Превращения энергии в биогеоценозе

Превращения энергии в биогеоценозе Превращение энергии в биогеоценозе

Преобразования энергии в биогеоценозах. Цепи питания. Функционирования любого биогеоценоза связано с преобразованием энергии. Энергия расходуется живыми организмами на процессы роста, размножения, двигательную активность и тому подобное.

Биогеоценозы являются открытыми системами, которые требуют постоянного поступления вещества и энергии извне. Основным источником этой энергии является солнечный свет, фототрофы улавливают и преобразуют в энергию химических связей синтезируемого органического вещества. Гетеротрофные организмы получают необходимую им энергию вследствие ферментативного разложения органических веществ. Лишь незначительная часть энергии солнечного света, который достигает поверхности Земли (около 1%) фиксируется зелеными растениями, другая же отражается в космос или рассеивается в виде тепла.
В свою очередь, организмы, потребляющие зеленые растения, тоже усваивают для построения веществ своего тела лишь незначительную часть энергии химических связей своей пищи (10-20%), а остальные рассеивается в виде тепла, тратясь на процессы жизнедеятельности. То же наблюдается и при поедании фитофагов хищниками и т.п. 

Следовательно, на каждом этапе передачи энергии от одних организмов в другие большая часть ее рассеивается в виде тепла и лишь незначительная доля превращается в потенциальную энергию химических соединений в процессах пластического обмена.

Последовательности организмов, у которых особи одного вида, их остатки или продукты жизнедеятельности служат объектом питания организмов другого называют цепями питания. Каждая цепь питания состоит из определенного количества звеньев. Поскольку, как отмечалось ранее, при передаче энергии из предыдущего звена к следующей, большая ее часть теряется для организмов, количество звеньев цепей питания ограничена и, как правило, не превышает четырех-пяти. Любая популяция организмов одного вида занимает в цепи питания определенное место - трофический уровень. В начале цепей питания в биогеоценозах всегда находятся продуценты (автотрофные организмы). Трофический уровень консументов (гетеротрофных организмов) определяется количеством звеньев, через которые они получают энергию от продуцентов. Так, растительноядные животные занимают следующий после продуцентов трофический уровень (консументы

I порядка), далее следует уровень хищников, питающихся растительноядными видами (консументы II порядка) и т.д.. Если консументы обладают широким спектром питания, они могут занимать различные трофические уровни в нескольких цепях. Например, серая ворона может поедать зерно (консумент И порядка) или птенцов зерноядных (консумент

II порядка) или насекомоядных (консумент ИИИ порядке) видов птиц.

Часть биомассы погибших продуцентов, которую потребили консументы (например, лиственный опад), а также остатки или продукты жизнедеятельности других организмов (например, трупы и экскременты животных), составляют кормовую базу редуцентов, которые в несколько этапов их раскладывают в неорганических соединений. Таким образом, в биогеоценозе энергия в виде химических связей органических соединений аккумулируется на уровне продуцентов, проходит через организмы консументов и редуцентов, частично рассеивается в виде тепла на каждой из трофических звеньев, хранится в мертвой органическом веществе и окончательно теряется для биогеоценоза при ее разрушении .

Энергетический баланс консументов складывается таким образом. Вместе с пищей они получают определенное количество энергии, часть которой запасается в виде синтезируемого органического вещества (продукция - П). Доля неосвоенной пищи, вместе с энергией, которая в ней содержится, возвращается в окружающую среду (неосвоенная часть пищи - Н). Большая же часть энергии расходуется на обеспечение процессов жизнедеятельности, главным образом - дыхание (Д). Следовательно, энергетический баланс консументов можно выразить формулой:

Р = П + Д + Н,

где Р - количество пищи, потребляемой консументы, с энергией, в ней содержится в виде химических связей.

Поскольку при передаче энергии от низшего трофического уровня к высшему большая ее часть рассеивается в виде тепла, круг-обращение энергии, в отличие от круговорота вещества, невозможен: для функционирования биогеоценоза требуется поступление энергии извне, поэтому условием существования любого биогеоценоза является наличие зеленых растений, которые улавливают солнечную энергию. Поэтому совокупность жителей океанических глубин, пещер и т.д. не представляют собой отдельные биогеоценозы. Они - лишь фрагменты, которые функционируют за счет поступления органического вещества от тех частей биогеоцено-зев, где есть продуценты.

Типы цепей питания. Понятие о трофическую сеть.

Энергия внутри биогеоценозов будто делится на два потока: до консументов она поступает либо от продуцентов, или от других консументов, а до редуцентов - от мертвого органического вещества. Вследствие этого в биогеоценозах формируются цепи питания двух типов: пастбищного (цепи выедания) и детритного (цепи разложения).

Цепи питания пастбищного типа начинаются с зеленых растений (продуцентов) и идут последовательно через звена растительноядных животных (консументов И порядка), хищников (консументов II порядка) и завершаются редуценты-ми. Цепи питания детритного типа начинаются с мертвого органического вещества (остатков организмов или продуктов их жизнедеятельности) и продолжаются непосредственно редуцентами.

В любом биогеоценозе различные цепи питания не существуют отдельно друг от друга, а взаимосвязаны, поскольку один и тот же вид одновременно может быть звеном разных цепей питания. Например, один вид птиц может питаться одновременно насекомое-мы-фитофагами, насекомыми-хищниками и насекомыми-редуцентами (копрофагамы и некрофаги); в свою очередь, эти птицы могут служить пищей консументов следующего порядка, а их трупы - редуцентов. Переплетаясь, цепи питания формируют сетку связей питания, или трофическую сеть. Ее существование обеспечивает устойчивость биогеоценоза, потому что если изменяется численность популяций некоторых видов, легко заменяются кормовые объекты и суммарная производительность биогеоценоза остается постоянной.

Правило экологической пирамиды. Виды экологических пирамид Каждый биогеоценоз характеризуется определенной производительностью, которую выражают в единицах массы или энергии. Как вам известно, различают производительность первичную и вторичную, созданную в соответствии автотрофными и гетеротрофными организмами. При этом продуценты значительную часть синтезированной продукции (40-70% суммарной) потребляют для обеспечения собственных процессов жизнедеятельности, а та, что осталась, составляет чистую первичную продукцию - прирост растений за определенную единицу времени. Это тот резерв, который могут потреблять консументы и редуценты. Итак, гетеротрофные организмы существуют благодаря чистой первичной продукции биогеоценоза.

Чем больше видовое разнообразие биогеоценоза, тем выше эффективность преобразования первичной продукции во вторичную. В стабильных биогеоценозах (например, влажных тропических лесах) происходит полное усвоение всей чистой первичной продукции гетеротрофами. Поэтому в них абсолютный прирост биомассы приближается к нулю В нестабильных биогеоценозах с незначительным видовым разнообразием большая часть первичной продукции консументами и редуцентами не потребляется и прирост биомассы (преимущественно в виде остатков растений) является высоким (например, биогеоценозы тундры).

Биогеоценозы Мирового океана имеют довольно низкую производительность, которая в несколько раз ниже производительность наземных, а биомасса их продуцентов-в тысячи раз ниже. Это объясняется тем, что продуценты представлены водорослями, период жизни которых короткий, в отличие от большинства наземных растений (деревьев, кустов, многолетних трав), которые многие годы могут накапливать биомассу. Водоросли быстро продуцируют биомассу благодаря высоким темпам размножения и быстрой смене поколений, но ее не менее быстро потребляют консументы. Таким образом, хотя биомасса, созданная водяными продуцентами, быстро восстанавливается, ее запас постоянно остается на низком уровне. В морских биогеоценозах запасается биомасса преимущественно следующих трофических уровней - кон-сументамы высших порядков (различные рыбы, китообразные, морские птицы и др.), жизни которых более длительное и меньшая скорость смены поколений.

Несмотря на то, что разные биогеоценозы различаются по производительности и скорости потерь чистой первичной продукции, им всем присущи определенные закономерности соотношений первичной и вторичной продукции на каждом трофическом уровне цепей питания, получивших название правила экологической пирамиды.

Правило экологической пирамиды отражает такую ??закономерность: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, запасаются организмами за единицу времени, значительно больше, чем на последующих.

Графически это правило можно изобразить в виде пирамиды, составленной из отдельных блоков. Каждый из этих блоков соответствует производительности организмов (созданной за единицу времени биомассе или запасенной энергии) на определенном трофическом уровне цепи питания. Итак, экологическая пирамида является графическим отображением трофической структуры цепи питания. В зависимости от показателя, положенного в основу, являются различные виды экологических пирамид.
Пирамида биомассы отражает количественные закономерности передачи массы органического вещества от одного трофического уровня цепи питания к другому (производительность организмов при этом выражают в единицах массы сухого вещества). Таким образом, пирамида биомассы демонстрирует такую ??закономерность: масса продуцентов, которых поедают консументы И порядке, будет в 5-10 раз большей, чем последние запасают; и с каждой следующей звеном цепи питания биомасса, которую запасают организмы высшего трофического уровня, уменьшается в 5 - 10 раз по сравнению с потребленной ими.

Соответствующие закономерности передачи энергии от одного звена цепи питания к другой демонстрирует пирамида энергии. Каждый ее блок соответствует тому количеству химической энергии, которая запасается в соответствующем трофическом уровне. Следовательно, эта пирамида показывает, что большая часть энергии при передаче из низшего трофического уровня на высший расходуется в виде тепла, а на последнем запасается лишь 10-20% по сравнению с предыдущим уровнем.

Разработаны и пирамиду чисел, которая отражает соотношение количества особей на каждом из трофических уровней цепи питания. Как правило, количество особей, участвующих в цепи питания, с каждым следующим трофическим уровнем уменьшается: например, хищники имеют большие размеры и соответственно меньшую численность по сравнению с добычей. Но в некоторых случаях наблюдается противоположное явление, когда количество особей на предыдущем трофическом уровне меньше, чем на следующем: так, стая волков может охотиться на крупную добычу (например, лося), а на одном дереве могут питаться десятки, сотни и тысячи особей растительноядных насекомых подобное. Таким образом, в отличие от пирамид биомассы и энергии, в некоторых случаях основа пирамиды чисел может быть узкой за верхушку.

Следует отметить, что во время построения экологических пирамид не учитывают организмы, которые могут питаться живыми организмами (паразиты) или их остатками (редуценты) на любом из трофических уровней.

Выводы:
Биогеоценозы являются открытыми системами, которые нуждаются в поступлении энергии извне. Практически единственным источником энергии является солнечный свет, автотрофные организмы (продуценты) способны усваивать.

Последовательные ряды трофических связей между организмами различных видов в биогеоценозах, в которых можно проследить расходы начальной дозы энергии, получили название цепей питания. Количество звеньев цепей питания, как правило, не превышает пяти. Цепи питания биогеоценоза переплетены и формируют трофическую сеть.

По правилу экологической пирамиды, на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами, в 5-10 раз больше, чем на следующей.