
- •Содержание
- •Введение
- •Глава 1. Предмет, принципы и законы экологии
- •1.1. Основные принципы и законы экологии
- •1.2. Обобщающая концепция лимитирующих факторов
- •Сведения для расчёта планируемой урожайности
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Факториальная экология
- •2.1. Основные понятия аутэкологии
- •2.2. Оценка биологических условий роста и развития сельскохозяйственных растений
- •Погодные условия вегетационного периода, мс «Тверь»
- •Среднедекадное количество осадков за теплый период года, мм
- •Ориентировочные календарные сроки посева (посадки) и начала уборки полевых культур в Тверской области
- •Сведения для расчета планируемой урожайности по влагообеспеченности
- •Тесты и контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Популяционная экология
- •3.1. Общие сведения о демэкологии
- •3.2. Эколого-биологическая характеристика охраняемых растений и животных
- •Представители растительного и животного мира
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Экология сообществ и экосистем
- •4.1. Понятия синэкологии
- •4.2. Оптимальная нагрузка пастбищных биогеоценозов
- •Норма потребности в пастбище (га) на одну голову взрослого крупного рогатого скота
- •Примерная суточная потребность в зеленом корме на одну голову
- •Продолжительность пастбищного периода Тп, дней
- •Критерии выбора способа улучшения естественных кормовых суходольных угодий
- •4.3. Контрастность почвенного покрова
- •Шкала контрастности почв
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Учение о биосфере
- •5.1.Биосфера – целостная глобальная экологическая система
- •Эволюция развития биосферы
- •5.2. Механическая миграция гумуса и элементов питания
- •5.3 Агроэкологическая роль биологического азота
- •Круговорот основных элементов в биосфере
- •Баланс кислорода в биосфере, млрд. Т/год
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Глава 6. Природные ресурсы, их рациональное использование
- •6.1. Теоретические основы рационального природопользования
- •Структурная схема природных ресурсов
- •6.2. Экологическая оценка качества продуктов питания растительного происхождения
- •Содержание аминокислот в идеальном белке
- •Сводка наиболее вредных видов пищевых добавок: консервантов, красителей, эмульгаторов, разрыхлителей
- •6.3. Геохимический статус элементов рельефа
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Водные ресурсы биосферы
- •7.1. Рациональное использование водных ресурсов
- •7.2. Оценка качества поверхностных вод
- •Пдк основных загрязняющих веществ, попадающих в водный объект
- •Тесты и контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8. Земельные ресурсы биосферы
- •8.1. Экологические проблемы использования земельных ресурсов
- •Общая структура земельного фонда планеты на конец XX в.
- •Страны, наиболее «страдающие» от голода и недоедания
- •Структура почвенного покрова сельскохозяйственных угодий России
- •Распределение земель по категориям
- •Характеристика качества сельскохозяйственных угодий в рф
- •8.2. Вынос биогенных веществ из природно-аграрных экосистем
- •Вынос биогенного вещества (к) с урожаем
- •8.3. Влияние солнечной энергии на продуктивность сельскохозяйственных растений
- •Приход фар за вегетационный период в Центральном районе и теплотворная способность сухой биомассы сельскохозяйственных культур
- •Сведения для расчета планируемой урожайности по использованию фар и влагообеспеченности
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9. Экологические последствия загрязнения атмосферы
- •9.1. Воздушные ресурсы биосферы
- •Газовый состав сухого воздуха у земной поверхности (в %)
- •9. 2. Оценка загрязнения воздушной среды
- •Качественная классификация супер-экотоксикантов
- •Изменение показателей качества окружающей среды по степени опасности
- •Пдк наиболее распространённых загрязнителей атмосферы
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10. Экологическая безопасность
- •Состояние экологической безопасности
- •Особенности влияния нитратов на здоровье человека
- •Дозы азотных удобрений и содержание нитратов в продукции
- •Предельно-допустимые концентрации нитратов в кормах и в продукции
- •Оценка содержания нитратов в сельскохозяйственной продукции
- •Тесты и контрольные вопросы Тесты
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Основы экологического права
- •11.1. Российское экологическое законодательство
- •11.2. Характеристика охраняемых природных территорий
- •Заказники Тверской области
- •Список охраняемых растений, животных, птиц, рыб и насекомых Тверской области
- •11.3. Понятия экологический мониторинг, экологическая экспертиза и аудит
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12. Международное сотрудничество в области экологии
- •12.1. Международное экологическое сотрудничество
- •12.2. Определение экологического ущерба от выбросов загрязняющих веществ
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
Контрольные вопросы
1. Вспомните и воспроизведите определение популяции. Какие основные критерии используются при расчленении вида на популяции?
2. Назовите основные виды структуры популяций. Покажите прикладное значение возрастной структуры популяций.
3. Что понимается под биотическим потенциалом популяции (вида)? Почему он не реализуется полностью в природных условиях? Какие факторы препятствуют реализации потенциала? Нарисуйте теоретически возможную и реальную кривую роста численности особей в популяциях. Как называются эти кривые?
4. Назовите механизмы, за счет которых регулируется численность особей в популяциях. Перечислите механизмы межвидового и внутрипопуляционного регулирования численности особей в популяциях.
5. Применим ли к популяциям термин «гомеостаз» и в чем он проявляется?
6.Популяции, их генофонд.
7. Структура популяции.
8. Территориальная иерархия популяций.
Глава 4. Экология сообществ и экосистем
4.1. Понятия синэкологии
Организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды, называется биоценозом (от греч. bios-жизнь, koinos- общий).
Сбалансированные животно-растительные сообщества (биоценозы) являются высшей формой существования организмов. Для биоценозов характерны относительно устойчивый состав фауны и флоры, они обладают типичным набором живых организмов, которые сохраняют свои основные признаки во времени и пространстве. Биоценозы, как и популяции, - это надорганизменный уровень организации жизни, но более высокого порядка.
При изучении биоценоза последний условно расчленяют на отдельные компоненты: фитоценоз - растительность, зооценоз - животный мир, микробоценоз - микроорганизмы. Однако важно подчеркнуть, что всех их следует рассматривать как биологические единства разных типов и уровней.
Размеры биоценотических группировок весьма различны: это и небольшие сообщества подушек лишайников на стволах деревьев или гниющий пень, но это и население целых ландшафтов, например, степей, лесов, пустынь и др. Часто сообщества не имеют четких границ, неуловимо переходя одно в другое.
Часть экологии, которая исследует закономерности сложения сообществ и совместной жизни в них живых организмов, называется синэкологией, или биоценологией.
Пространство с более или менее однородными условиями, которое занимает биоценоз, носит название биотопа (topos- место).
Биоценоз и биотоп невозможно оторвать друг от друга, об этом свидетельствует ряд принципов их взаимосвязи:
1. Принцип разнообразия (А. Тинеман): чем разнообразнее условия биотопа, тем больше видов в биоценозе.
Примером проявления этого принципа может, служить тропический лес. Здесь в условиях крайнего разнообразия условий среды жизни в биоценозы входит огромное число видов, и трудно встретить место, где бы рядом росли два растения одного вида.
2.Принцип отклонения условий (А. Тинеман): чем выше отклоне- ния условий биотопа от нормы, тем беднее видами и специфичнее биоценоз, а численность особей отдельных составляющих его видов выше.
Этот принцип проявляется в экстремальных биотопах, например, местах интенсивного загрязнения среды. В них мало видов, но число особей в них обычно велико, может иметь место даже вспышка массового размножения организмов.
3.Принцип плавности изменения среды (Г.М. Франц): чем плавнее изменяются условия среды в биотопе и чем дольше он остается неизменным, тем богаче видами биоценоз и тем более он уравновешен и стабилен. Практическое значение в том, что, чем больше и быстрее происходит преобразование природы и биотопов, тем труднее видам успеть приспособиться к этому преобразованию, а, следовательно, биоценозы ими обедняются.
Так как биотоп есть место обитания или место существования биоценоза, последний является исторически сложившимся комплексом организмов, характерным для какого-то конкретного биотопа. Потому, что биоценоз невозможно оторвать от биотопа, возможно оторвать от биотопа, они вместе образуют биологическую макросистему еще более высокого ранга - биогеоценоз. По В.Н. Сукачеву, биогеоценоз - совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений - атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, микроорганизмов и почвы.
Биогеоценозу присущи специфика взаимодействий слагающих его компонентов, их особая структура и определенный тип обмена веществ и энергии между собой и с другими субъектами природной среды. Отличаясь размерами, биогеоценозы характеризуются и большой сложностью. Это и небольшой водоем, и пруд, но это и лес, озеро, луг и т.д.
Живые компоненты любого биогеоценоза можно разделить на три части:
1) продуценты - производители первичной продукции (зеленые растения);
2) консументы - (первичные растительноядные животные, вторичные - плотоядные животные и т.д.);
3) редуценты (иначе, разрушители, деструкторы) - обычно грибы и микроорганизмы, которые разлагают органические соединения отмерших организмов до неорганических, которые вновь используются продуцентами для построения своего тела. Между этими основными звеньями биогеоценоза возникают связи самых различных порядков - параллельные и перекрещивающиеся, запутанные и переплетенные и т. д.
Уместно привести высказывание Н.В. Дылиса: «Биогеоценоз не сумма биоценоза и среды, а целостное и качественно обособленное явление природы, действующее и развивающееся по своим собственным закономерностям, основу которых составляет метаболизм его компонентов».
Типы биоценотических отношений. Межвидовые связи организмов, которые населяют один и тот же биотоп, закладывают основу для возникновения и существования биоценозов, определяют основные условия жизни видов в сообществе, возможности добывания пищи и т.д.
Согласно классификации В.Н. Беклемишева (1951 г.), прямые и косвенные межвидовые отношения подразделяются на четыре типа: трофические, топические, форические и фабрические.
Трофические связи возникают в том случае, когда один вид питается другим (живым организмом, его остатками либо продуктами жизнедеятельности). При этом возможна как прямая трофическая связь (пчела собирает нектар растений), так и косвенная. Последняя, например, имеет место в случае конкуренции двух видов из-за объекта питания, тогда деятельность одного, так или иначе отражается на количестве и качестве питания другого.
Топические связи отражают любое (физическое или химическое) изменение условий обитания одного вида вследствие жизнедеятельности другого. При этом особенно большая роль в создании или изменении среды для других организмов принадлежит растениям.
Имея наибольшее значение в биоценозе, трофические и топические связи способствуют удержанию друг возле друга организмов разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разных масштабов и состава.
Форические связи проявляются в том, что один вид участвует в распространении другого. В роли переносчиков выступают в основном животные. Транспортирование животными более мелких особей называется форезией, а перенос ими семян, спор, пыльцы растений - зоохорией.
Фабрические связи относятся к такому типу биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикации) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида. Типичный пример здесь - это птицы, употребляющие для постройки своих гнезд ветки деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц и т.п.
Среди огромного многообразия взаимосвязей живых организмов можно выделить определенные типы отношений, имеющие много общего у организмов разных систематических групп. Это отношения «хищник-жертва», «паразит-хозяин», конкуренция (внутри - и межвидовая), комменсализм, мутуализм, нейтрализм, аменсализм.
Весьма сложные биотические связи возникают у общественных насекомых. Так, муравьи - амазонки совершают набеги на чужие муравейники, захватывают там личинок и куколок и выводят из них в своем муравейнике взрослых муравьев - будущих «рабов». Последние выполняют всю работу по уходу за яйцами, потом личинками, куколками, а также по уборке и достройке жилища муравьев - «рабовладельцев».
В процессе сопряженной эволюции у различных видов растений и животных выработались взаимные приспособления друг к другу, то есть коадаптации; они подчас бывают столь прочными, что раздельно жить в современных условиях указанные виды уже не могут. Именно в этом проявляется единство органического мира.
Коадаптации насекомоопыляемых растений и насекомых - опылителей есть примеры исторически возникших глубоких взаимных приспособлений. В частности, следствием совместной эволюции является привязанность различных групп животных к определенным группам растений и местам их произрастания.
Трофические связи животных и растений имеют первостепенное значение, их можно назвать взаимоотношениями автотрофных и гетеротрофных организмов. Практически все организмы, за редким исключением (некоторые хищники и паразиты), питаются растительной пищей. Однако есть специализированная группа сапрофагов, которые живут за счет разлагающегося органического вещества (гиены, шакалы, стервятники), а также копрофагов, которые питаются экскрементами животных. Следует отметить, что растительную пищу употребляют и типичные плотоядные животные, правда, в определенные периоды жизни. Так, соболь и куница поедают ягоды и семена растений, когда не могут добыть себе животный корм. Практически невозможно среди животных найти виды, которые бы совершенно не питались растительной пищей.
Пищевые взаимоотношения способствовали возникновению специализированных групп животных, которые приспособились жить за счет определенных растений. Так, травоядные животные (копытные, многие грызуны) питаются травянистой растительностью. При этом все степные формы животных адаптировались к жизни на открытых пространствах, к питанию в основном грубыми кормами. Для них характерны острое зрение, они быстро бегают, им свойственно особое строение пищеварительной системы.
Сезонные изменения запасов и качества растительного корма влияют на поведение, а также на образ жизни животных - фитофагов. Одни из них (например, сайгаки) в связи исчезновением обычного корма вынуждены порой преодолевать огромные расстояния; другие (суслики, хомяки) на зиму впадают в спячку.
Кроме фитофагии, в природе существует и зоофагия, т.е. питание растений животными - жертвами. Только растений-зоофагов насчитывается до 500 видов. Все они имеют различные, весьма хитроумные приспособления для ловли насекомых. Так, некоторые грибы ловят своих жертв с помощью микроскопических петель или клейких утолщений.
В природе на основе трофических связей широко распространены паразитические взаимоотношения между животными и растениями. Многие насекомые и клещи высасывают соки у растений, другие, внедряясь в стебли и листья, паразитируют как эндопаразиты.
Весьма велика роль некоторых животных в опылении растений. Так, В.Н. Радкевич сообщает, что в Европе до 80% видов покрытосеменных растений опыляется насекомыми, 19% - ветром и около 1% другими способами. Исключительное значение как опылители имеют пчелы. Так, рабочая пчела за минуту облетает 12 цветков, а за день - около 7200. Следует подчеркнуть, что связи насекомых-опылителей с цветковыми растениями, которые развились в течение длительной эволюции, постепенно привели к такой тесной взаимозависимости, что раздельное их существование невозможно.
Поражает пример своеобразных взаимоотношений, которые сложились между некоторыми растениями и муравьями, проживающими в тропических лесах Индии, Китая и других странах: растения, образуя специальные нектарники у основания листьев, предоставляют муравьям убежище и пищу, а муравьи защищают их от вредителей.
Велика роль травоядных животных в степных, луговых и тундровых биоценозах. При этом изменения животного населения в любом из ландшафтов приводит к определенным изменениями в растительности. Полное же исключение животных приводит к гибели сообщества. Так, истребление копытных животных в степях приводило к перерождению там растительности. Удивительно, но многие злаки, основные степные растения, способны успешно развиваться и расти лишь при условии, если их объедают, «подстригают» копытные. В противном случае они начинают вырождаться, и в растительном сообществе происходит глубокая перестройка. Именно благодаря такому «мирному сосуществованию» и взаимному влиянию сформировался характерный степной биоценоз. Следовательно, травоядные животные отнюдь не являются разрушителями естественных фитоценозов, а напротив - их создателями. При этом в результате эволюции выработались и функционируют механизмы, которые поддерживают наиболее выгодные количественные соотношения численности травоядных животных и растений.
Под структурой биоценоза понимают достаточно четко выраженные закономерности в соотношениях и связях его частей. Она многопланова, поэтому при ее изучении обычно выделяют различные аспекты.
Видовая структура биоценоза характеризует разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. При этом различают бедные и богатые видами биоценозы. Так, везде, где условия абиотической среды приближаются к оптимальным для жизни, возникают чрезвычайно богатые видами сообщества: тропические леса, долины рек в аридных районах и т.д. Напротив, в полярных арктических пустынях и северных тундрах при дефиците тепла, а также в безводных жарких пустынях сообщества сильно обеднены, поскольку лишь немногие виды могут приспособиться к таким неблагоприятным условиям.
Виды одного размерного класса, которые входят в состав конкретного биоценоза, сильно различаются по численности. Одни из них встречаются редко, другие настолько часто, что определяют внешний облик биоценоза, например, ковыль в ковыльной степи. В каждом сообществе можно выделить группу основных, наиболее многочисленных в каждом классе видов. Так, вдубраве - это дуб, в бору - сосна и т.д. В лесу, где произрастают десятки видов растений, только один или два дают до 90% древесины. Такие виды, преобладающие по численности, называются доминантными; они занимают ведущее, господствующее положение в биоценозе. Как правило, наземные биоценозы называют, исходя из доминантных видов: лиственничный лес, ковыльные степи и т.п.
Виды, которые живут за счет доминантов, получили название предоминантов. Так, в дубовом лесу это сойки, мышевидные грызуны, а также кормящиеся на дубе насекомые.
Однако не все доминантные виды одинаково влияют на биоценоз. Среди них выделяются те, которые своей жизнедеятельностью в наибольшей степени создают среду для всего сообщества и без которых поэтому существование большинства других видов невозможно. Такие виды называют эдификаторами, или средообразователями. При удалении эдификатора из биоценоза происходит заметное изменение физической среды, в первую очередь микроклимата биотопа.
В наземных биоценозах основнымиэдификаторами выступают определенные виды растений: в еловых лесах - ель, в сосновых -сосна, в степях - дерновинные злаки (ковыль и типчак). В некоторых случаях эдификаторами могут быть и животные. Так, роющая способность сурков определяет в основном и характер ландшафта, и микроклимат, и условия произрастания растений.
Даже самый общий анализ видовой структуры может дать достаточно много для целостной характеристики сообщества. Важно отметить, что разнообразие биоценоза тесно связано с его устойчивостью: чем выше видовое разнообразие, тем стабильнее биоценоз.
Пространственная структура биоценоза определяется сложением его растительной части - фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. В ходе длительного эволюционного преобразования, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы в итоге приобрели четкое ярусное строение: надземные органы растений и подземные их части располагаются в несколько слоев, по-разному используя и изменяя среду. Фитоценоз приобретает ярусный характер при наличии в нем растений, различающихся по высоте. Так, в широколиственном лесу можно выделить до шести ярусов. Первый (верхний), ярус образован деревьями первой величины (дуб, липа); второй - деревьями второй величины (рябина, дикие яблони и груши); третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина, крушина); четвертый состоит из высоких трав (борцы, бор развесистый и др.); пятый ярус сложен из трав более низких (осока волосистая, пролесник многолетний и др.); в шестом ярусе - наиболее низкие травы (копытень) и мхи. Ярусно располагаются и подземные части растений. Так, корни у деревьев, как правило, проникают на большую глубину, нежели у кустарников.
Растения каждого яруса и созданный ими микроклимат способствуют образованию определенной среды для специфичных животных. Поэтому возникают группировки растений и животных - популяции тесно связанных между собой организмов. Так, в почвенном ярусе, который заполнен корнями растений, обитают бактерии, грибы, насекомые, черви. В лесной подстилке живут насекомые, клещи, пауки, многочисленные микроорганизмы. Более высокие ярусы (травостой, подлесок) занимают растительноядные насекомые, птицы, млекопитающие и другие животные. Интересно, что даже свободно перемещающиеся в пространстве птицы стремятся придерживаться строго определенного яруса.
Следовательно, ярус можно представить как структурную единицу биоценоза, которая отличается от других частей его определенными экологическими условиями и набором растений, животных и микроорганизмов. В каждом ярусе складывается своя, подчас сложная, система взаимоотношений составляющих его компонентов.
Каждый биоценоз (экологическая структура биоценоза) складывается из определенных экологических групп организмов, которые могут иметь неодинаковый видовой состав, хотя и занимают сходные экологические ниши. Так, в лесах преобладают сапрофаги, в степных зонах - фитофаги, в глубинах Мирового океана - хищники и детритоеды. Следовательно, экологическая структура биоценоза представляет его состав из экологических групп организмов, которые выполняют в сообществе определенные функции. Подчеркнем, что указанная структура биоценоза в сочетании с видовой и пространственной служит его макроскопической характеристикой, позволяющей ориентироваться в свойствах биоценоза при планировании хозяйственных мероприятий, прогнозировать последствия тех или иных антропогенных воздействий, оценивать устойчивость системы.
Важным признаком структурной характеристики биоценозов служит наличие границ обитания различных сообществ. Однако они редко бывают четко выраженными, поскольку соседние биоценозы постепенно переходят один в другой. Как результат, возникает довольно обширная пограничная (краевая) зона, отличающаяся особыми условиями.
Растения и животные, характерные для каждого из соприкасающихся сообществ, проникают на соседние территории, создавая при этом специфическую «опушку», пограничную полосу - экотон. В нём как бы переплетаются типичные условия соседствующих биоценозов, что способствует произрастанию растений, характерных для обоих биоценозов. В свою очередь это привлекает сюда и разнообразных животных из-за относительного обилия корма. Так возникает пограничный, или краевой эффект - увеличение разнообразия и плотности организмов на окраинах (опушках) соседствующих сообществ и в переходных поясах между ними. На опушках происходит более быстрая смена растительности, чем в стабильном биоценозе. Вспышки массового размножения вредителей наиболее часто наблюдаются на опушках, в переходных зонах (экотонах) между лесами и степями (в лесостепях), между лесом и тундрой (в лесотундрах) и т.д. Для агробиоценозов, т.е. искусственно созданных и регулярно поддерживаемых человеком биоценозов культурных полей, также характерно вышеуказанное размещение насекомых - вредителей. Они концентрируются в основном в краевой полосе, а центр поля заселяют в меньшей степени. Указанное явление связано с тем, что в переходной полосе резко обостряется конкуренция между отдельными видами растений, а это, в свою очередь, снижает у последних уровень защитных реакций против насекомых.
Экологическая ниша вида - это понятие введено с целью определения роли, которую играет тот или иной вид. Под ней понимают образ жизни и, прежде всего, способ питания организма. Будучи в определенной степени абстрактным понятием, экологическая ниша есть совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Сюда входят физические, химические, физиологические и биотические факторы, необходимые организму для жизни и определяемые его морфологической приспособленностью, физиологическими реакциями и поведением. Согласно Ю. Одуму, термин «экологическая ниша» отражает роль, которую играет организм в экосистеме. Иначе говоря, местообитание - это конкретный адрес вида, тогда как ниша - своего рода его образ жизни.
Экологическая ниша, определяемая только физиологическими особенностями организмов, называется фундаментальной, а та, в пределах которой вид реально встречается в природе - реализованной. Последняя ниша - это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция способны отстоять в конкурентной борьбе.
Каждое местообитание постоянно предоставляет возможности жизнедеятельности множеству организмов. Соответствующие экологические ниши формируются в результате развития тех или иных специальных адаптаций у определенных видов. Так, мухоловка-пеструшка и садовая горихвостка ловят летающих насекомых в одном и том же лесу. Однако первая охотится только на уровне крон деревьев, а другая - в кустарниках и над почвой Любопытно, что один и тот же вид в разные периоды развития может занимать различные экологические ниши. Например, головастик питается растительной пищей, а взрослая лягушка - уже плотоядное животное.
Необходимо подчеркнуть, что у совместно живущих видов экологические ниши могут частично перекрываться, но полностью никогда не совпадают, иначе при этом вступает в действие закон конкурентного исключения, и один вид вытесняет другой из данного биоценоза. Если же по какой-то причине, например, в результате гибели организмов одного вида «освобождается» экологическая ниша, проявляется правило обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Многие ученые считают поэтому, что не следует питать чрезмерный оптимизм в отношении легкости заполнения пустующих ниш путем акклиматизации (интродукции) видов, представляющих практический интерес для человека. Налицо довольно много примеров печального опыта «поправления» природы. Так, вместе с дальневосточной пчелой, которую акклиматизировали в европейской части СССР, были занесены клещи, явившиеся в дальнейшем причиной гибели множества пчелосемей.
Менее организованные, но более способные к мутации виды часто и вытесняют более организованные виды, занимая их экологические ниши. При этом новые виды часто оказываются, во - первых, весьма агрессивными и трудно уничтожимыми за счет своей высокой изменчивости (как это произошло с вирусом СПИДа, который пришел на смену вирусам кори, скарлатины и др.), а во - вторых, более мелкими по размеру особями. Так, исчезающих в степях копытных животных, функциями которых являлись поедание и частичная переработка растительности (что облегчало ее дальнейшее разложение редуцентами), могут заменить грызуны и растительноядные насекомые. При этом следует учесть, что мелким организмам труднее противостоять нарастающей энтропии, поэтому в перспективе возможна гибель всей экосистемы.
Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для графического представления этих взаимоотношений удобно использовать экологические пирамиды. При этом сначала подсчитывают число различных организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням. После таких подсчетов становится очевидным, что численность животных прогрессивно уменьшается при переходе от второго трофического уровня к последующим. Численность растений первого трофического уровня тоже нередко превосходит численность животных, составляющих второй уровень. Это можно отобразить в виде пирамиды численности (рис. 4.1).
|
|
Мальчик |
1 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
Телята |
4,5 |
|
|
|
|
|||||
Люцерна |
2000000 |
|
||||||||||
|
Рис. 4.1. Пирамида численности |
|
Пирамида биомассотражает более полно пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как в ней учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня. Прямоугольники в пирамидах биомассы отображают массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади или объема. Форма пирамиды биомассы нередко сходна с формой пирамиды численности. Характерно уменьшение биомассы на каждом следующем трофическом уровне (рис. 4.2).
|
|
Мальчик |
48 кг |
|
|
|
|
|
|
|
Телята |
1035 кг |
|
|
|
||
Люцерна |
8211 кг |
|
||||||
|
|
Рис. 4.2. Пирамида биомассы |
|
|
Наиболее фундаментальным способом отображения связей между организмами на разных трофических уровнях служат пирамиды энергии. Они представляют эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей, строятся подсчетом количества энергии (ккал), аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне. Так, можно относительно легко определить количество энергии, накопленной в биомассе, и сложнее оценить общее количество энергии, поглощенной на каждом трофическом уровне.
|
|
Мальчик |
8,3•103 кал |
|
|
|
|
||
|
Телята |
1,19•106 кал |
|
|
|
||||
Люцерна |
1,49•107 кал |
|
|
||||||
Солнечная энергия 6,3•109 кал |
|||||||||
Рис. 4.3 Пирамида энергии |
Построив график (рис. 4.3), можно констатировать, что деструкторы, значимость которых представляется небольшой в пирамиде биомассы, а в пирамиде численности наоборот, получают значительную часть энергии, проходящей через экосистему. При этом только часть всей этой энергии остается в организмах на каждом трофическом уровне экосистемы и сохраняется в биомассе, остальная часть используется для удовлетворения метаболических потребностей живых существ: поддержание существования, рост, воспроизводство. По закону пирамиды энергий (правило 10% или Линдемана) – с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень не более 10% энергии. Более того, животные также расходуют значительное количество энергии и для мышечной