Раздел 1. Организация экосистем. Основные понятия экологии. Практическая работа №1 Трофические уровни, цепи и зависимости в них

В биоценозах между организмами возникают и устанавливаются прочные пищевые взаимоотношения или цепи питания (трофические цепи). Эти цепи в общем виде состоят из трех основных звеньев: продуцентов, консументов и редуцентов.

Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют цепями выедания (пастбищными), а цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений другого детрита,- детритными цепями.

Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем, он характеризуется различной интенсивностью протекания потоков вещества, энергии и информации.

Первый трофический уровень всегда занимают продуценты вне зависимости от того какие цепи реализуются детритные или пастбищные; фитофаги – это второй трофический уровень; плотоядные, живущие за счет фитофагов – третий уровень; плотоядные, потребляющие других плотоядных - соответственно – четвертый уровень и т.д. Вследствие этого и различают консументов первого, второго, третьего, четвертого порядков, занимающих разные уровни в цепях питания.

Основную роль играет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром могут включаться в цепи питания на разных трофических уровнях. К примеру, приматы имеют в своем рационе и растительную пищу, и мясо травоядных и плотоядных животных. Поэтому они могут выступать в разных пищевых цепях в качестве консументов первого, второго или третьего порядков.

Потери энергии при переходе с одного уровня на другой обусловливают то, что трофические очень редко бывают многозвенными, обычно – это 4-6 звеньев.

Таблица 1.1

Типичные схемы трофических цепей

Тип трофической цепи	Продуценты	Консументы 1-го порядка	Консументы 2-го порядка	Консументы 3-го порядка	Детритофаги и редуценты
Лесная	Сосна	Белка	Куница	Рысь	Дождевые черви, грибы
Детритная	Лиственный опад	Дождевые черви	Дрозд	Ястреб	То же
Морская	Водоросли	Веслоногие	Сельдь	Акула	Морские черви
Садовая	Смородина	Тля	Божья коровка	Пауки	Грибы

Однако такие цепи в чистом виде в природных условиях обычно не встречаются, поскольку одни и те же виды могут одновременно в разных звеньях. Это обусловлено тем, что монофагов в природе очень мало, обычно это олигофаги или полифаги. Например, при реализации отношений в виде хищничества, хищники, которые питаются различными растительноядными и плотоядными животными, являются звеньями многими цепей. Из-за этого в каждом биоценозе исторически формируются комплексы цепей питания, представляющие собой единое целое. Подобным образом формируются сети питания, которые отличаются большой сложностью.

Потери энергии на переходах с разных трофических уровней приводят к заключению, что чистые пищевые цепи и трофические уровни – это теоретическое представление. Линейную трофическую цепь можно создать только в лабораторных условиях. Существующие в природных условиях трофические сети содержат многие популяции, которые принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням. Один и тот же организм потребляет в пищу и животных и растения; хищник может питаться консументами и первого и второго порядка, а многие животные поедают как живые, так и отмершие растения, и различный детрит, и экскременты и многое другое.

Благодаря сложности трофических связей выпадение какого-то одного вида нередко почти не сказывается на сообществе. Пищу исчезнувшего вида начинают потреблять другие «пользователи», питавшиеся им виды находят новые источники питания, что в целом сохраняет равновесие в сообществе.

Порядок проведения практического занятия

Студентам раздаются задания в виде схемы трофических уровней в конкретной экосистеме и с указанием ориентировочной численности популяций доминантных видов на каждом трофическом уровне. После этого каждому предлагается изменить численность одной из популяций до определенного (критического) уровня.

Задачи: необходимо определить -

1. каким образом будет реагировать экосистема на данное изменение ?;

2. каким образом будут реагировать предоминантные виды ?;

3. приведет ли данное изменение:

- к необратимым изменениям в экосистеме,

- к прекращению существования экосистемы,

- к изменению численности популяций на других трофических уровнях,

- на каких уровнях и в какую сторону: увеличения или уменьшения?

4) приведет ли это к изменению видового состава указанной экосистемы?;

5) каким образом данные изменения повлияют на окружающие экосистемы?

Пример:

Экосистема Северного моря (прибрежная территория).

Первый уровень: фитопланктон

Второй уровень: зоопланктон, мелкие ракообразные.

Третий уровень: Крупные ракообразные, креветки, рыбы питающиеся планктоном и т.д.

Четвертый уровень: Крупные рыбы

Пятый уровень: Морские животные, птицы

Каким образом изменится ситуация в экосистемы при сокращении популяции доминантных представителей третьего трофического уровня в два раза?

Ответ необходимо обосновать и показать конкретные зависимости в экосистеме.

Методические указания к подготовке занятия:

Занятие проводится в аудитории. Отдельные задания подготавливаются к занятию преподавателем с учетом специфики специализации студентов и уровня их подготовленности по экологическому направлению. Количество заданий должно быть рассчитано таким образом, чтобы в одной учебной группе не было более двух студентов имеющих одинаковые задания, для повышения контроля качества и самостоятельности выполнения работы конкретным студентом.

В заданиях должны быть представлены как экосистемы суши, так и экосистемы моря или другие водные экосистемы, кроме того, желательно использование экосистем с микробиологическими составляющими, а также малых экосистем (экосистема дерева в экваториальном лесу и т.д.) для развернутого понимания студентами специфики предмета и расширения экологического кругозора и мировоззрения.