12. Трофическая структура биоценозов. Пищевые цепи и экологические пирамиды.

Трофическая структура биоценоза

Рассмотреть как работают пищевые цепи и трофические уровни в экосистеме.

— производители — растения и некоторые бактерии, создающие органические вещества из неорганических;

— потребители — животные, некоторые растения и бактерии, питающиеся готовыми органическими веществами;

— разрушители — грибы и некоторые бактерии, разрушающие органические вещества до неорганических

Пищевые цепи и экологические пирамиды

Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасённой химической энергии организмы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты — двуокись углерода, воду, нитраты, фосфаты и т.п., завершая тем самым круговорот питательных веществ.

Растения сами готовят себе «пищу», используя для этого «необработанное сырьё». Поэтому их называют автотрофами, что буквально означает «самопитающиеся».

Животные извлекают необходимую им энергию из готовой пищи, поедая растения или других животных. Поэтому их называют гетеротрофами, что означает «питающиеся другими».

Такая специализация живых форм в качестве производителей и потребителей пищи создаёт в биологических сообществах определённую энергетическую структуру, называемую трофической структурой, в пределах которой происходят перенос энергии и круговороты питательных веществ.

Пищевая цепь указывает путь движения органических веществ, а также содержащихся в ней энергии и неорганических питательных веществ.

В каждом звене пищевой цепи, на каждом трофическом уровне сообщества большая часть поглощаемой с пищей энергии рассеивается в виде тепла, движения, а у светящихся организмов — в виде света. Ни одна из этих форм энергии не может быть использована другими организмами, следовательно, при переходе к каждому последующему звену пищевой цепи общее количество пригодной для использования энергии, передаваемой на следующий более высокий трофический уровень, уменьшается.

13. Биологическая продуктивность экосистем. Динамика экосистем. Теория биоценологии по в.Н.Сукачеву.

Биологическая продуктивность экосистем

Первичная и вторичная 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.

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

Понятие о динамике экосистем. Экосистемы подвержены непрерывным изменениям. Одни виды постепенно отмирают или вытесняются, уступая место другим. Внутри экосистем постоянно протекают процессы разрушения и новообразования. Например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни.

Биогеоценология (от био..., гео..., греч. koinós — общий и lógos — слово, учение), наука о взаимосвязанных и взаимодействующих комплексах живой и косной природы — биогеоценозахи их планетарной совокупности — биогеосфере. Зародилась Б. в недрах геоботаники, но впоследствии развивалась на стыке биологической и географической наук, отражая комплексный уровень изучения живой природы.

Основоположник Б. — В. Н. Сукачев. Начиная с 1940 он в ряде работ определил основные положения Б., её теоретические и практические задачи, связь с другими науками, программу и направление исследований. Большую роль в развитии современной Б. сыграли работы русских учёных В. В. Докучаева, Г. Ф. Морозова, Р. И. Аболина, утверждавших идею взаимосвязанности явлений природы, и В. И. Вернадского, вскрывшего огромное планетарное значение организмов -— живого вещества. В круг вопросов, решаемых Б., входят следующие: исследование структуры, свойств и функций составляющих биогеоценозы компонентов и расшифровка механизма их связей; изучение потоков вещества и энергии в них, а также доли и формы участия их компонентов в материально-энергетическом метаболизме всего комплекса и особенно в его биологической продуктивности; изучение преобразования одними компонентами состояний, свойств и работы других; определение их роли в изменении и динамике биогеоценоза: установление реакций компонентов и биогеоценоза в целом на стихийные воздействия и хозяйственную деятельность человека; изучение устойчивости биогеоценозов и её регуляторных механизмов; исследование взаимосвязей и взаимодействий как между соседними, так и между более отдалёнными биогеоценозами, обеспечивающими единство биогеосферы и её крупных частей.

Решить эти задачи можно лишь при участии в исследованиях широкого круга специалистов (ботаников, зоологов, физиологов, микробиологов, почвоведов, климатологов, биохимиков и др.); эти задачи требуют длительных сроков исследований, использования эксперимента (как в естественных условиях, так и на моделях), широкого применения количественных методов изучения, использования математического анализа и статистической обработки данных. От успешного решения задач Б. зависят: возможная точность прогнозирования последствий вмешательства человека в ход природных процессов; возможность направленной регуляции связей и взаимодействий компонентов биогеоценоза для получения наиболее высокого и разносторонне выгодного хозяйственного эффекта (главным образом повышения биологической продуктивности); выбор путей хозяйственного использования материально-энергетических ресурсов биогеосферы и её частей. Особенно существенно значение Б. для практики лесного и сельского хозяйства. Выясняется также её важное методологическое значение для изучения среды жизни человека на Земле и для космонавтики, защиты промышленных изделий, продуктов питания, кормов от повреждения биологическими компонентами биосферы, для охраны природы и пр. Б. тесно связана с ландшафтоведением, почвоведением, климатологией, биоценологией, микробиологией, биогеохимией.

Лит.: Сукачев В. Н., Развитие растительности как элемента географической среды в соотношении с развитием общества, в сб.: О географической среде в лесном производстве, Л., 1940; его же. Основы теории биогеоценологии, в кн.: Юбилейный сборник [АН СССР], посвященный 30-летию Великой Октябрьской социалистической революции, [ч. 2], М.—Л., 1947; Основы лесной биогеоценологии, под ред. В. Н. Сукачева н Н. В. Дылиса, М., 1964; Программа и методика биогеоценологических исследований, под ред. В. Н. Сукачева и Н. В. Дылиса, М., 1966; Тимофеев-Ресовский Н.В., Тюрюканов А. Н., Биогеоценология и почвоведение, "Бюлл. Московского общества испытателей природы. Отдел биологический", 1967, т. 72, в. 2.