Экология и ее виды

 

Пищевые цепи (сети) и  трофические уровни. Основой любой  экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие  им энергетические связи. В них постоянно  происходит перенос Вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной  преимущественно растениями.

 

 Перенос потенциальной  энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем  поедания одних видов другими  называется цепью питания или  пищевой цепью, а каждое ее  звено —трофическим уровнем (рис. 14.6).

 

 

 

Рис. 14.6. Цепи питания  африканской саванне.

 

 Первый трофический  уровень образуют продуценты (растения), второй — первичные консументы (растительноядные животные), третий — вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам является объектом питания для других организмов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных (всеядные организмы, например человек, медведь, воробей, потребляют как продуцентов, так и консументов, т. е. живут на разных трофических уровнях), цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети (рис. 14.7).

 

 

 

Рис. 14.7. Сети питания  в экологической системе.

 

 Существуют два  основных типа пищевых цепей  — пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер —>кролик —> волк; фитопланктон (водоросли) —> зоопланктон (простейшие) —>плотва —> щука —> скопа.

 

Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных — детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям — хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (более 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичным примером детритной пищевой связи наших лесов является следующий: листовая подстилка —> дождевой червь —> черный дрозд—> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клеши, ногохвостки, нематоды и др.

 

Экологические пирамиды. Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов — биомассой — на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых  цепей характерно увеличение плотности  популяций, скорости размножения и  продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10—15% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды (рис. 14.8).

 

 

Рис, 14.8. Упрощенная экологическая  пирамида.

 

 Различают три  способа составления экологических  пирамид: 

 

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 истинныхсоотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консумен-тов могут питаться органами одного дерева — продуцента.

 

2.   Пирамида  биомасс показывает количество  живого вещества, или биомассы, на  каждом трофическом уровне. В  большинстве наземных экосистем  биомасса продуцентов, т. е.  суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого  последующего трофического уровня  меньше предыдущего. Однако в  некоторых сообществах биомасса  консументов I порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью размножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеет обратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

 

3.   Пирамида  энергии отражает величину потока  энергии в цепи питания. На  форму этой пирамиды не влияют  размеры особей, и она всегда  будет иметь треугольную форму  с широким основанием внизу,  как это диктуется вторым законом  термодинамики. Поэтому пирамида  энергии дает наиболее полное  и точное представление о функциональной  организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии —динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3—5 звеньев (трофических уровней).

 

 Знание законов  продуктивности экосистем, возможность  количественного учета потока  энергии имеют важное практическое  значение, поскольку продукция природных  и искусственных сообществ (агроиенозов) является основным источником запасов пищи для человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.

4. Взаимоотношения организма и среды. Класификацтя факторов среды.

1. Понятие о среде обитания  и экологические факторы

 

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания. Среда - это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания. Знание особенностей взаимодействия организма  и среды является достаточно важным вопросом в изучении экологии и без  наличия достаточной информации по этой тематике невозможно представить  наше с вами отношение к природе  и ее организмам.

Термин  среда обитания применяют, когда  хотят обозначить характерные для  какого-нибудь вида растений или животных естественные условия жизни. А широко используемое понятие окружающая среда  соответствует той части экологической  среды, с элементами которой организм непосредственно взаимодействует. Чаще всего это понятие используют применительно к человеку, имея в  виду окружающую человека среду.

На нашей  планете организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземную (воздушную), почвенную и тело другого  организма, используемое паразитами и  полу паразитами.

Воздействие среды воспринимается организмами  через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы - это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное воздействие на особей данной популяции, а также на характер их отношений друг с другом и с особями других популяций.

Экологические факторы классифицируют по нескольким критериям (рис. 1) Внешние факторы  воздействуют на организм, популяцию, экосистему, но не испытывают непосредственного  обратного действия: солнечная радиация, атмосферное давление, скорость течения, ветер. В отличие от них внутренние факторы связаны со свойствами самой  экосистемы и образуют ее состав: численность  популяций, пища, концентрации веществ  и т.п.

 

Рис. 1 Классификация  Экологических факторов (по Ю. Одуму, 1975).

	Абиотические факторы				Природная среда					Биотические факторы
а	температура		а	а	Факторы взаимодействия между особями одного и того же вида			а	а	групповой и массовый эффект	а
	свет									Внутривидовая конкуренция
	вода				Физические  и химические факторы					нейтрализм
	влажность									Межвидовая конкуренция
	Биогенные вещества									мутуализм
	Атмосферные газы				Факторы взаимодействия между особями различных видов					симбиоз
	течения и ветры									комменсализм
	пожары									аменсализм
	почвы						Эдафические факторы			паразитизм
	Экологические факторы почв									хищничество

 

Часто важно  оценить значимость факторов, выделить главные и второстепенные. Те из них, без которых невозможны жизнь и развитие организма - пространство, пища, вода, тепло, свет, кислород, - определяются как условия существования. Количественная оценка условий существования, характеризующая их доступность для организмов и подчиняющаяся законам сохранения, позволяет квалифицировать их как ресурсы. Другие факторы, действующие не обязательно постоянно, но влияющие на различные проявления жизнедеятельности и распространение организмов, называют факторами воздействия.

По происхождению  и характеру действия экологические  факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия  живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические  факторы делят на физические, или  климатические (свет, температура воздуха  и воды, влажность воздуха и  почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Однако  не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые  ресурсы, за обладание определёнными  пастбищами или территорией охоты, т.е. вступать в конкретную борьбу между  собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровнях. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.

Биотические факторы — разнообразные формы  влияния одних организмов на жизнедеятельность  других. При этом одни организмы  могут служить пищей для других (например, растения — для животных, жертва — для хищника), быть средой обитания (например, хозяин —для паразита), способствовать размножению и расселению (например, птицы и насекомые-опылители — для цветковых растений), оказывать механические, химические и другие воздействия.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов внутривидовой  конкуренции. Групповой и массовый эффекты – термины, предложенные Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.

Межвидовые  взаимоотношения значительно более  разнообразны. Два живущих рядом  вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможны типы комбинаций и отражают различные  виды взаимоотношений:

нейтрализм  – оба вида независимы и не оказывают  никакого действия друг на друга;

конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

мутуализм – виды не могут существовать друг без друга;

протокооперация (содружество) – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

комменсализм  – один вид, комменсал, извлекает  пользу от сожительства, а другой вид  – хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);

аменсализм – один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения;

паразитизм  – паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина  и даже может вызвать его гибель;

хищничество – хищный вид питается своей жертвой.

Межвидовые  отношения лежат в основе существования  биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенные (антропические) факторы — это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер  и др.) и гидрографические – факторы  водной среды (вода, течение, солёность  и др.).

Большинство факторов качественно и количественно  изменяются во времени. Например, климатические  – в течение суток, сезона, по годам ( температура, освещённость и др.).

Факторы, изменение которых во времени  повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические – приливы и отливы, некоторые  океанские течения. Факторы, возникающие  неожиданно (извержение вулкана, нападение  хищника и т.п.) называются непериодическими

Подразделение факторов на периодические и непериодические  имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

Большинство экологических факторов — температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени  и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.