Пищевые цепи, их значение для экосистемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО «БАШКИРСКАЯ АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ И УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН»

Кафедра информационных технологий в управлении

Направление 081100.62 - «Государственное и муниципальное управление» (бакалавриат, на базе ВПО, заочная форма обучения, 2 курс)

ДОКЛАД

по дисциплине «Экология»

на тему: «Пищевые цепи, их значение для экосистемы»

Научный руководитель Галин Х.Х.

Студент Асфандиярова А.И.

Уфа 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Пищевые цепи и трофические уровни

Типы пищевых цепей

Значение пищевых цепей в экосистеме

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Организмы в природе связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов.

Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов - каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем.

Предмет исследования - пищевые цепи. Объект исследования - роль пищевых цепей в экосистеме.

ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ И ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ

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

Трофический уровень -- это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.

Биотический круговорот происходит в природной системе, объединяющей на основе обмена веществ и энергии сообщество живых организмов (биоценоз) с неживыми компонентами -- условиями обитания. Такая система получила название биогеоценоз (греч. geo -- земля). В ней обмен веществом и энергией обеспечивается взаимодействием трех групп организмов.

Первая группа -- продуценты, или производители (от лат. produsent-- производить). К ним относятся автотрофные организмы, производящие пищу в процессе фото- или хемосинтеза, т. е. первичные органические вещества.

Вторая группа представлена консументами, т. е. потребителями (от лат. consume -- потреблять), -- гетеротрофными организмами, главным образом животными, поедающими другие организмы. Различают первичных консументов (животных, питающихся зелеными растениями, травоядных) и вторичных консументов (хищников, плотоядных, которые поедают растительноядных). Вторичный консумент может служить источником пищи для другого хищника -- консумента третьего порядка и т. д.

Третья группа -- редуценты, или деструкторы (reducens -- возвращать). Это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки всех трофических уровней (остатки пищи, мертвые организмы). К ним относятся грибы, бактерии, беспозвоночные (например, черви). Минеральные вещества и диоксид углерода, образующиеся при деятельности редуцентов, опять поступают в воду, воздух и почву, а затем -- в распоряжение продуцентов. На рисунке 1 представлена схема трансформации энергии в биоценозе.

Рис.1 Схема трансформации энергии в биоценозе

В результате последовательности превращений энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую структуру. Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.

Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Скорость накопления энергии первичными продуцентами называется валовой первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ - чистой первичной продуктивностью. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают около процента солнечной энергии, поглощённой ими.

При поедании одних организмов другими вещество и пища переходят на следующий трофический уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей; количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения к животному составляет около 10 %, а от животного к животному - 20 %. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.

Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального использования. Эффективность экосистем может быть повышена за счёт повышения урожайности, уменьшения помех со стороны других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определённый промежуток времени без ущерба для её дальнейшей продуктивности).

ТИПЫ ПИЩЕВЫХ ЦЕПЕЙ

Существует 2 основных типа трофических цепей -- пастбищные и детритные.

В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.

В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации.

Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита, идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям -- хищникам.

В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

Рис.2 Поток энергии через пастбищную пищевую цепь. Все цифры в кДж/м² в год

пищевой трофический цепь экосистема

В схемах пищевых цепей каждый организм представлен питающимся организмами какого-то определённого типа. Действительность намного сложнее, и организмы (особенно, хищники) могут питаться самыми разными организмами, даже из различных пищевых цепей. Таким образом, пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.

Рис. 3 Пример пищевой сети

ЗНАЧЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ЦЕПЕЙ В ЭКОСИСТЕМЕ

В результате функционирования пищевых цепей и работы редуцентов осуществляются круговороты элементов питания, воды и кислорода. При этом в естественных фотоавтотрофных экосистемах работает постоянная «зеленая карусель» и поддерживается равновесие между количеством потребленных ресурсов и их возвратом в окружающую среду, хотя часть ресурсов может временно задерживаться в запаснике - детрите.

Основной источник энергии - Солнце. Поток солнечной энергии, из которого экосистемой усваивается не более 2% (остальное используется на транспирацию, отражается листьями, идет на нагревание атмосферы, воды и почвы), постоянно протекает через экосистему, причем, при передаче энергии с одного трофического уровня на другой по пищевым цепям происходит ее рассеивание в виде тепла.

При переходе энергии с первого трофического уровня на второй передается около 10% энергии, а 90% - рассеивается (т.е. из энергии, заключенной в траве, которую съела корова, в ее биомассу перейдет не более 10%). Эффективность передачи энергии со второго трофического уровня на третий и далее, т.е. от фитофагов к хищникам и затем к хищникам более высоких порядков, значительно выше и может достигать 30-40%.

Важной характеристикой потока вещества и энергии по пищевой цепи пишется полнота выедания организмов предыдущего трофического уровня. Фитофаги выедают в лесной экосистеме не более 10% фитомассы, в степи - до 30%, и водной экосистеме - до 40%. Остальная фитомасса превращается в детрит и используется детритофагами или разрушается редуцентами. С повышением трофического уровня полнота выедания возрастает: на трофических уровнях «мелкий хищник - крупный хищник» в живом состоянии выедаются до 80% организмов предшествующего уровня.

Экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначала процесс обмена энергией.

Энергию определяют, как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.

Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново.

Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия.

Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря:

- во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии (энергия Солнца);

- во-вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а, использовав - рассеивать в окружающую среду.

Следовательно, сначала улавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одного трофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности, организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Завершая доклад, можно сделать следующие выводы. Функциональная система, включающая в себя сообщество живых существ и их среду обитания, называется экологической системой (или экосистемой). В такой системе связи между ее компонентами возникают прежде всего на пищевой основе. Пищевая цепь указывает путь движения органических веществ, а также содержащихся в ней энергии и неорганических питательных веществ.

В экологических системах в процессе эволюции сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают организмы автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего - вторичными консументами и т. д. Последний уровень обычно занимают редуценты или детритофаги.

Пищевые связи в экосистеме не являются прямолинейными, так как компоненты экосистемы находятся между собой в сложных взаимодействиях.

Изучая продуктивность экосистем, мы имеем дело с потоком энергии, проходящих через ту или иную экосистему. Энергия поступает в биотический компонент экосистемы первичных продуцентов.

Скорость накопления энергии первичными продуцентами в форме органического вещества, которое может быть использовано в пищу, называется первичной продукцией. Это важный параметр, так как им определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а значит, и количество (биомасса) животных организмов, которые могут существовать в экосистеме.

Понимая, что ни одна сфера жизнедеятельности планеты не обходится без прямого или косвенного участия человека нужно формировать активную природоохранную позицию. Это понятие включает в себя, прежде всего экологическое воспитание и образование, которое должно быть комплексным, всеобщим и непрерывным. Человек должен осознавать свою роль в биосфере как один из видов, который, как и все остальные обязан подчиняться законам развития биосферы.

Во имя жизни на Земле человечеству предстоит возродить, сберечь и развить основные ценности экологической культуры.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Гальперин М.В. Экологические основы природопользования: Учебник / М.В. Гальперин. - 2-e изд., испр. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. - 256 с.

2 Григорьева И.Ю. Геоэкология: Учебное пособие / И.Ю. Григорьева. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 270 с.

3 Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология - Ростов/Д.: Феникс, 2008

4 Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Ибатуллин У.Г., Экология Башкортостана. - Уфа.: АДИ-Пресс , 2005

5 Разумов В.А. Экология: Учебное пособие / В.А. Разумов. - М.: НИЦ Инфра-М, 2012. - 296 с.

Размещено на Allbest.ru