Трофическая структура экосистем

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Факультет естественно - научного и  гуманитарного образования.

Кафедра эргономики, экологии и трудового  права.

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему: «Трофическая структура экосистем».

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка  гр. 7430

Адам Н.Н.

Принял преподаватель

Чихонадских Е.А.

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2013 год.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Трофическая структура…………………………….…………..………...3

2. Трофические уровни…………………………….…………..……………4

3. Экологические пирамиды………………...........................…………..….6

4. Список литературы……….…………………………………..……….…10

5. Тест на тему «Трофическая структура экосистем»…………………...11

 

Трофическая структура.

Трофическая структура (трофос – пища) –это пищевая структура биоценоза

Последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи, называют трофическими уровнями .  

Трофический уровень — совокупность организмов, объединяемых типом питания.

Трофический уровень  — совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию Солнца через одинаковое число посредников трофической цепи

Пищевые цепи состоят, как правило, из трех - пяти звеньев, например: растения   овцы   человек; растения   кузнечики   ящерицы   орел; растения   насекомые   лягушки  змеи   орел.

Различают два типа трофических (пищевых) цепей. Пищевые цепи, которые  начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными или цепями выедания. Их примеры приведены выше. Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, или цепями разложения. 

Например: мертвые ткани  растений   грибы   многоножки кивсяки   грибы   ногохвостки коллемболы  хищные клещи   хищные многоножки   бактерии.

Линейные пищевые цепи - большая редкость в природе. Как  правило, пищевые цепи в экосистеме тесно переплетаются. Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).  

 

Трофические уровни.

1. Уровень первичной продукции составлен растениями (кроме редких бесхлорофильных форм) и фотоавтотрофными прокариотами, в особых случаях – бактериями – хемосинтетиками – продуцентами (П). На нем утилизируется внешняя энергия и создается масса орг. вещества. Первичные продуценты – основа троф. структуры и всего существования БЦ.

Биомасса (БМ) орг. вещества, синтезированного автотрофами – первичная продукция. Продуктивность выражается количеством БМ, синтезируемой за единицу времени.

Разница между валовой  и чистой продукцией определяется затратами  энергии на жизнедеятельность (в  умеренном климате до 40-80% валовой продукции). БМ автотрофов - чистая ПП – источник питания для представителей следующих троф. уровней.

2. Консументы (К) I порядка – потребители ПП – растительноядные животные (фитофаги). К. частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов («затраты на дыхание»), а частично строят на ее основе собственное тело, осуществляя т.о. первый этап трансформации орг. вещества, синтезированного продуцентами. Виды и экологические формы, представляющие этот уровень весьма разнообразны и приспособлены к питанию разными видами растительного корма (зубные системы грызущего и перетирающего типа у различных растительноядных млекопитающих, мускульный желудок птиц, также в организме большинства животных не продуцируются ферменты, расщепляющие целлюлозу, и расщепление клетчатки осуществляется симбиотическими бактериями).

Вторичная продукция определяется как скорость образования новой  БМ гетеротрофами.

3. К. II порядка – (зоофаги) – Обычно в этой группе рассматривают всех хищников, но строго говоря, консументами II порядка следует считать хищников, питающихся растительноядными животными и соответственно представляющих второй этап трансформации орг. вещества в цепях питания.

4. К. III порядка. Животные с плотоядным типом питания, чаще имеют в виду паразитов животных и «сверхпаразитов», хозяева которых сами ведут паразитический образ жизни (строго говоря, сюда относятся все животные, поедающие плотоядных животных).

Деление БЦ на трофические уровни представляет собой лишь общую схему. Действительные формы взаимоотношений  сложнее. Например, существует много видов со смешанным питанием, такие виды могут одновременно относиться к разным трофическим уровням. Переход БМ с нижележащего троф. уровня на вышележащий связан с потерями вещества и энергии. В среднем порядка 10% БМ и связанной с ней энергии переходит с каждого уровня на следующий. Суммарная БМ, продукция и энергия, а часто и численность особей прогрессивно уменьшается по мере восхождения по троф. уровням. Эта закономерность сформулирована Элтоном(1927) в виде правила экологич. пирамид – и выступает как главный ограничитель длины пищевых цепей.

Продукция фитофагов всегда ниже, чем у растений.

Энергия расходуется на:

1) Не  вся растительная БМ съедается.  Часть ее отмирает сама по  себе, поддерживая существование  редуцентов (Р).

2) Не  вся БМ растений, потребленная  фитофагами (и не вся БМ последних,  съеденная хищниками), ассимилируется  и переходит в БМ консумента. Часть ее теряется с фекалиями  и также поступает к редуцентам.

3) Не  вся ассимилированная энергия  превращается в БМ. Часть ее теряется в виде тепла в процессе дыхания. Это объясняется тем, что ни у одного из процессов преобразования энергии из одной формы в другую КПД не равен 1 (в соответствии со вторым законом термодинамики часть энергии теряется в форме непригодного для использования «хаотического» тепла), а также совершаемой животными работой, которая требует затрат энергии, в результате чего опять же происходит выделение тепла.

 

 

Экологические пирамиды

Функциональные взаимосвязи  можно представить в виде экологической пирамиды.

Экологические пирамиды - это графические изображения численности, и др структуры между продуцентами, консументами и редуцентами. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Известны три основных типа экологических пирамид: 1) пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона); 2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества, — общий сухой вес, калорийность и т. д.; 3) пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показывает изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных трофических уровнях. 
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис. 5.6). В основе этой закономерности лежит, во-первых, тот факт, что для уравновешивания массы большого тела необходимо много маленьких тел; во-вторых, от низших трофических уровней к высшим теряется количество энергии (от каждого уровня до следующег доходит лишь 10% энергии) и, в-третьих — обратная зависимость метаболизма or размера особей (чем мельче организм, тем интенсивнее обмен веществ, тем выше скорость роста их численности и биомассы).

1.Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофических уровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровней сильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженные представления об истинных соотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консументов могут питаться органами одного дерева — продуцента. 

Каждый уровень изображается условно в виде прямоугольника, длина или площадь которого соответствуют численному значению количества особей. Расположив эти прямоугольники в соподчиненной последовательности, получают экологическую пирамиду численности, 

Неудобства:

• Продуценты сильно различаются по размерам, а между тем один экземпляр злака или водоросли, например, имеет тот же статус, что и дерево. Поэтому истинно пирамидальной формы часто не получается. Цепи питания паразитов тоже могут давать перевернутые пирамиды.
• Диапазон численности разных видов настолько широк, что часто трудно соблюсти масштаб при изображении пирамид.

 

2. Пирамида.биомасс 
    
   Экологическую пирамиду биомасс строят аналогично пирамиде численности. Ее основное значение состоит в том, чтобы показать количество живого вещества (биомассу – суммарную массу организмов) на каждом трофическом уровне. Это позволяет избежать неудобств, характерных для пирамид численности. В этом случае размер прямоугольников пропорционален массе живого вещества соответствующего уровня, отнесенной к единице площади или объема.

При отборе образцов определяют биомассу на корню или урожай на корню (т. е. в данный момент времени), которая не содержит никакой информации о скорости образования или потребления биомассы. 
 
Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т. е. общую биомассу всех организмов каждого трофического уровня. Поэтому при дальнейшем анализе могут возникнуть ошибки, если не учитывать следующее: 
 
во-первых, при равенстве скорости потребления биомассы и скорости ее образования урожай на корню не свидетельствует о продуктивности, т. е. о количестве энергии и вещества, переходящих с одного трофического уровня на другой, более высокий, за некоторый период времени; 
во-вторых, продуцентам небольших размеров свойственна высокая скорость роста и размножения, уравновешиваемая интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и естественной гибелью. Поэтому продуктивность их может быть не меньше чем у крупных продуцентов, хотя на корню биомасса может быть мала. 
 
Одним из следствий описанного являются «перевернутые пирамиды». Зоопланктон биоценозов озер и морей чаще всего обладает большей биомассой, чем его пища – фитопланктон, однако скорость размножения зеленых водорослей настолько велика, что в течение суток они восстанавливают всю съеденную зоопланктоном биомассу. Тем не менее, в определенные периоды года (во время весеннего цветения) наблюдают обычное соотношение их биомасс.

 

3. Пирамида.энергий 
    
   Самым фундаментальным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и функциональной организации биоценозов является пирамида энергий, в которой размер прямоугольников пропорционален энергетическому эквиваленту в единицу времени, т. е. количеству энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за принятый период. К основанию пирамиды энергии можно обоснованно добавить снизу еще один прямоугольник, отражающий поступление энергии Солнца. 
    
   Пирамида энергий отражает динамику прохождения массы пищи через пищевую (трофическую) цепь, что принципиально отличает ее от пирамид численности и биомасс, отражающих статику системы (количество организмов в данный момент). На форму этой пирамиды не влияют изменения размеров и интенсивности метаболизма особей. Если учтены все источники энергии, то пирамида всегда будет иметь типичный вид (в виде пирамиды вершиной вверх), согласно второму закону термодинамики. 
    
   Пирамиды энергий позволяют не только сравнивать различные биоценозы, но и выявлять относительную значимость популяций в пределах одного сообщества. Они являются наиболее полезными из трех типов экологических пирамид, однако получить данные для их построения труднее всего.

 

Список литературы.

Экологический словарь, 2001

Тексты лекций для студентов  специальности 1-33 01 02 «Геоэкология». –  Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2010. – 252 с.

Вронский В.А. Экология. словарь-справочник. 2002. 

Бродский А.К. Краткий курс общей  экологии: Учеб. Пособие. 164с. 1996

Колесников С.И. Экология: Учеб. Пособие. 384с. М. 2009. 

 

Тест на тему «Трофическая структура экосистем».

 

1. Трофический уровень – это…

 

А) Система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

 

Б) совокупность организмов, объединяемых типом питания.

 

В) Любая совокупность организмов и окружающей среды.

 

Г) совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию Солнца через одинаковое число посредников трофической цепи.

 

2. Сколько типов трофических цепей перечислено:

Пастбищные, детритные, выедания, разложения?

А) 1

Б) 3

В) 4.

Г) 2.

 

3. Расположите организмы в порядке возрастания трофических уровней, на которых они находятся.

А) Растения

Б) Хищники, питающиеся хищными животными.

В) Хищники, питающиеся растительноядными животными.