоза.

Американский биолог Юджин Одум оценил превращение энергии в предельно упрощённой пищевой цепи (люцерна → телёнок → ребёнок), проиллюстрировал величину потерь энергии.

Допустим, рассуждал он, имеется посев люцерны на площади 4 га. На этом поле кормятся телята (предполагается, что они едят только люцерну), а 12-летний мальчик питается исключительно телятиной.

Результаты расчётов, представленные в виде пирамид ― свидетельствуют, что люцерна использует всего 0,24 % всей падающей на поле солнечной энергии, телёнком усваивается 8 % этой продукции и только 0,7 % биомассы телёнка обеспечивает развитие ребёнка в течение года.

Одум, таким образом, показал, что только одна миллионная доля приходящейся солнечной энергии превращается в биомассу плотоядного, в данном случае способствует увеличению массы ребёнка, а остальное теряется, рассеивается в окружающей среде.

Можно сказать, что экологические пирамиды отражают фундаментальные характеристики любого биоценоза, когда они показывают его трофическую структуру (пищевую последовательность):

• высота экологических пирамид пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т.е. числу содержащихся в ней трофических уровней;

• форма экологических пирамид более или менее отражает эффективность превращений энергии при переходе с одного уровня на другой.

Поток энергии, проходящий через тот или другой трофический уровень, не может абсолютно определяться наличием пищи в нижележащем трофическом уровне.

Всегда остаётся, как известно, достаточный “запас”, так как полное уничтожение корма привело бы к гибели потребителей. Эти общие закономерности наблюдаются в рамках популяционных процессов, сообществ, уровней экологической пирамиды, биоценозов в целом.

Экологическая пирамида – виды, характеристика и эффективность

Экосистема определяется как сообщество, состоящее из живых и неживых организмов, которые существуют рядом и взаимодействуют друг с другом. Она не имеет определённых размеров, так как может быть такой же маленькой, как дерево, или такой же большой, как вся земная масса. Экосистемы разбиты на разные ранги, называемые трофическими уровнями, которые составляют экологическую пирамиду.

  • История и описание
  • Экологическая эффективность
  • Виды экологических пирамид
  • Некоторые ограничения

Что такое экологическая пирамида

История и описание

В 1927 году концепция экологической пирамиды была впервые предложена английским экологом Чарльзом Элтоном (1900−1991) (поэтому она также известна как элтонская пирамида). Экологическая пирамида — это графическое изображение треугольной формы, которое показывает количество организмов, биомассы и заключённой в них энергии на каждом трофическом уровне в экосистеме и их биологическую продуктивность. Она состоит из ряда горизонтальных полос, изображающих определённые ранги. Длина каждого столбца представляет общее количество особей, или биомассы, или энергии на каждом уровне в экосистеме.

Все организмы в биологии классифицируются на основе различных факторов окружающей среды, таких как образ жизни в определённой экосистеме (что едят и как получают энергию):

 Кем была введено понятие

  • Организмы, которые производят органические вещества из неорганических, называются продуцентами (производителями). Растения и некоторые бактерии являются преобразователями солнечной энергии в процессе фотосинтеза и создают (синтезируют) органические вещества, которые потребители используют в качестве пищи. Как правило, такие пирамиды в окружающем мире начинаются именно с потребителей. Они расположены внизу и проходят через различные ступени, поднимаясь по пирамиде. Вершина представляет самый высокий уровень в цепи питания.
  • Следующим уровнем в иерархии являются консументы — это потребители органического вещества. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные — животную. В результате процесса пищеварения, протекающего в организмах консументов, происходит первичное измельчение и разложение органического вещества.
  • После этого редуценты разрушают мёртвые или разлагающиеся организмы и при этом осуществляют естественный процесс разложения.

Экологическая эффективность

Экологическая эффективность — это эффективность, с которой энергия передаётся с одного трофического уровня на другой.

Количество трофических уровней в пастбищной пищевой цепи ограничено, поскольку передача энергии осуществляется по закону десяти процентов. Это означает, что только 10% энергии передаётся на каждый трофический уровень с нижестоящего.

Уменьшение на каждом последующем уровне обусловлено двумя причинами:

  • ​При каждом трофическом потоке часть доступной энергии теряется при дыхании или расходуется на обмен веществ.
  • Часть энергии теряется при каждом преобразовании.

Виды экологических пирамид

Подобные пирамиды представляют трофическую структуру, а также трофическую функцию экосистемы. Они могут быть следующих трёх видов:

Какова их эффективность и какие существуют ограничения

  1. Пирамида чисел (или численности). Здесь учитывается количество организмов на каждой ступени. В процессе продвижения вверх по уровням количество организмов уменьшается. Производители образуют наибольшее количество и, следовательно, находятся на самом дне.
  2. Пирамида энергии. Она вертикальная и представляет собой поток энергии от производителей к конечным потребителям.
  3. Пирамида биомассы. Она представляет количество биомассы организмов, присутствующих на каждом уровне. Биомасса — это ни что иное, как вес организмов.

В целом, все они являются вертикальными, за исключением некоторых случаев. Например, в пищевой сети детрита (остатки органических веществ, перегной, которые образуются при переработке мёртвых растений и животных бактериями и простейшими) пирамида чисел не является вертикальной, потому что многие организмы питаются мёртвыми растениями или животными. Перевёрнутой экологической пирамидой также является пирамида биомассы в океане. Но следует отметить, что пирамида энергии находится исключительно в вертикальном положении, поскольку поток энергии является однонаправленным.

Читайте также:
Северо-Восточная Сибирь на карте России: типичные черты природы, климат, животный мир

Численность особей

Какие существуют виды экологических пирамид

Пирамида чисел графически представляет общее количество особей, присутствующее на каждом уровне. Этот вид может иметь две разные формы в зависимости от количества организмов: прямую и перевёрнутую.

В вертикальной числовой пирамиде количественное соотношение организмов обычно уменьшается снизу вверх. Это обычно происходит в экосистемах лугов и прудов, где растения (например, травы) занимают основание пирамиды. Последующие уровни включают потребителей.

Перевёрнутая пирамида чисел, с другой стороны, является противоположностью первой. Это обычно наблюдается в экосистемах леса с деревьями в качестве производителей и насекомых в качестве потребителей.

Среди трёх видов она наименее точна, поскольку не учитывает конкретное количество населения и, следовательно, не может полностью определить трофическую структуру в этой экосистеме. Она игнорирует биомассу организмов, а также не указывает на передаваемую энергию или использование её участвующими группами.

Вертикальная пирамида чисел на примере экосистемы пруда и луга кратко описывается следующим образом:

Травы занимают самый низкий уровень в пирамиде

  • Травы занимают самый низкий уровень (основание) из-за их обилия в экологии.
  • Следующая более высокая ступень — основной потребитель — травоядные, например, кузнечик. Индивидуальное количество кузнечиков меньше, чем у травы.
  • Следующая ступень — это основной хищник, например крысы. Количество крыс меньше, чем кузнечиков, потому что они питаются кузнечиками.
  • Далее вторичный хищник, змеи. Они питаются крысами.
  • И наконец, верхний хищник, такой как ястреб.

С каждым более высоким уровнем количество индивидуумов уменьшается.

При необходимости определить, какую массу растений сохранит от поедания гусеницами пара синиц при выкармливании 5 птенцов, если вес одного птенца 3 грамма, следует для начала составить цепь питания. Выглядеть она будет так: растения — гусеницы — синицы

Правило экологической пирамиды показывает, что на каждом предыдущем уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени больше, чем на последующем ~ в 10 раз. Следовательно, соотношение будет следующим: растения 1500 г — гусеницы 150 г — синицы 15 г. Таким образом, пара синиц, выкармливая своих птенцов, сохраняет 1,5 кг растений.

Масса живых организмов

Экологическая пирамида: описание, виды и их характеристика

Пирамида биомассы определяется как количество доступной пищи и сколько энергии передаётся на единицу площади продукта живого вещества, присутствующего в организме, и общее количество организмов, находящихся на определённой ступени. В менее сложных терминах это относится к пище, доступной для последующего уровня.

Большая часть биомассы, которую потребляют животные, используется для обеспечения энергии, превращается в новые ткани или просто остаётся непереваренной. Основную часть времени данный вид имеет истинную пирамидальную форму, причём биомасса на нижних уровнях выше уровней над ними.

Как и предыдущий вид, пирамида биомассы может иметь две формы: прямую и перевёрнутую. Обычно наземные экосистемы характеризуются вертикальной формой, имеющей большую базу (первичные продуценты) с меньшими уровнями (потребители), расположенными наверху.

С другой стороны, водные экосистемы являются полной противоположностью, поскольку они принимают перевёрнутую структуру. Это связано с тем, что производители фитопланктона (как правило, с меньшей биомассой) расположены у основания, а потребители, имеющие большую биомассу, расположены у вершины.

Биомасса также используется в качестве источника возобновляемой энергии при замене ископаемого топлива. Эта альтернатива существенно помогла в улучшении климатических условий планеты. Благодаря использованию биомассы в качестве топлива можно получить широкий спектр преимуществ, которые включают сокращение отходов и низкие затраты.

Основными характеристиками пирамиды биомассы являются:

Виды экологических пирамид

  • Она обычно определяется путём сбора всех организмов, занимающих каждый уровень отдельно, и измерения их сухого веса. Это преодолевает проблему разницы в размерах, поскольку взвешиваются все виды организмов на трофическом уровне.
  • На каждом уровне располагается определённая масса живого материала в определённое время.
  • Постоянный урожай измеряется как масса живых организмов (биомасса) или количество в единице площади.

Энергия и её передача

Последний, но не менее важный вид, это энергетическая пирамида, которая показывает общую энергию в экосистеме и сколько её требуется организмам, когда они поднимаются на более высокие уровни.

Структура потока энергии в пирамиде этого вида основана на принципах термодинамики. Этот закон конкретно говорит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она только превращается в другую форму.

Её задача — показать, что энергия переносится с более низких уровней с большим количеством энергии (производители) на более высокие (потребители) и преобразуется в биомассу.

Следовательно, можно сделать вывод, что организмы, обнаруженные на самых высоких уровнях более коротких пищевых цепей, несут большее количество энергии, чем те, которые обнаруживаются в более длинных.

Правило экологической пирамиды

В отличие от первых двух видов, энергетическая пирамида всегда изображена в вертикальном положении с самыми большими энергоносителями в основании. Её идея очень важна в контексте биологического увеличения, которое определяется как тенденция увеличения количества токсичных веществ по мере продвижения вверх по уровням.

Когда производство рассматривается с точки зрения энергии, пирамида указывает не только количество потока энергии на каждом уровне, но и, что более важно, фактическую роль, которую различные организмы играют в передаче энергии. Она также показывает, сколько энергии нужно, когда она течёт вверх, чтобы поддерживать следующий уровень.

Читайте также:
Россия почвы и почвенные ресурсы: характеристика серых лесных почв и др., типы грунта, карта черноземья

Она строится в соответствии со скоростью, с которой пищевой материал проходит через пищевую цепь. Некоторые организмы могут иметь небольшую биомассу, но общая энергия, которую они ассимилируют и передают, может быть значительно больше, чем у организмов с гораздо большей биомассой.

Примером экологической пирамиды биомассы может служить следующее описание:

Экологическая пирамида, понятие

  1. Предположим, что экосистема получает 1000 калорий световой энергии в данный день. Большая часть энергии не поглощается, а отражается в пространстве.
  2. Из поглощённой энергии только небольшая доля используется зелёными растениями, из которых они расходуют часть для дыхания, поэтому только 100 калорий хранятся в качестве энергозатратных материалов.
  3. Олень съедает растение, содержащее 100 калорий пищевой энергии. Он использует часть из них для своего метаболизма и сохраняет только 10 калорий в качестве пищевой энергии.
  4. Лев, который ест оленей, получает ещё меньше энергии. Таким образом, полезная энергия уменьшается от солнечного света до производителя, от травоядного животного до плотоядного.

Концепция энергетической пирамиды помогает объяснить феномен биологического увеличения — склонность токсических веществ к постепенному увеличению концентрации с более высокими уровнями.

Некоторые ограничения

Хотя все три вида очень специфичны для аспекта экосистемы, которую они хотят описать, все они всё ещё имеют тенденцию не замечать важные аспекты. Некоторые из этих ограничений следующие:

 важные аспекты экологической пирамиды

  • Эти виды применимы только в простых пищевых цепях, которые не обязательно встречаются в природе. Они также не учитывают возможное присутствие одного и того же вида на разных трофических уровнях.
  • Более того, ни одна из трёх экологических пирамид не даёт представления о разнице времён года и климата.
  • Другим организмам, таким как микроорганизмы и грибы, не отводится особой роли в пирамидах, несмотря на их жизненно важную роль в экосистемах.
  • Они не учитывают один и тот же вид, принадлежащий двум или более трофическим уровням.

Более того, сапрофитам (растениям, грибам или микроорганизмам, живущим на разлагающихся веществах) не отводится места в пирамидах, даже если они играют жизненно важную роль в экосистеме.

Экосистема и ее факторы

Экосистема (греч. oikos – жилище) – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему.

Вы можете встретить синоним понятия экосистема – биогеоценоз (греч. bios – жизнь + geo – земля + koinos – общий). Следует разделять биогеоценоз и биоценоз. В понятие биоценоз не входит компонент окружающей среды, биоценоз – совокупность исключительно живых организмов со связями между ними.

Совокупность биогеоценозов образует живую оболочку Земли – биосферу.

Экосистема

Продуценты, консументы и редуценты

Растения, преобразующие энергию солнечного света в энергию химических связей. Создают органические вещества, потребляемые животными.

Животные – потребители готового органического вещества. Встречаются консументы I порядка – растительноядные организмы, консументы II, III и т.д. порядка – хищники.

Это сапротрофы (греч. sapros – гнилой + trophos – питание) – грибы и бактерии, а также некоторые растения, которые разлагают останки мертвых организмов. Редуценты обеспечивают круговорот веществ, они преобразуют накопленные организмами органические вещества в неорганические.

Продуценты, консументыи и редуценты

Продуценты, консументы и редуценты образуют в экосистеме так называемые трофические уровни (греч. trophos – питание), которые тесно взаимосвязаны между собой переносом питательных веществ и энергии – процессом, который необходим для круговорота веществ, рождения новой жизни.

Пищевые цепи

Взаимоотношения между организмами разных трофических уровней отражаются в пищевых цепочках (трофических цепях), в которых каждое предыдущее звено служит пищей для последующего звена. Поток энергии и веществ идет однонаправленно: продуценты → консументы → редуценты.

Продуценты, консументыи и редуценты

  • Пастбищные – начинаются с продуцентов (растений), производителей органического вещества
  • Детритные (лат. detritus – истертый) – начинаются с органических веществ отмерших растений и животных

Пищевые цепи

В естественных сообществах пищевые цепи часто переплетаются, в результате чего образуются пищевые сети. Это связано с тем, что один и тот же организм может быть пищей для нескольких разных видов. Например, филины охотятся на полевок, лесных мышей, летучих мышей, некоторых птиц, змей, зайцев.

  • Большим разнообразием обитающих видов
  • Длинными пищевыми цепочками
  • Разветвленностью пищевых цепочек, образующих пищевую сеть
  • Наличием форм взаимоотношений между организмами (симбиоз)

Пищевая сеть

Экологическая пирамида

Экологическая пирамида представляет собой графическую модель отражения числа особей (пирамида чисел), количества их биомассы (пирамида биомасс), заключенной в них энергии (пирамида энергии) для каждого уровня и указывающая на снижение всех показателей с повышением трофического уровня.

Существует правило 10%, которое вы можете встретить в задачах по экологии. Оно гласит, что на каждый последующий уровень экологической пирамиды переходит лишь 10% энергии (массы), остальное рассеивается в виде тепла.

Представим следующую пищевую цепочку: фитопланктон → зоопланктон → растительноядные рыбы → рыбы-хищники → дельфин. В соответствии с изученным правилом, чтобы дельфин набрал 1кг массы нужно 10 кг рыб хищников, 100 кг растительноядных рыб, 1000 кг зоопланктона и 10000 кг фитопланктона.

Правило экологической пирамиды

Агроценоз
  • Преобладает искусственный отбор – выживают особи с полезными для человека признаками и свойствами
  • Источник энергии – солнце (открытая система)
  • Круговорот веществ – незамкнутый, так как часть веществ и энергии изымается человеком (сбор урожая)
  • Видовой состав – скудный, преобладают 1-2 вида (поле пшеницы, ржи)
  • Устойчивость экосистемы – снижена, так как пищевые цепочки короткие, пищевые сети неразветвленные
  • Биомассы на единицу площади – мало

Агроценоз

  • Преобладает естественный отбор – выживают наиболее приспособленные особи
  • Источник энергии – солнце (открытая система)
  • Круговорот веществ – замкнутый
  • Видовой состав – разнообразный, тысячи видов
  • Устойчивость экосистемы – высокая, так как пищевые цепочки длинные, разветвленные
  • Биомассы на единицу площади – много
Читайте также:
Продолговатый мозг: анатомическое строение, проводящие пути, функции

Биоценоз

Факторы экосистемы

    Абиотические (греч. α — отрицание + βίος — жизнь)

К абиотическим факторам относятся факторы неживой природы. Существуют физические – климат, рельеф, химические – состав воды, почвы, воздуха. В понятие климата можно включить такие важные факторы как освещенность, температура, влажность.

Абиотические факторы экосистемы

К биотическим факторам относятся все живые существа и продукты их жизнедеятельности. Например: хищники регулируют численность своих жертв, животные-опылители влияют на цветковые растения и т.д. Это и самые разнообразные формы взаимоотношений между животными (нейтрализм, комменсализм, симбиоз).

Биотические факторы экосистемы

К антропогенным факторам относится влияние человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности. Человек “разумный” (Homo “sapiens”) вырубает леса, осушает болота, распахивает земли – уничтожает дом для сотен видов животных.

В результате деятельности человека произошли глобальные изменения: над Антарктикой появились “озоновые дыры”, ускорилось глобальное потепление, которое ведет к таянию ледников и повышению уровня мирового океана.

Антропогенные факторы экосистемы

За миллионы лет эволюции растения и животные вырабатывают приспособления к тем условиям среды, где они обитают. Так у алоэ, растения живущего в засушливом климате, имеются толстые мясистые листья с большим запасом воды на случай засухи. У каждого организма вырабатывается своя адаптация.

Формируются привычные биологические ритмы (биоритмы): организм адаптируется к изменениям освещенности, температуры, магнитного поля и т.д. Эти факторы играют важную роль в таких событиях как сезонные перелеты птиц, осенний листопад.

Листопад

Если адаптация не вырабатывается, или это происходит слишком медленно по сравнению с другими видами, то данный вид подвергается биологическому регрессу: количество особей и ареал их обитания уменьшаются и со временем вид исчезает. Иногда деятельность человека играет решающий фактор в исчезновении видов.

Морская крова

Закон оптимума

Если фактор оказывает на жизнедеятельность организма благоприятное влияние (отлично подходит для животного/растения), то про фактор говорят – оптимальный, значение фактора в зоне оптимума. Зона оптимума – диапазон действия фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности.

За пределами зоны оптимума начинается зона угнетения (пессимума). Если значение фактора лежит в зоне пессимума, то организм испытывает угнетение, однако процесс жизнедеятельности может продолжаться. Таким образом, зона пессимума лежит в пределах выносливости организма. За пределами выносливости организма происходит его гибель.

Закон оптимума

Фактор, по своему значению находящийся на пределе выносливости организма, или выходящий за такое значение, называется ограничивающим (лимитирующим). Существует закон ограничивающего фактора (закон минимума Либиха), гласящий, что для организма наиболее значим фактор, который более всего отклоняется от своего оптимального значения.

Метафорически представить этот закон можно с помощью “бочки Либиха”. Смысл данной метафоры в том, что вода при заполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску, таким образом, длина остальных досок уже не играет роли. Так и наличие выраженного ограничивающего фактора сводит на нет благоприятность остальных факторов.

Бочка Либиха

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Презентация “Поток энергии, цепи питания. Экологическая пирамида. Продукция экосистем.”
презентация к уроку по биологии (11 класс) по теме

Раскрываются основные понятия темы. Даются задания на закреплени материала.

Скачать:

Вложение Размер
potok_energii_i_cepi_pitaniya_ekologicheskaya_piramida._produkciya_ekosistem.pptx 2.33 МБ
Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Поток энергии и цепи питания Автор презентации = учитель биологии ГБОУ СОШ№113 Архипова Татьяна Сергеевна

Передача энергии через пищевые связи Вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений. Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т. е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому.

Цепи питания (трофические цепи) Путь каждой конкретной порции энергии, накопленной зелеными растениями, короток. Она может передаваться не более чем через 4–6 звеньев ряда, состоящего из последовательно питающихся друг другом организмов. Такие ряды последовательно питающихся друг другом организмов , в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют цепями питания.

растение → заяц → волк; растение → полевка → лисица → орел; растение → гусеница → синица → ястреб; растение → суслик → гадюка → орел . Пример цепей питания

Цепи питания (трофические цепи) Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют цепями выедания (или пастбищными, или цепями потребления )

Детритная трофическая цепь Цепи , которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, – детритными цепями разложения.

Трофические уровни Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень – это всегда продуценты, создатели органической массы; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные , живущие за счет растительноядных форм, – к третьему; потребляющие других плотоядных – соответственно к четвертому и т. д. Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания.

Читайте также:
Образовательные информационные ресурсы: что понимают под этим, какие ресурсы можно отнести к электронным

Трофические уровни 1 трофический уровень 2 трофический уровень 3 трофический уровень 4 трофический уровень

Правило 10 % основная часть потребляемой с пищей энергии идет у животных на поддержание их жизнедеятельности и лишь сравнительно небольшая – на построение тела, рост и размножение. Иными словами, большая часть энергии при переходе из одного звена пищевой цепи в другое теряется, так как к следующему потребителю может поступить лишь та энергия, которая заключается в массе поедаемого организма. По грубым подсчетам, эти потери составляют около 90 % при каждом акте передачи энергии через трофическую цепь.

Однако в реальных условиях в экосистемах различные цепи питания перекрещиваются между собой, образуя разветвленные сети. Почти все животные, за исключением редких специализированных видов, используют разнообразные источники пищи. Поэтому при выпадении одного звена в цепи не происходит нарушения в системе. Чем больше видовое разнообразие и богаче пищевые сети, тем устойчивее биоценоз. Пищевые сети

Первичная продукция Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукцию выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.

Первичная продукция Валовая первичная продукция – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание). Эта часть может быть достаточно большой. В тропических лесах и зрелых лесах умеренного пояса она составляет от 40 до 70 % валовой продукции. Планктонные водоросли используют на метаболизм около 40 % фиксируемой энергии. Такого же порядка траты на дыхание у большинства сельскохозяйственных культур. Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений. Чистая первичная продукция – это энергетический резерв для консументов и редуцентов .

Вторичная продукция Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов – это вторичная продукция сообщества. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего.

Пирамиды биомассы Пирамиды биомассы в некоторых биоценозах (по Ф. Дре , 1976): П – продуценты; РК – растительноядные консументы ; ПК – плотоядные консументы ; Ф – фитопланктон; 3 – зоопланктон Под биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего сообщества в целом.

В большинстве наземных экосистем действует правило пирамиды биомасс, т. е . суммарная масса растений оказывается больше, чем биомасса всех фитофагов и травоядных, а масса тех, в свою очередь, превышает массу всех хищников Для океана правило пирамиды биомасс недействительно (пирамида имеет перевернутый вид) . На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни крупных хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала и в их телах задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

Пирамида биомасс океана.

Пирамиды продукции правила пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.

Пирамида чисел Рассмотрите экологическую пирамиду численности и выявите закономерность. Почему численность организмов уменьшается при переходе с одного трофического уровня к другом

Пирамида чисел В тех трофических цепях, где передача энергии происходит в основном через связи хищник – жертва, часто выдерживается правило пирамиды чисел: общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается . Это связано с тем, что хищники, как правило, крупнее объектов своего питания и для поддержания биомассы одного хищника нужно несколько или много жертв .

Пирамида чисел Из этого правила могут быть и исключения – те редкие случаи , когда более мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных. Правило пирамиды чисел было подмечено еще в 1927 г. Ч. Элтоном, который отметил также, что оно неприменимо к цепям питания паразитов, размеры которых с каждым звеном уменьшаются, а число особей возрастает

Укажите, какие цепи относятся к пастбищным, а какие к детритным . Обоснуйте свой ответ. Сосна → тля → божья коровка → паук-крестовик → кукушка → ястреб Листовая подстилка → Дождевой червь → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник Мертвое животное → Личинки падальных мух → Травяная лягушка → Обыкновенный уж Фитопланктон → зоопланктон → планктоядные рыбы → хищные рыбы → морские птицы, ластоногие, китообразные Гумус и детрит → Личинки ручейников → Хищные водные жуки → Рыбы Одноклеточные водоросли → Ресничные инфузории → Коловратки → Хищные водные жуки → Рыбы

Составьте 2 цепи питания.

Что изображено на рисунках?

Что в экологической пирамиде обозначено цифрами? Назовите, кто в этой пирамиде является консументом 1 порядка, а кто – второго?

Задача 1. В лесном сообществе обитают: гусеницы, синицы, сосны, коршуны. Составьте пищевую цепь и назовите консумента второго порядка. Задача 2. На основании правила экологической пирамиды определите, сколько нужно планктона, что бы в море вырос один дельфин массой 300 кг, если цепь питания имеет вид: планктон, нехищные рыбы, хищные рыбы, дельфин.

1 . На основании правила экологической пирамиды определите, сколько нужно зерна, чтобы в лесу вырос один филин массой 3.5 кг, если цепь питания имеет вид: зерно злаков -> мышь -> полевка -> хорек -> филин. 2.На основании правила экологической пирамиды определите, сколько орлов может вырасти при наличии 100 т злаковых растений, если цепь питания имеет вид: злаки -> кузнечики-> лягушки-> змеи-> орел.

Читайте также:
Минеральное питание растений - это почвенный способ усвоения питательных веществ

3.На основании правила экологической пирамиды определите, сколько орлов может вырасти при наличии 100 т злаковых растений, если цепь питания имеет вид: злаки -> кузнечики-> насекомоядные птицы-> орел. 4. Какие из перечисленных организмов экосистемы тайги относят к продуцентам, первичным консументам , вторичным консументам : бактерии гниения, лось, ель, заяц, волк, лиственница, рысь? Составьте цепь питания из 4 или 5 звеньев.

http://www.newecologist.ru/ecologs-266-1.html http://i-exam-otvety.ru/pic/1743_210936/9043D29EE19B6A124E7554504DB598A8.jpg http://i-exam-otvety.ru/pic/1743_210898/BC76AE5017A9F0E81DA1A9F28AF31285.jpg http://ours-nature.ru/b/book/5/page/9-glava-9-ekosistemi/102-9-3-1-pervichnaya-i-vtorichnaya-produktsiya http://rudocs.exdat.com/docs/index-71199.html http://900igr.net/datai/ekologija/Razvitie-ekologii/0052-104-Potoki-energii.png http://www.home-edu.ru/user/f/00001285/1lesson/foodweb.files/web.png http://im5-tub-ru.yandex.net/i?id=108277838-50-72&n=21

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Лабораторная работа. Составление схем передачи веществ и энергии, трофических сетей, построение пирамид биомассы.

Инструктивная карточка лабораторной работы по биологии предназначается для обучающихся 11 класса и содержит все необходимые наглядные материалы, подробные описания и инструкции для выполнения работы.

Цепи питания и поток энергии. Взаимосвязь компонентов биоценоза.

Представленный урок по биологии подготовлен для учащихся 7 класса общеобразовательной школы и ориентирован на содержание учебника Латюшина В.В. «Биология. Животные».

Поток энергии и цепи питания.

В призентации показаны трофические уровни биоценозов и типах пищевых цепей- пастбищных и детритных.

Поток энергии и цепи питания, экологическая пирамида.

Презентация по теме:Поток энергии и цепи питания, экологическая пирамида.

Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты

Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты и их роль

Экосистема (или биогеоценоз) – это открытая, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся биологическая система, состоящая из взаимодействующих между собой организмов живой природы (биоценоз) и окружающей их неживой среды (биотоп). Озеро, степь, лес, болото – типичные примеры природных экосистем.

ЭКОСИСТЕМА = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП

Термин «экосистема» был предложен ботаником А. Тенсли в 1935 году. Он считал, что любая совокупность живых организмов, как органического компонента, и неживой природы, как неорганического компонента, формирует экосистему. Для А. Тенсли органика и неорганика в экосистеме равноценные части, которые нельзя исключать.

Классификация экосистем

По происхождению все экосистемы делят на природные (естественные), антропогенные (искусственные) и социоприродные (смешанные).

Экосистемы по происхождению

  • природные – это экосистемы естественного происхождения, в которых круговорот веществ происходит без участия человека (например, озеро Байкал, сибирский лес, сосновый бор);
  • антропогенные – это искусственные экосистемы, созданные человеком и существующие при его поддержке (например, агроэкосистема, которая не может существовать без непосредственного участия человека). Как правило, агроэкосистема требует внесения питательных веществ (удобрений) в почву вследствие выноса из нее основной части биомассы с продукцией (сельскохозяйственного производства);
  • социоприродные – это естественные экосистемы, измененные человеком (например, водохранилище, парк).

По источнику получаемой энергии экосистемы делятся на автотрофные и гетеротрофные.

Экосистемы по источнику питания

  • автотрофные – это экосистемы, способные сами обеспечивать себя энергией, получаемой от Солнца, благодаря деятельности собственных организмов: фотоавтотрофов или хемоавтотрофов. Многие природные и некоторые антропогенные экосистемы относятся именно к автотрофному типу.
  • гетеротрофные – это экосистемы, которые получают энергию в виде готовых органических соединений, синтезированных организмами, не входящими в структуру данных экосистем. Некоторые природные и антропогенные системы могут принадлежать к гетеротрофному типу (например, экосистемы глубин океанов используют органические остатки, которые падают сверху или города с их линиями электропередач).

В экосистеме выделяют два основных компонента:

  1. биотический;
  2. абиотический.

Биотический компонент подразделяется на автотрофный и гетеротрофный:

автотрофный – это организмы, называемые продуцентами, которые сами производят органическое вещество из простых неорганических веществ с использованием энергии солнечного света (фотоавтотрофы) или энергии, выделяющейся при химических реакциях (хемоавтотрофы). К группе автотрофных организмов принадлежат все зеленые растения и некоторые представители бактерий, способные фотосинтезировать. Простыми неорганическими веществами для фотоавтотрофов служат углекислый газ и вода. В процессе жизнедеятельности они образуют на свету органические вещества – углеводы или сахара. Кислород выделяется как побочный продукт:

Хемоавтотрофы используют энергию химических связей. Типичными представителями являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммиак сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты:

Выделившаяся при этих реакциях химическая энергия (Q) используется бактериями для образования органических веществ в процессе восстановления углекислого газа до углеводов.

гетеротрофный – это организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества. Сами они не могут производить органические соединения, поэтому получают их в готовом виде. К гетеротрофам принадлежат консументы и редуценты.

Консументы – это гетеротрофные организмы, потребляющие готовое органическое вещество, созданное продуцентами, и использующие его как источник энергии и питательного материала. Все животные, некоторые микроорганизмы и паразитические растения являются консументами. Консументы делятся на фаготрофов, питающихся животными и растительными организмами, и сапротрофов, питающихся мертвыми остатками.

Классификация консументов:

  • консументы первого порядка, или фитофаги – это гетеротрофные организмы, для которых источником пищи служат фотосинтезирующие растения;
  • консументы второго порядка – это животные, поедающие фитофагов;
  • консументы третьего и четвертого порядков – это живые организмы, питающиеся соответственно консументами второго и третьего порядков.

Редуценты, или деструкторы – это микроорганизмы (бактерии, грибы), которые разлагают все растительные и животные остатки до простых неорганических соединений.

Биологические компоненты экосистемы

К абиотическим факторам относятся влияния неживой природы: свет, температура, влажность.

Видовая и пространственная структуры экосистемы

При рассмотрении любых экосистем в горизонтальном и вертикальном направлении, можно отметить неоднородность расположения в них живых организмов.

Видовая структура экосистемы – это многообразие видов, их взаимодействие и соотношение численности. Различные сообщества, состоящие из разных видов, образуют видовое разнообразие экосистемы. Например, в степи на площади 100 м 2 произрастают растения, принадлежащие к 100 разным видам.

Читайте также:
Вакуоль у эукариот: состав растительных и животных клеток, строение и функции, типы вакуолей

Видовая структура экосистемы определяется также и соотношением численности особей разных видов в экосистеме. Например, в одном лесу могут обитать около 10 видов птиц по 100 особей каждого вида. В другом лесу то же количество видов включает неоднородное соотношение особей каждого вида: особи одних видов по численности могут превосходить другие виды, и наоборот. Виды, в популяции которых содержится наибольшее количество особей, называются доминантами. Например, в степях доминантами являются ковыль и типчак, так как именно представители этих видов преобладают в экосистеме по численности. Доминанты определяют структуру экосистемы и, как правило, не имеют врагов, что дает им заметное преимущество к процветанию.

Эдификатор — основной образователь среды. Обычно доминирующий вид является и эдификатором. Например, сосна в сосновом бору считается как доминантом, так и эдификатором. Во-первых, по биомассе сосна значительно превосходит остальные организмы данной экосистемы, а во-вторых, она создает условия для существования “соседей”, затеняя нижние ярусы, окисляя почву.

Пространственная структура экосистемы – это расположение популяций разных видов в экосистеме. Пространственная структура экосистемы бывает вертикальной и горизонтальной. Растительность определяет главным образом вертикальную структуру экосистемы. Совокупность растений одинаковой высоты формирует ярусы. Выделяют около пяти ярусов, образованных разными жизненными формами растений: древесный (верхний и нижний), кустарниковый, кустарниково-травяной, мхово-лишайниковый. Высокие деревья (сосна, ель, дуб, береза) составляют верхний (первый) ярус. Далее располагаются деревья пониже (рябина, осина, черемуха, яблоня), образующие второй ярус. Затем идут кустарники (шиповник, жимолость, крушина, ежевика), формирующие третий ярус. Мхи, низкорослые травы и лишайники создают самый нижний ярус.

Ярусное расположение растительности определяется, прежде всего, их неодинаковой потребностью в солнечном свете: верхний ярус занимают светолюбивые растения, под пологом которых прячутся теневыносливые.

Животные также могут занимать тот или иной растительный ярус, практически не покидая его.

Ярусность бывает не только надземная, но и подземная. Почвенную ярусность определяет характер залегания корневой системы различных растений. Корни наиболее высоких деревьев проникают на большую глубину, чем корни кустарников, ближе к поверхности располагаются корни мелких травянистых растений, а непосредственно на ней — мхи. При этом, в поверхностных слоях почвы корней значительно больше, чем в глубинных.

Горизонтальная структура экосистемы (мозаичность) – это неравномерное распределение популяций отдельных видов по площади. Мозаичность возникает вследствие неоднородности рельефа почвы, а также может быть результатом деятельности человека (например, кострища, выборочная рубка). Животные тоже оказывают влияние на горизонтальную структуру экосистемы (вытаптывание копытными травостоя, образование муравейников).

Горизонтальная структура экосистемы

Горизонтальная структура экосистемы

Вертикальная структура экосистемы

Вертикальная структура экосистемы

Вертикальная и горизонтальная структуры экосистемы позволяют организмам наиболее эффективно использовать световой поток, минеральные вещества почвы и влагу.

Трофические уровни. Цепи и сети питания, их звенья

Трофический (пищевой) уровень — комплекс организмов с одинаковым типом питания, занимающих определенное положение в пищевой цепи.

Пищевая цепь – последовательность живых организмов, способных передавать питательные вещества и энергию от продуцентов (растений) к консументам (хищникам). Соседние звенья пищевой цепи формируют отношения по принципу «пища – потребитель». То есть, если одна группа организмов становится пищей для другой группы, звенья будут сцеплены.

Классификация трофических уровней:

  1. первый — образуют продуценты (фотосинтезирующие растения);
  2. второй — консументы I порядка (травоядные животные: овцы, зайцы, насекомые);
  3. третий — консументы II порядка (первичные хищники, для которых пищей служат травоядные животные: змея, поедающая грызунов, или волк, питающийся кроликом);
  4. четвертый — консументы III порядка (хищники, питающиеся консументами II порядка, или вторичные хищники: сова, поедающая змей).

Особи одного вида могут занимать несколько трофических уровней в зависимости от источников пищи (например, белый медведь, потребляя ягоды, считается консументом I порядка, но, поедая грызуна, становится консументом II порядка).

Вершину пищевой цепи обычно занимают высшие хищники, которые, как правило, не имеют серьезных врагов (например, крокодил или акула).

Заключенная в одних организмах энергия потребляется другими организмами в процессе круговорота веществ. Перенос энергии и пищи от ее источника — автотрофов (продуцентов) через ряд организмов происходит по пищевой цепи, путем поедания одних организмов другими. Пищевая цепь — это ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Число звеньев в ней может быть различным, но обычно их бывает 3 — 5.

Пищевые цепи подразделяются на:

  • пастбищные;
  • детритные.

Пастбищные пищевые цепи – это цепи выедания. Основным источником пищи здесь являются зеленые растения (продуценты).

  • Например, трава (автотроф) → заяц → лиса. Такие пищевые цепи находятся в непосредственной зависимости от солнечной энергии. Круговорот веществ и энергии в природе определяется пастбищными пищевыми цепями.

Детритные пищевые цепи – это цепи разложения, где в качестве главного источника пищи используются отмершие останки. Органические останки, или детрит, формируют начало детритных пищевых цепей.

  • Например, листовой опад (детрит) → дождевой червь → дрозд → ястреб-перепелятник. Этот тип пищевой цепи меньше зависит от энергии Солнца. Главный фактор существования данной цепи – приток органических веществ из другой системы. Детритные пищевые цепи осуществляют накопление веществ и энергии в экосистеме.

Значение пищевой цепи:

  1. изучение пищевых цепей позволяет проследить кормовые взаимодействия между разными организмами в экосистеме;
  2. знания о пищевых цепях дают возможность оценить механизм движения энергии и проследить перемещение веществ в экосистеме.

Пищевые цепи не изолированы друг от друга. Они взаимодействуют между собой, формируя пищевые сети. Пищевая сеть – это условное образное обозначение трофических взаимоотношений продуцентов, консументов и редуцентов в сообществе. Оценивая схемы пищевых цепей, можно отметить, что каждый организм питается только каким-то определенным организмом. На самом деле, это не всегда так. Как правило, живые организмы могут использовать в качестве источника пищи организмы из разных популяций. Даже организмы из смежных пищевых цепей могут выступать для них компонентом питания. Таким образом, возможно переплетение пищевых цепей с образованием пищевых сетей.

Читайте также:
Исследование генетики человека: генеалогический, цитогенетический методы и другие

Правила экологической пирамиды

На каждом последующем уровне продукция примерно в 10 раз меньше предыдущего. Это правило экологических пирамид в 1927 году объявил зоолог Чарлз Элтон для отображения экологической структуры. Структурой для построения экологических пирамид служат пищевые цепи. Чарлз Элтон разработал графическую модель в форме пирамиды, основание которой занимают продуценты. Объем каждого верхнего этажа по сравнению с предыдущим уменьшается. Над уровнем продуцентов залегает уровень консументов I порядка. Выше находятся консументы остальных порядков.

Позже эколог Р. Линдеман в 1942 году вывел правило 10%: на каждый следующий более высокий трофический уровень переходит около 10% энергии предыдущего уровня. 90% энергии при переносе ее от звена к звену рассеивается в виде тепла. Поэтому, в связи с колоссальной потерей энергии, количество трофических уровней ограничено и не превышает четырех-пяти звеньев. Чем дальше от начала располагаются звенья цепи, тем меньше энергии достается следующим трофическим уровням.

Правила экологической пирамиды

Энергия (C) тратится на разнообразные процессы жизнедеятельности организмов. Часть идет на построение клеток, а именно на прирост (P). Часть расходуется на прохождение энергетического обмена (R) и на процесс дыхания (i). Некоторая часть энергии выводится из организма в качестве неусвояемых продуктов жизнедеятельности (F). Следовательно, общее количество энергии будет складываться из отдельных составляющих:

Очевидно, что не все слагаемые будут переходить на следующий трофический уровень. Например, энергия, затраченная на дыхание, уходит из экосистемы. Таким образом, каждый последующий уровень всегда будет получать меньше энергии, чем первоначально содержится в предыдущем.

Правило 10% (принцип Линдемана) – основной закон пирамиды энергии

Правило 10% (принцип Линдемана) – основной закон пирамиды энергии.

Типы экологических пирамид:

  • пирамида чисел (численностей) – отражает численность отдельных организмов по трофическим цепям, показывая уменьшение числа особей от продуцентов к редуцентам. Например, чтобы прокормить одного волка, нужно несколько кроликов; чтобы прокормить этих кроликов, нужно большое численное многообразие растений;
  • пирамида биомасс – показывает соотношение продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме, выраженное в их массе. Обычно каждый последующий уровень по массе в 10 раз меньше, чем предыдущий;
  • пирамида энергии – отражает силу потока энергии через последовательные трофические уровни, т.е. эта пирамида отражает скорость прохождения массы пищи через трофическую цепь. Таким образом, структура биоценоза зависит главным образом не от количества фиксированной энергии, а от скорости продуцирования пищи.

Экологическая пирамида может быть перевернута основанием вверх, то есть предыдущие уровни могут иметь меньшую плотность и биомассу, чем последующие. Основным фактором для этого служит высокая скорость воспроизводства популяции жертвы. Например, множество насекомых, обитающих на одном дереве.

Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания)

Схемы цепей питания позволяют нам получить полную информацию о кормовой структуре биогеоценоза. В отличие от обычного бессвязного перечисления видов той или иной экосистемы, схемы передачи веществ и энергии дают возможность проследить взаимоотношения между видами разных популяций, построенных на принципе «пища-потребитель».

Поскольку вещество и энергия постоянно перемещаются, важно также знать направление этого потока.

Типичная трофическая цепь записывается линейно. В зависимости от типа пищевой цепи, определяют организм, расположенный в начале. Если целью служит запись пастбищной пищевой цепи, то сначала записывают продуцента (любое растение, способное к фотосинтезу). За продуцентом следуют консументы всех возможных порядков. Между организмами, записанными в строку, рисуют стрелки. Направление стрелок позволяет понять, в какую сторону движется энергия и вещество. Например, трава → кузнечик → мышь → куница → орел. Трава, являясь продуцентом, служит пищей для кузнечиков (консументы первого порядка), которые, в свою очередь, становятся пищей для мышей (консументы второго порядка). Мышами питаются куницы (консументы третьего порядка), а куниц поедают орлы (консументы четвертого порядка). Стрелки показывают направление движения веществ и энергии от травы к орлам.

В детритной пищевой цепи место продуцента занимает детрит — мертвое органическое вещество, которое потребляют консументы первого порядка. Например, мертвое животное → муха → лягушка → змея.

Как правило, при выполнении заданий, перечисляется только список видов, обитающих в экосистеме, а пищевые взаимоотношения между ними приходится определять самому. Сделать это просто. Сначала нужно проанализировать способ питания организмов. При наличии в списке продуцента, именно он выделяется в первую очередь. Обычно, продуцентами в пищевых цепях являются зеленые растения.

Далее выбирается гетеротрофный организм, питающийся растительной пищей, или фитофаг. Затем, хищное животное, поедающее фитофагов и т.д.

Если в предложенном списке организмов отсутствует продуцент, тогда выбирается детрит. В остальном система составления пищевых цепей одинакова.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: