textarchive.ru

Главная > Документ


Трофические взаимодействия

Трофические взаимодействия - это пищевые взаимодействия они регулируют всю энергетику экосистемы в целом.

Все организмы делятся на гетеротрофы и автотрофы.

Автотрофы – используют неорганические источники (вещества) для своего существования (растения, деревья) участвуют в фотосинтезе (прямая реакция).

Гетеротрофы – питаются готовыми органическими веществами (животные, человек) – обратная реакция.

СО 2 + Н2О 8hV(в квантовой красного цвета) (СН2О)п+О2

Автотрофы Гетеротрофы

О2+О- О3 – озон

Автотрофы – продуценты (производители)

Гетеротрофы – консументы (потребители).

Редуценты – разлагают полуистлевшее вещество на простые вещества (грибы, черви, бактерии).

Экологическая ниша (Э. Н.)

Унаследованные от предков, требования организмов к состоянию и режиму экологических факторов, определяют группы распространения этого вида к которому эти организмы принадлежат, т.е. определяют ареал, а в пределах ареала конкретные места обитания .Каждый вид растения микроба, животного способен нормально обитать, питаться, размножатся, только в том месте, где его «прописала» эволюция. Каждый вид живых организмов занимает в природе присущую только ему Э.Н. (составу и режиму экологических факторов) и места где эти требования удовлетворяют.

Э.Н. вместо вида биоценоза, его положение в пространстве его функциональная роль в соответствии с абиотическими средствами существования.

Э.Н. это ответ на вопрос как, где и чем питается вид, чей добычей он является, каким образом и где он размножается.

Хадченсон предложил модель Э.Н. для организма которой характерно два лимитирующих фактора.(рис2) и модель Э.Н. для организма которой характерно 3 и лимитирующих фактора (рис3).

РИС. 2РИС. 3

Экологическую нишу определяемую только физиологическими особенностями организма называют – фундаментальной, а та в пределах вид реально встречается в природе называется реализованной. Это та часть функциональной ниши, которую данная популяция способна отстоять, в конкурентной борьбе.

Э.Н.- это область комбинаций таких значений экологических факторов, в пределах которых данный вид может существовать неограниченно долго.

Экологическое дублирование

В случае исчезновения вида по каким-либо причинам его нишу занимает другой вид, способный выполнять те же обязанности, что и исчезнувший вид то есть происходит экологическое дублирование.

Энергетика экосистемы

Энергия передается от организма к организму, создавая трофическую цепь, с одного трофического уровня на другой. Трофический уровень – это место в пищевой цепи.

1-й трофический уровень продуценты.

2-й трофический уровень растительноядные консументы.

3-й трофический уровень плодоядные консументы.

Существуют определенные закономерности, переходя с одного уровня на другой вместе с пищей. Основная часть энергии усваиваемая консументом с пищей, расходуя его на жизнедеятельность (часть энергии на дыхание), другая часть энергии переходит в тело (организм) потребителя и вместе с увеличением массы энергия прироста (ЭПР) некоторая часть пищи и связанная с ней энергия не усваивается организмом она вводится в окружающую среду вместе с вместе с проявлением жизнедеятельности 10% в последствии эта энергия усваивается другими организмами (Эд+Эпн(10%))+Эпв(90%)) .Продукты выделения Эпв. Т.к большая чась энергии при переходе с одного трофического уровня на другой трофический уровень теряется на следующий переходит только 10% от предыдущего уровня из этого следует что цепь питания имеет ограниченное число уровней (4,5), пройдя через них энергия рассеивается. Закономерности потока и рассеивания энергии имеют в-е следствия. Образование этой продукции связанно с рассеиванием энергии и особенно велики потери при переходе с одного уровня на второй

Не продуктивно потребление пищи с большим трофическим уровнем. Образование этой продукции связанно с рассеиванием энергии и особенно велики потери при переходе с 1-го уровня на второй.

1-е начало термодинамики:

закон сохранения и превращения энергии энергия переходит из одного состояния в другое, она не возникает. Для 1-го начала термодинамики в живом организме в процессе фотосинтеза солнечная энергия преобразуется в энергию химических связей созданного автотрофно органического вещества и которая в последствии перехода от автотрофов к гетеротрофам, Э.н. не исчезает, а переходит в другие формы, в том числе в тепловую форму т.е. тер. Рассеивается. Мерой необратимого рассеивания является энтропия. Вещество и энергия в пищевой цепи постепенно рассеивается. Энтропия является мерой неупорядочности, мера хаоса, а живые организмы характеризуются высокой мерой упорядоченности, которая характеризуется мерой негэнтропией.

Согласно 2-у началу термодинамики, если температура какого-либо тела выше чем температура окружающей среды, то общая температура всей системы стремится к термодинамическому равновесию: тело будет отдавать энергию до тех пор, пока его температура не станет равной темперературе окружающей седы. Таким образом, энтропия отображает возможность превращения энергии и рассматривается как мера не упорядоченности системы и для того чтобы энтропия системы не возрастала система должна извлекать упорядоченные системы из окружающей среды т.е. должно извлекать негеиторпию. И животные организмы выполняют работу против уравновешивания с окружающей средой за счет образования сложно организованных упругих молекулярных связей и для производства этой работы система д-а получает собственную энергию. Она получает её от солнца, если система автотрофная или извлекая негетеротрофную и растет пинц и используя ее упорядоченность химических связей если система гетеротрофная возможен случай когда вся накопленная система полностью превращается в тепловую энергию и рассеивается (гибель организма). В такое состояние перейдет и живой организм если лишить его возможности извлекать его энергию из окружающей среды.

Жизнь, как термодинамический процесс.

При переходе по трофическим уровням происходит рассеивании энергии. Известно, что, если температура тела выше чем окружающая среда, то тело будет отдавать энергию до тех пор, пока температура окружающей среды сравняется с температурой тела, в конечном счете, энергия любого не живого тела, может быть рассеяна в тепловой форме, после чего наступает состояние термодиначеского равновесия, дальнейший энергетический процесс не возможен (работает 2-е начало термодинамики).

О такой системе говорят, что она максимальна энтропии.

Энтропия – отражает возможность превращения энергии, и рассматривается как мера хаоса неупорядоченной системы.

К вопросу об энергетических потоках: Эп = Эд + Эпр+Эпв; (Эд + Эпв)=90% Эпр=10%

Эп – энергия потребляемой пищи.

Эд – энергия дыхания или траты на дыхание, обеспечивает жизнедеятельность организма в целом.

Эпр – энергия прироста клеток организма, запас жиров клеток.

Эпв – энергия продуктов выделения.

Если поток солнечного излучения, поступающий к земле, только бы рассеивался, то жизнь была бы не возможной. Чтобы энтропия не возрастала, система должна извлекать упорядоченность организации из вне, т.е. работать против энтропии окружающей среды, т.е. орган должен извлекать из окружающей среды отрицательную энтропию (негэнтропию).

Живые организмы способны выполнять работу против уравновешивания с окружающей средой за счет образования сложных организованных упорядоченных структур. Для производства этой работы, экосистема должна получать соответствующую энергетическую дотацию. Живой организм извлекает негэнтропию из пищи использованных упорядоченных связей. Тогда вся накопленная энергия превратится в тепловую форму. Это произойдет при гибели организма, при этом поток энергии прекращается.

Согласно 2-му з-ну термодинамики система стремится к термодинамическому равновесию.

Экологическое равновесие и его нарушение.

Экологическое равновесие - состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биологической части в каждый конкретный момент времени наиболее соответствует абиотическим условиям (почва, климат). Главная особенность э.р. – подвижность. Различают 2 вида подвижности равновесия:

1обратимые изменения в экосистеме.

2экологические сукцессии

Обратимые изменения в экосистеме – изменения экосистемы, например, в течение года от весны к весне колебание климата в разные годы изменение роли некоторых видов в связи с ритмами их жизненного цикла. При таких изменениях видовой состав экосистемы сохраняется. Она лишь подстраивается к колебаниям внутренних и внешних факторов.

Сукцессия – процессы последовательной смены биоценозов протекающее под влиянием внутренних и внешних факторов.

В ходе сукцессии – возрастает продуктивность биоценоза, увеличивается его видовое разнообразие. Однако прогрессивными процессами характеризуются только сукцессии, связанные с естественными постепенночными воздействиями. Если же проходит быстрое массированное нарушение равновесия, часто при вторжении человека системы не могут восстановить равновесие на прежнем уровне. В лучшем случае они заменяются другими менее продуктивными, в худшем опустошение, т.е. уничтожение или резкое снижение биомассы экосистемы. С невозможностью ее самовосстановления. Экологическое равновесие характеризуется еще 2-мя признаками:

1.е постоянство циклов питания элементов

2.е полное рассеивание поступившей в экосистему энергии.

Первый признак касается различных биогенных элементов (азота, углерода) в ходе его круговорота экосистема поддерживает равновесие за счет того, что в нее поступает новая солнечная или хим. связанная энергия.

Э.р. поддерживается в экосистеме сложными, механизмами взаимоотношений между живым организмами и условием среды. Сложные механизмы поддерживают равновесие и изменение экосистемы в ходе сукцессии, делают экосистему тонкими индикаторами экологических условий.

В целом экосистема обладает свойствами саморегуляции т.е. автоматически устанавливать и поддерживать на определенном относительно постоянном уровне показатели численности рождаемости и смертности обусловленных ее популяцией.

Системы не могут восстановить равновесия.

Главные причины.

  1. постоянство циклов элементов;

экологическое равновесие поддерживается сложными механизмами между живыми организмами и условиями среды и взаимоотношения видов. Экологическая система (биогеоценоз)

Состав экосистемы:

- биоценоз

+ = биогеоценоз (экосистема)

- биотоп

Биоценоз – это группировка (совокупность) взаимодействующих между собой разных видов организмов, обитающих на одной территории (разные виды организмов).

Биотоп - условия окружающей среды на определенной территории (воздух, вода, почва).

Биогеоценоз – совокупность абиотических и биотических компонентов, имеет особую специфику взаимодействия и определенный тип обмена вещества и энергии.

Экосистема – это совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения.

Саморегуляция - автоматически устанавливать поддерживать на определенном уровне. Органическая масса созданная в единицу времени наз. первичной продукцией, а прирост за единицу времени – вторичной продукцией. Первичная продукция делится на два уровня: валовую и чистую продукцию.

Валовая продукция – общая масса валового органического вещества издаваемого растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза.

Та часть продукции, которая использовалась на дыхание, наз. – чистой первичной продукцией. Она представляет собой прирост растений. Все живые компоненты экосистемы составляют общую биомассу. Выражаемую через сухой вес (ккал \Дж). На образование биомассы, та, которая создает первичную продукцию, если скорость изъятия консументивна. Возникает избыток органического вещества. Стабильность сообщества практически тратится в трофических сетях.

Энергетика и биологическая продуктивность в биогеоценозах

Одной из важнейших свойств организма - способность создавать органическое вещество или продукцию. Образование продукта в единицу времени или единицу площади, объема – называется продуктивностью экосистемы. Продукция растений первична, продукция животных вторична.

Биомассы – вся живая масса, которая содержится в системе независимо оттого, в какой период она образовалась. Она измеряется в дж, калорий.

Для экосистем представленных однолетними организмами их годичная продуктивность и биомасса возрастает.

Соотношение биомассы и годовой продукции можно выразить формулой Б=∑А-∑Д

Б- биомасса в данный момент времени

А- годовая продукция

Д- траты на дыхание – это масса живого вещества затрачиваемая на энергию и на жизнедеятельность организма

Первичная продукция делится на 2-а уровня:

-Валовую

-Чистую

Валовая - общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени, при данной скорости фотосинтеза, включая траты на дыхание.

Та часть валовой продукции, которая не израсходована на дыхание называется чистой первичной продукцией.

Вторичная продукция уже не делится(т.е. все гетеротрофы увеличивают свою массу за счет первичной продукции.

На образование биомассы расходуется не вся энергия, а та часть, которая создает различную продукцию и может расходоваться в различных экосистемах по-разному. Если скорость ее изъятия консумента отстает от скорости прироста растения это ведет к приросту биомассы продуцента и возникает избыток мертвого органического вещества.

В стабильных сообществах вся продукция тратится в трофических цепях, и биомасса остается постоянной.

Экологическая пирамида биомасс Элтона

Функциональные взаимосвязи т.е. трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде так называемых логических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют и вершину пирамиды. Известны три основных типа экологических пирамид: 1) пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом трофическом уровне (пирамида Элтона) 2) Пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества, калорийность и.т.д. 3) пирамида продукта (или энергии), имеющая универсальный характер показывающая 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. 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 редыдущего доходят лишь 10% энергии) и в третьих обратимая обратимая зависимость метобализма от размера особей (чем мельче организм , тем выше скорость роста их численности и биомассы).

В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.

Для океана приведенное выше правило биомасс не действительно – она имеет перевернутый (обращенный) вид. Для экосистемы океана характерна тенденция накапливания биомассы. Это значит, что их чистая продукция и здесь превышает продукцию, проглаженную консументами, т.е. через уровень продуцентов проходит больше энергии, чем через всех консументов.

Отсюда понятно, что еще более совершенным отражением влияния трофических отношений на экосистему должно быть правило пирамиды продукции (или энергии) на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы , создаваемой за единицу времени (или энергии), больше, чем, на последующем. Пирамида продукции отражает законы расходования энергии на трофических цепях.

В природе, в стабильных системах, биомасса изменяется незначительно , т.е. природа стремится использовать полностью валовую продукцию. Знание энергетики экосистемы того или иного количественные ее показатели позволяют точно или иного количества растительной и животной биомассы без подрыва ее продуктивности.

Человек получает достаточно много продукции природных систем , тем не менее ,основным источником пищи для него является сельское хозяйство. Создав агроэкосистемы, человек стремится получить как можно больше чистой продукции растительности, но ему необходимо тратить половину растительной массы на выкармливание травоядных животных птиц и.т.д. , значительная часть продукции идет в промышленность и теряется в отбросах , т.е. и здесь теряется около 90% чистой продукции и только около 10% непосредственно используется на потребление человеком.

Пищевые отношения как организационная основа

экологических систем биоценозов

При изучении биотической структуры экосистемы становится очевидным, что одно из важнейших взаимоотношений между организмами - это пищевое. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при котором один организм поедается другим, а тот - третьим и т.д.

Пищевая цепь - это путь движения вещества (источник энергии и строительный материал) в экосистеме от одного организма к другому.

Растение корова

Растение корова человек

Растение кузнечик мышь лиса орёл

Растение жук лягушка змея птица

обозначает направление движения.

В природе пищевые цепи редко изолированы друг от друга. Гораздо чаще представители одного вида (растительноядные) питаются несколькими видами растений, а сами служат пищей для нескольких видов хищников. Перенос вредных веществ в экосистеме.

Пищевая сеть - это сложная сеть пищевых взаимоотношений.

Несмотря на многообразие пищевых сетей, они все соответствуют общей схеме: от зелёных растений к первичным консументам, от них к вторичным консументам и т.д. и к детритофагам. На последнем месте всегда стоят детритофаги, они замыкают пищевую цепь.

Трофический уровень - это совокупность организмов, занимающих определённое место в пищевой сети.

I трофический уровень - всегда растения,

II трофический уровень - первичные консументы

III трофический уровень - вторичные консументы и т.д.

Детритофаги могут находиться на II и выше трофическом уровне.

Обычно в экосистеме насчитывается 3-4 трофических уровня. Это объясняется тем, что значительная часть потребляемой пищи тратится на энергию (90 - 99 %), поэтому масса каждого трофического уровня меньше предыдущего. На формирование тела организма идет относительно немного (1 - 10 %.Соотношение между растениями, консументами, детритофагами выражают в виде пирамид.

Пирамида биомассы - показывает соотношение биомасс различных организмов на трофических уровнях.

Пирамида энергии- показывает поток энергии через экосистему. (см.рис.)

Очевидно, что существование большего числа трофических уровней невозможно, из-за быстрого приближения биомассы к нулю.

Автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы - это организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию.

К ним относятся растения (только растения). Они синтезируют из СО, НО (неорганические молекулы) под воздействием солнечной энергии - глюкозу (органические молекулы) и О. Они составляют первое звено в пищевой цепи и находятся на 1 трофическом уровне.

Гетсротрофы - это организмы, которые не могут строить собственное тело из неорганических соединений, а вынуждены использовать созданное автотрофами, употребляя их в пищу.

К ним относятся консументы и детритофаги. И находятся на II и выше трофическом уровне. Человек тоже гетеротроф.

Вернадскому принадлежит идея, что возможно превращение человеческого общества из гетеротрофного и автотрофное. В силу своих биологических особенностей человек не может перейти к автотрофности, но общество в целом способно осуществить автотрофный способ производства пищи, т.е. замена природных соединений (белки, жиры, углеводы) на органические соединения, синтезированные из неорганических молекул или атомов.

Изменение вещества и энергии в организмах.

Зелёные растения.

В растениях происходит процесс фотосинтеза, при котором из СО, НО и солнечной энергии получаются глюкоза и О. При этом солнечная кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию молекул глюкозы. Глюкоза - это органическая молекула с высокой потенциальной энергией. Из солнечной энергии около 2 % превращается в потенциальную энергию молекул глюкозы.

Глюкоза в растениях выполняет 2 функции:

1. Служит строительным материалом тела, т.е. из глюкозы образуются сложные органические молекулы (крахмал, целлюлоза, липиды, белки, нуклеиновые кислоты).

  1. Источник энергии для всех процессов жизнедеятельности растений, т.е. построение тканей, поглощение питательных элементов из почвы, дыхание.

С6Н12О6 + О2  6СО2 + 6H2О + Q

Процесс расщепления органических молекул с выделением энергии называется клеточным дыханием. Т.е. молекула глюкозы в присутствии кислорода разрушается до ÑО, НО с выделением энергии. Данный процесс идёт в каждой клетке и в целом противоположен фотосинтезу.

Травы - энергия 40-50%

Деревья - 70-80% (в основном на дыхание)

Продуктивность экосистем, т/м2год:

Влажные тропические леса - 2200 , лиственные леса – 1200, тайга – 800, тундра – 140, пустыни - 90, озера, реки - 250, океан - 80

Т.о. только часть глюкозы используется растением для своего роста, а другая часть вновь разрушается с выделением энергии, необходимой для протекания физиологических процессов.

Консументы.

Животным свойственна активная выработка кинетической энергии (движение, бег, поддержание постоянной температуры тела, дыхание и т.д.). Источник энергии - потенциальная энергия органических молекул, потребляемых в составе пищи. Значительная часть пищи (90 - 99 %) разрушается с высвобождением энергии, обеспечивающий все функции организма и теряющейся в конце концов в виде выделяемого телом тепла.

Строительная роль пищи.

Часть съеденной, переваренной и поступившей в кровь пищи служит сырьём для роста и обновления тканей тела. Для этого также необходимые определённые витамины и микроэлементы (Fe, Си, Mn, Zn). Если в пище нет какого-либо из необходимых ингредиентов, сколько бы калорий не содержала пища, неизбежны функциональные расстройства.

Неусвояемое вещество.

Часть пищи не переваривается и просто проходит через пищеварительный тракт и выводится в виде фекалий или экскрементов.

Детритофаги - аналогично консументам.

Т.о. происходит превращение энергии из одной формы в другую, а именно солнечной энергии в потенциальную энергию, запасаемую растениями, а её-в другие виды по мере прохождения по пищевой цепи. На каждом трофическом уровне часть потенциальной энергии пищи расходуется на жизненные функции и часть теряется в виде тепла. Т.е. происходит поток энергии через систему.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Лекция 1 История и предмет экологии человека

    Лекция
    ... Лекция 1. История и предметэкологии человека Человек является частью живой ... , а средой – все природные и социальные процессы. Предметомэкологии человека является отношение человека и среды ...
  2. ЭКОЛОГИЯ Учебно-методический комплекс дисциплины

    Учебно-методический комплекс
    ... природы. Тематическое содержание курса Введение Предметэкологии, основные задачи, ее связь с другими ... экологии как науки. Экология как наука, история развития. Структура, предмет, методы современной экологии. Связь экологии ...
  3. Экология как наука на современном этапе эволюции человеческого общества Шмаль А Г

    Обзор
    ... сформулировать понятия об объекте и предметеэкологии. Исторически первыми экологическими проблемами ... экологии определить предметэкологии. С учетом сформулированного подхода к определению объекта и предмета в философском плане, предметомэкологии ...
  4. Глава i предмет экологии методы и задачи экологии план

    Лекция
    ЛЕКЦИЯ 1 Глава I. Предметэкологии. Методы и задачи экологии План 1. Расширенное понимание предметаэкологии 2. Разделы экологии 3. Различие между понятиями ...
  5. Глава i предмет экологии методы и задачи экологии план

    Лекция
    ЛЕКЦИЯ 1 Глава I. Предметэкологии. Методы и задачи экологии План 1. Расширенное понимание предметаэкологии 2. Разделы экологии 3. Различие между понятиями ...

Другие похожие документы..