Екология. Машкова Зибаловpdf
вена - разложители. Те извършват минерализация - превръщането на органичните остатъци в неорганични вещества.
Така в екосистемата хранителните и енергийните връзки вървят в посока: производители-консуматори-редуценти. Тези три групи организми съществуват, като правило, във всяка общност. (В екосистемите, образувани само от микроорганизми, няма консументи). Всяка група включва много популации, обитаващи екосистемата.
Има два вида хранителни вериги. Пасищните (или пасищните) вериги са хранителни вериги, които започват с живи фотосинтезиращи организми (например фитопланктон, зоопланктон, риба, микрофаги, риба, макрофаги, ихтиофаги). Вериги на гниене (или детрит) - хранителни вериги, които започват с мъртви растителни останки, трупове и животински екскременти (например детрит
детритофаги хищници микрофаги макрофаги). Хранителните вериги преобладават във водните екосистеми, докато веригите на гниене преобладават в сухоземните екосистеми.
В общностите хранителните вериги се преплитат по сложни начини и образуват хранителни мрежи. В тях много популации принадлежат непосредствено
до множество трофични нива. Поради сложността на хранителните взаимоотношения, загубата на един вид често не нарушава баланса в екосистемата.
Потокът на енергия и циркулацията на веществата в екосистемата. В една екосистема органичните вещества се синтезират от автотрофи от неорганични вещества. След това те се консумират от хетеротрофи. Органичните вещества, отделени по време на жизнената дейност или след смъртта на организма (както автотрофи, така и хетеротрофи), се подлагат на минерализация, т.е. превръщане в неорганични вещества. Тези неорганични вещества могат да бъдат използвани повторно от автотрофите за синтеза на органични вещества. Така се осъществява биологичният кръговрат на веществата.
От своя страна енергиятане може да циркулира в една екосистема. Потокът от енергия (пренос на енергия), съдържащ се в храната в екосистемата, се осъществява в една посока от автотрофи към хетеротрофи.
Когато енергията се прехвърля от едно трофично ниво на друго, по-голямата част от енергията се разсейва под формата на топлина, само % от първоначалното количество се прехвърля през хранителната верига. Следователно хранителните вериги могат да бъдат представени като екологична пирамида.
Има три основни типа екологични пирамиди (фиг. 6). Пирамидата на числата (пирамидата на Елтън) отразява намаляването на броя на организмите от производителите до потребителите. Пирамидата на биомасата показва промяната в биомасата на всяко следващо трофично ниво: за сухоземните екосистеми пирамидата на биомасата се стеснява нагоре, за екосистемата на океана има универсален характер, което се свързва с бързото потребление на фитопланктон от потребителите. Пирамидата на енергията (производството) има универсален характер и отразява намаляването на количеството енергия, съдържаща се в продуктите, създадени на всяко следващо трофично ниво.
Ориз. 6. Екологични пирамиди. Сравнение на пирамиди от числа (A), биомаса (B) и енергия (C) за хипотетична хранителна верига от люцерна
(1) - добитък (2) (3) (на 4 ха). Скалата е логаритмична
1. Попълнете таблица 12.
Функционални групи организми в една екосистема
2. Запишете в тетрадката си дефинициите на следните термини:
Хранителна верига, трофично ниво, хранителна мрежа, енергиен поток, пирамида на числата, пирамида на биомаса, енергийна пирамида.
3. Направете примери за различни видове хранителни вериги в тетрадката си (хранене, разлагане)
4. Отговорете на въпросите:
• Избройте възможно най-подробно състава на разлагащите вещества в горската екосистема.
• Как протича кръговратът на материята в аквариума? Колко струва тойзатворен? Как да го направя по-стабилен?
• Сравнете годишния прираст на зелена маса и запасите от мъртви растителни остатъци (отпадъци - в горите, парцали - в степите) в различни екосистеми. Определете в кои екосистеми кръговратът на веществата е по-интензивен.
• В близост до димящи промишлени предприятия, отпадъците започнаха да се натрупват в горите. Защо се случва това и какви прогнози могат да се направят за бъдещето на тази гора?
• Възможно ли е да има екосистеми, в които живата част е представена само от две групи – производители и разлагащи?
• В сложните екосистеми на тропическите гори почвата е много бедна на хранителни вещества. Как да го обясня? Защо тропическите гори не се регенерират, когато бъдат изсечени?
Тема 2. Биологична продуктивност на екосистемите
Увеличението на биомасата в една екосистема, създадено за единица време,
наречено биологично производство (производителност). Правете разлика между първични и вторични продукти на общността.
Първична продукция - биомаса, създадена за единица време от производителите. Дели се на бруто и нето. Брутното първично производство е общата биомаса, създадена от растенията. Част от него се изразходва за поддържане на жизнената активност на растенията - разходи за дишане). Останалото е чисто първично производство, което се използва по-нататък от консуматори и разлагачи.
Вторична продукция - биомаса, създадена за единица време от консументи.Тя е различна за всяко следващо трофично ниво.
Масата от организми от определена група (производители, консументи, разлагащи) или общността като цяло се нарича биомаса. Тропическите дъждовни гори имат най-висока биомаса и продуктивност, докато пустините и тундрите са с най-ниски (Таблица 13).
Брутното първично производство на биосферата и разпределението му между основните екосистеми (според Ю. Одум, 1986 г.)
10 16 kcal на година
Естуари и рифове
Пустини и тундри
Ливади и пасища
10 16 kcal на година
бореални иглолистни гори
(без енергиен под-
Влажни умерени гори
Мокри тропически и
Общо за биосферата
Ако в една екосистема скоростта на растеж на растенията (формиране на първична продукция) е по-висока от скоростта на нейната обработка от консументи и разлагащи, това води до увеличаване на биомасата на производителите. Ако в същото време няма достатъчно използване на продуктите от отпадъците във веригите на разлагане, тогава се натрупва мъртва органична материя. Това води до торфяване на блатата, образуване на гъста горска постеля и др. В стабилни екосистеми биомасата остава
е постоянен, тъй като почти всички продукти се консумират в хранителните вериги.
1. Начертайте диаграма.
2. Отговорете на въпросите:
• Какво представляват първичните и вторичните биологични продукти?
• Как се различава стойността на първичното и вторичното биологично производство в различните екосистеми?
• До каква степен се променя биологичното производство на различните екосистеми?
• Какво е средното биологично производство на екосистемите на Земята?
• Сравнете понятията „биологични продукти” и „биомаса”.
• Как се променя съотношението на биологичното производство и биомасата в различните екосистеми?
• Какъв е средният химичен състав на биомасата на планетата?
• Какво е екологична пирамида? Какви варианти за екологични пирамиди знаете?
• Сравнете екологичните пирамиди на сухоземните и водните екосистеми.
• Колко бърз е цикълът на биомасата в различните екосистеми?
Тема 3. Динамика на екосистемите
Промените в общностите могат да бъдат циклични и постепенни.
Цикличните промени са периодични промени в биоценозата (по характер са: ежедневни, сезонни, многогодишни), при които биоценозата се връща в първоначалното си състояние. Дневните цикли са свързани с промените в осветеността, температурата, влажността и други фактори на околната среда през деня и са най-силно изразени
жена в континентален климат. Ежедневните ритми се проявяват в промяна в състоянието и активността на живите организми. Сезонната цикличност е свързана с изменението на факторите на околната среда през годината и е най-силно изразена във високите географски ширини, където контрастът между зимата и лятото е голям. Сезонната променливост се проявява не само в промените в състоянието и активността, но и в количественото съотношение на отделните видове. За определен период много видове са изключени от живота на общността, изпадат в хибернация, ступор, мигрират или летят в други райони. Дългосрочната променливост е свързана с колебанията на климата или други външни фактори (степента на наводняване на реката), или с вътрешни причини (особености на жизнения цикъл на растенията - едификатори, повторение на масовото размножаване на животни).
Прогресивни промени - промени в биоценозата, водещи в крайна сметка до замяна на тази общност с друга. Сукцесията е последователна смяна на биоценозите (екосистемите), изразяваща се в изменение на видовия състав и структурата на съобществото. Поредицата от последователни последователности на общности се нарича поредица от последователности. Сукцесиите включват опустиняване на степите, обрастване на езера и образуване на блата и др.
Има много класификации на наследствата според показатели, които могат да се променят по време на наследяване или поради причини за промяна:
• по мащабвреме (бързо, средно, бавно, много бавно);
• по обратимост (обратими и необратими);
• според степента на постоянство на процеса (постоянни и непостоянни);
• по произход (основни и вторични);
• според тенденциите в производителността (прогресивни и регресивни);
• според тенденцията на изменение на видовото богатство (прогресивни и регресивни);
• по антропогенност (антропогенни и природни);
• по естеството на промените, настъпващи по време на сукцесията (автотрофни и хетеротрофни).
По своя характер те могат да бъдат разделени на два основни вида.
1. Автогенни сукцесии - промените се причиняват от вътрешни за екосистемата причини, постепенни промени в екосистемата под влияние на жизнената дейност на нейната биота, при които видовият състав и функционалните параметри на екосистемата се променят в
правилото за образуване на стационарно състояние в равновесие с климата - кулминацията. В зависимост от това дали биологичното производство, запасите от биомаса, видовото богатство нарастват или намаляват по време на сукцесията, те се делят на прогресивни и регресивни.
Има такива варианти на автогенни сукцесии.
- първичен автотрофен, започващ "от нула", т.е. в условия, в които практически не е имало живот, който в хода на сукцесията развива ново пространство;
- вторични автотрофни (възстановяване), които започват след пълното или частично унищожаване на екосистемата под въздействието на смущения или след прекратяване на процеса на алогенна сукцесия, разгледан по-долу. По правило вторичните сукцесии протичат по-бързо от първичните, тъй като от разрушената първична екосистема остава запас от „остатъци от живот“ - растителни семена и техните вегетативни органи в почвата, спори на мъхове и гъби,фази на покой на почвени животни и др.;
- хетеротрофен (деградативен), при който групи от детритофаги и декомпозитори и свързаните с тях хищници и паразити последователно се заменят взаимно.
Движещата сила на автотрофните сукцесии е слънчевата енергия, която се усвоява от произвеждащите растения и се прехвърля през хранителните вериги към потребителите и разлагащите. Хетеротрофните последователности възникват по време на разлагането на мъртва органична материя (детрит): труп на животно, „торти“ от кравешки екскременти, паднал ствол на дърво, горска постеля и др.
2. Алогенни сукцесии - промени в екосистемите под въздействието на външен фактор по отношение на тях - по време на земетресение, кален поток, пожар, наводнение, разораване, обезлесяване, нефтени разливи и др. Различни смущения обхващат различно биологично пространство: от няколко квадратни метра (разлив на малко количество нефт, изсичане на едно или няколко дървета) до десетки квадратни километри (големи пожари, фиг. 7).
В зависимост от фактора, причинил смущението, и характеристиките (устойчивостта) на екосистемата, резултатът може да бъде различен и то толкова много, че е трудно да се обобщи реакцията на екосистемите на смущения.
Ориз. Фиг. 7. Схема на сукцесия след пожар с промяна на видовете в сибирската тайга (южно от Централен Сибир)
Тези приемствености продължават, докато действа външен фактор. Веднага щом действието му спре, ще започне вторична възстановителна последователност. Понастоящем изключително често срещан и нежелан процес на промяна на водните екосистеми е тяхната еутрофикация - промяна в резултат на замърсяване на водните тела,количеството минерални хранителни вещества, предимно фосфор.
Еволюцията на екосистемите. Тези промени също са постепенни, като сукцесии, но се различават по резултата - възникват нови ансамбли от видове, които все още не са съществували в природата. Такива промени в екосистемите могат да бъдат естествени и антропогенни. Естествената еволюция протича в геоложки времеви мащаб. В момента той е почти напълно потиснат от антропогенната еволюция на екосистемите.
Подобно на сукцесиите, еволюцията на екосистемите може да бъде не само прогресивна, придружена от тяхното усложняване (обогатяване на състава на видовете), но и рецесивна, при която съставът на биотата на екосистемата се изчерпва. Регресивна, като правило, е антропогенната еволюция на екосистемите. В своето развитие екосистемата се стреми към стабилно състояние. Настъпват последователни промени, докато се формира стабилна екосистема, която произвежда максимална биомаса на единица енергиен поток. Нарича се общност в баланс с околната среда