Мишена:разширяват знанията за биотичните фактори на околната среда.

Оборудване:хербарни растения, препарирани хордови (риби, земноводни, влечуги, птици, бозайници), колекции от насекоми, мокри препарати от животни, илюстрации на различни растения и животни.

Напредък:

1. Използвайте оборудването и направете две електрически вериги. Не забравяйте, че веригата винаги започва с производител и завършва с редуктор.

растения → насекоми→гущер → бактерии

растения → скакалец→ жаба → бактерии

Припомнете си наблюденията си в природата и направете две хранителни вериги. Производители на етикети, потребители (1-ви и 2-ри ред), декомпозитори.

Виолетово → Springtails→хищни акари→хищни стоножки→ бактерии

Производител - потребител1 - потребител2 - потребител2 - разлагащ

зеле→ плужек→ жаба →бактерии

Производител – потребител1 - потребител2 - разлагащ

Какво е хранителна верига и какво стои в основата й? Какво определя стабилността на биоценозата? Изложете вашето заключение.

Заключение:

Храна (трофичен) верига- поредица от видове растения, животни, гъби и микроорганизми, които са свързани помежду си чрез връзката: храна - консуматор (последователност от организми, в които се извършва постепенен трансфер на материя и енергия от източник към консуматор). Организмите от следващата връзка изяждат организмите от предишната връзка и по този начин възниква верижен трансфер на енергия и материя, който е в основата на цикъла на веществата в природата. При всяко прехвърляне от връзка на връзка, тя се губи повечето от(до 80-90%) от потенциалната енергия се разсейва под формата на топлина. Поради тази причина броят на звената (видовете) в хранителната верига е ограничен и обикновено не надвишава 4-5. Стабилността на една биоценоза се определя от разнообразието на нейния видов състав. производители- организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични, т.е. всички автотрофи. Потребители- хетеротрофи, организми, които консумират готови органични вещества, създадени от автотрофи (производители). За разлика от разлагащите

Потребителите не са в състояние да разграждат органичните вещества в неорганични. Разлагачи- микроорганизми (бактерии и гъбички), които унищожават мъртви останки от живи същества, превръщайки ги в неорганични и прости органични съединения.

3. Посочете организмите, които трябва да бъдат на липсващото място в следните хранителни вериги.

1) Паяк, лисица

2) дървояд-гъсеница, змиеносец

3) гъсеница

4. От предложения списък с живи организми създайте трофична мрежа:

трева, горски храст, муха, синигер, жаба, смок, заек, вълк, гниещи бактерии, комар, скакалец.Посочете количеството енергия, което се движи от едно ниво на друго.

1. Трева (100%) - скакалец (10%) - жаба (1%) - змия (0,1%) - гниещи бактерии (0,01%).

2. Храст (100%) - заек (10%) - вълк (1%) - гниещи бактерии (0,1%).

3. Трева (100%) - муха (10%) - синигер (1%) - вълк (0,1%) - гниещи бактерии (0,01%).

4. Трева (100%) - комар (10%) - жаба (1%) - змия (0,1%) - гниещи бактерии (0,01%).

5. Познаване на правилото за пренос на енергия от един трофично нивоот друга (около 10%), изградете пирамида от биомаса за третата хранителна верига (задача 1). Растителната биомаса е 40 тона.

Трева (40 тона) -- скакалец (4 тона) -- врабче (0,4 тона) -- лисица (0,04).

6. Заключение: какво отразяват правилата на екологичните пирамиди?

Правилото на екологичните пирамиди много условно предава модела на пренос на енергия от едно ниво на хранене към следващото в хранителната верига. Тези графични модели са разработени за първи път от Чарлз Елтън през 1927 г. Според този модел общата маса на растенията трябва да бъде с порядък по-голяма от тази на тревопасните животни, а общата маса на тревопасните животни трябва да бъде с порядък по-голяма от тази на хищниците от първо ниво и т.н. до самия край на хранителната верига.

Лабораторна работа № 1

На всяко живо същество на нашата планета за нормално развитиенеобходима е храна. Храненето е процесът на получаване на енергия и необходим химически елементив жив организъм. Източникът на храна за някои животни са други растения и животни. Процесът на прехвърляне на енергия и хранителни вещества от един жив организъм към друг възниква чрез хранене един с друг. Някои животни и растения служат за храна на други. Така енергията може да се пренася през няколко връзки.

Наборът от всички връзки в този процес се извиква захранваща верига. Пример за хранителна верига може да се види в гората, когато птица яде червей и след това самата тя става храна за рис.

Всички видове живи организми, в зависимост от мястото, което заемат, се делят на три вида:

• производители;
• потребители;
• разлагачи.

Производителите са живи организми, които самостоятелно произвеждат хранителни вещества. Например растения или водорасли. За да произвеждат органични вещества, производителите могат да използват слънчева светлина или просто неорганични съединения, като въглероден диоксид или сероводород. Такива организми се наричат ​​още автотрофни. Автотрофите са първата връзка на всяка хранителна верига и формират нейната основа, а енергията, получена от тези организми, поддържа всяка следваща връзка.

Потребители

Потребителите са следващата връзка. Ролята на консуматори играят хетеротрофните организми, т.е. тези, които не произвеждат органични вещества сами, а използват други организми като храна. Потребителите могат да бъдат разделени на няколко нива. Например, първото ниво включва всички тревопасни животни, някои видове микроорганизми, както и планктон. Гризачи, зайци, лосове, диви свине, антилопи и дори хипопотами - всички принадлежат към първото ниво.

Второто ниво включва малки хищници, като: диви котки, норки, порове, планктоноядни риби, сови, змии. Тези животни служат като храна за консуматори от трето ниво - по-големи хищници. Това са животни като лисица, рис, лъв, ястреб, щука и др. Такива хищници се наричат ​​още върхови хищници. Топ хищниците не ядат непременно само тези от предишното ниво. Например, малка лисица може да стане плячка за ястреб, а рисът може да ловува както гризачи, така и сови.

Разлагачи

Това са организми, които преработват животински отпадъци и тяхната мъртва плът в неорганични съединения. Те включват някои видове гъбички, гниещи бактерии. Ролята на разградителите е да затворят кръговрата на веществата в природата. Те връщат вода и прости неорганични съединения в почвата и въздуха, които производителите използват за своята жизнена дейност. Разлагащите обработват не само мъртви животни, но и например паднали листа, които започват да гният в гората или суха трева в степта.

Трофични мрежи

Всички хранителни вериги съществуват в постоянна връзка една с друга. Съвкупността от няколко хранителни вериги представлява трофична мрежа. Това е вид пирамида, състояща се от няколко нива.Всяко ниво се формира от определени връзки в хранителната верига. Например във вериги:

• муха - жаба - чапла;
• скакалец - змия - сокол;

Към първото трофично ниво ще принадлежат мухата и скакалецът, към второто - змията и жабата, а към третото - чаплата и соколът.

Видове хранителни вериги: примери в природата

Делят се на пасищни и детритни. Пасторални хранителни веригиразпространени в степите и световните океани. Началото на тези вериги са производителите. Например трева или водорасли. Следват потребители от първи ред, например тревопасни животни или малки риби и малки ракообразни, които се хранят с водорасли. Следващи във веригата са дребните хищници, като лисици, норки, порове, костури и сови. Суперхищници, като лъвове, мечки и крокодили, допълват веригата. Суперхищниците не са плячка за други животни, но след смъртта си служат като хранителен материал за разлагащите се. Разлагащите участват в процеса на разлагане на останките на тези животни.

Детритални хранителни веригипроизлизат от гниеща органична материя. Например от разлагащи се листа и останала трева или от паднали плодове. Такива вериги са често срещани в широколистни и смесени гори. Паднали гниещи листа - мокрици - гарван. Ето пример за такава хранителна верига. Повечето животни и микроорганизми могат едновременно да бъдат части и от двата вида хранителни вериги. Пример за това е кълвачът, който се храни с буболечки, които разлагат мъртвата дървесина. Това са представители на детритната хранителна верига.А самият кълвач може да стане плячка за малък хищник, например рис. Рисовете могат да ловуват и гризачи - представители на пасищната хранителна верига.

Всяка хранителна верига не може да бъде много дълга. Това се дължи на факта, че само 10% от енергията на предишното ниво се прехвърля на всяко следващо ниво. Повечето от тях се състоят от 3 до 6 връзки.

Енергията на Слънцето играе огромна роля във възпроизводството на живота. Количеството на тази енергия е много голямо (приблизително 55 kcal на 1 cm 2 годишно). От това количество производителите - зелени растения - записват не повече от 1-2% енергия в резултат на фотосинтеза, а пустините и океаните - стотни от процента.

Броят на връзките в хранителната верига може да варира, но обикновено са 3-4 (по-рядко 5). Факт е, че толкова малко енергия достига до крайното звено на хранителната верига, че няма да е достатъчно, ако броят на организмите се увеличи.

Ориз. 1. Хранителни вериги в наземна екосистема

Съвкупност от организми, обединени от един вид хранене и заемащи определено място в хранителната верига, се нарича трофично ниво.Организмите, които получават енергията си от Слънцето през същия брой стъпки, принадлежат към едно и също трофично ниво.

Най-простата хранителна верига (или хранителна верига) може да се състои от фитопланктон, последвана от по-големи тревопасни планктонни ракообразни (зоопланктон) и завършваща с кит (или малки хищници), които филтрират тези ракообразни от водата.

Природата е сложна. Всички негови елементи, живи и неживи, са едно цяло, комплекс от взаимодействащи и взаимосвързани явления и същества, приспособени едно към друго. Това са брънки от една верига. И ако премахнете поне една такава връзка от цялата верига, резултатите може да са неочаквани.

Прекъсването на хранителните вериги може да има особено отрицателно въздействие върху горите - независимо дали са умерени горски биоценози или тропически горски биоценози, които са богати на видово разнообразие. Много видове дървета, храсти или тревисти растения разчитат на специфичен опрашител - пчели, оси, пеперуди или колибри - които живеят в обхвата на растителния вид. Веднага щом последното цъфтящо дърво или тревисто растение умре, опрашителят ще бъде принуден да напусне това местообитание. В резултат на това фитофагите (тревопасни животни), хранещи се с тези растения или дървесни плодове, ще умрат. Хищниците, които са ловували фитофаги, ще останат без храна и след това промените последователно ще засегнат останалите звена на хранителната верига. В резултат на това те ще засегнат хората, тъй като имат свое специфично място в хранителната верига.

Хранителните вериги могат да бъдат разделени на два основни типа: пасищни и детритни. Цените на храните, които започват с автотрофни фотосинтезиращи организми, се наричат пасище,или вериги на хранене.На върха на пасищната верига има зелени растения. На второто ниво на пасищната верига обикновено има фитофаги, т.е. животни, които се хранят с растения. Пример за пасищна хранителна верига са взаимоотношенията между организмите в заливна ливада. Такава верига започва с ливадно цъфтящо растение. Следващата връзка е пеперуда, която се храни с нектара на цвете. След това идва обитателят на влажните местообитания - жабата. Защитната му окраска й позволява да дебне плячката си от засада, но не я спасява от друг хищник – обикновения смок. Чаплата, уловила змията, затваря хранителната верига в заливната поляна.

Ако една хранителна верига започва с мъртви растителни останки, трупове и животински екскременти - детрит, тя се нарича детритален, или верига на разлагане.Терминът "детрит" означава продукт на гниене. Заимствано е от геологията, където детритът се отнася до продуктите от разрушаването на скалите. В екологията детритът е органична материя, участващи в процеса на разлагане. Такива вериги са типични за общности на дъното на дълбоки езера и океани, където много организми се хранят с утаяването на детрита, образуван от мъртви организми от горните осветени слоеве на резервоара.

В горските биоценози детритната верига започва с разлагането на мъртва органична материя от животни сапрофаги. Повечето Активно участиеТук в разграждането на органичните вещества участват почвени безгръбначни животни (членестоноги, червеи) и микроорганизми. Има и големи сапрофаги - насекоми, които подготвят субстрат за организми, които извършват процеси на минерализация (за бактерии и гъбички).

За разлика от пасищната верига, размерът на организмите, когато се движат по детритната верига, не се увеличава, а напротив, намалява. Така че на второто ниво може да има гробни насекоми. Но най-типичните представители на детритната верига са гъбичките и микроорганизмите, които се хранят с мъртва материя и завършват процеса на разграждане на биоорганичните вещества до състояние на най-простите минерални и органични вещества, които след това се консумират в разтворена форма от корените на зелените растения на върха на пасищната верига, като по този начин започва нов кръг на движение на материята.

Някои екосистеми са доминирани от пасища, докато други са доминирани от вериги от детрит. Например гората се счита за екосистема, доминирана от вериги от детрит. В екосистемата на гниещ пън изобщо няма верига за паша. В същото време, например, в екосистемите на морската повърхност почти всички производители, представени от фитопланктона, се консумират от животни и техните трупове потъват на дъното, т.е. напуснете публикуваната екосистема. Такива екосистеми са доминирани от паша или хранителни вериги за паша.

Общо правилоотносно всякакви хранителната верига,гласи: на всяко трофично ниво на общността по-голямата част от енергията, абсорбирана от храната, се изразходва за поддържане на живота, разсейва се и вече не може да се използва от други организми. По този начин храната, консумирана на всяко трофично ниво, не се усвоява напълно. Значителна част от него се изразходва за метаболизма. При преминаване към всяко следващо звено в хранителната верига обща сумаизползваемата енергия, прехвърлена към следващото по-високо трофично ниво, намалява.

ТРОФИЧНИ ВЕРИГИ

Цел на работата: придобиване на умения за съставяне и анализ на хранителни (трофични) вериги.

Главна информация

Съществуват различни връзки между живите организми в екосистемите. Една от централните връзки, която като че ли циментира най-много различни организмив една екосистема е храна, или трофичен. Хранителните връзки обединяват организмите помежду си според принципа на храната-консуматор. Това води до появата на хранителни или трофични вериги. В рамките на една екосистема веществата, съдържащи енергия, се създават от автотрофни организми и служат за храна на хетеротрофите. Хранителните връзки са механизми за пренос на енергия от един организъм към друг. Типичен пример е животно, което се храни с растения. Това животно от своя страна може да бъде изядено от друго животно. Преносът на енергия може да се осъществи по този начин чрез редица организми.

Всеки следващ се храни с предходния, който го снабдява със суровини и енергия.

Тази последователност на пренос на хранителна енергия в процеса на хранене от нейния източник през последователна серия от живи организми се нарича хранителна (трофична) верига,или захранваща верига. Трофични вериги- това е пътят на еднопосочния поток на слънчевата енергия, погълната в процеса на фотосинтеза през живите организми на екосистемата в околната среда, където неизползваната част от нея се разсейва под формата на нискотемпературна топлинна енергия.

мишки, врабчета, гълъби. Понякога в екологичната литература всяка хранителна връзка се нарича връзка „хищник-плячка“, което означава, че хищникът е ядец. Стабилността на системата хищник-жертва се осигурява от следните фактори:

- неефективност на хищника, бягство на плячката;

- екологични ограничения, наложени от външната среда върху размера на населението;

- наличие на алтернативни хранителни ресурси за хищници;

- намаляване на забавянето на реакцията на хищника.

Местоположението на всяко звено в хранителната верига е трофично ниво.Първото трофично ниво се заема от автотрофи, или т.нар първични производители.Организмите от второто трофично ниво се наричат ​​първо-

първични консуматори, третият - вторични консуматори и т.н.

Трофичните вериги се разделят на два основни типа: паша (вериги за паша, вериги за консумация) и едитрит (вериги на разлагане).

Растение → заек → вълк Производител → тревопасно → месоядно

Следните хранителни вериги също са широко разпространени:

Растителен материал (напр. нектар) → муха → паяк → земеровка → бухал.

Сок храст от рози→ листна въшка → калинка → паяк → насекомоядна птица → хищна птица.

Във водните, особено морските екосистеми, хранителните вериги на хищниците са по-дълги, отколкото в сухоземните.

Детритната верига започва с мъртва органична материя - детрит, който се унищожава от детритиви, изядени от малки хищници, и завършва с работата на разлагащи вещества, които минерализират органичните останки. Широколистните гори играят важна роля в разрушителните хранителни вериги на сухоземните екосистеми, по-голямата част от листата на които не се консумират от тревопасните животни и са част от горската постеля. Листата се смачкват от множество детритиви (гъбички, бактерии, насекоми), след което се поглъщат от земни червеи, които равномерно разпределят хумуса в повърхностен слойпочва, образувайки мул. Разлагане

микроорганизмите, завършващи веригата, произвеждат окончателната минерализация на мъртвите органични остатъци (фиг. 1).

Като цяло типичните детритни вериги на нашите гори могат да бъдат представени, както следва:

листовка → земен червей → кос → ястреб;

мъртво животно → ларви на мършава муха → тревна жаба → змия.

Ориз. 1. Детритална хранителна верига (по Nebel, 1993)

Като пример можем да разгледаме дървесината като източник на органичен материал, който се подлага на биологична обработка в почвата от обитаващи почвата организми. Дървесината, която пада върху повърхността на почвата, се обработва предимно от ларвите на бръмбари с дълги рога, сондажи и сондажи, които я използват за храна. Те се заменят с гъби, чийто мицел се установява предимно в проходите, направени в дървото от насекоми. Гъбите допълнително разхлабват и разрушават дървесината. Такава рохкава дървесина и самият мицел се оказват храна за ларвите на огнецвета. На следващия етап във вече силно повредената дървесина се заселват мравки, които унищожават почти всички ларви и създават условия за заселване на ново поколение гъбички в дървесината. Охлювите започват да се хранят с такива гъби. Разлагащите микроби завършват разрушаването и хумификацията на дървесината.

По същия начин има хумификация и минерализация на тор от диви и домашни животни, влизащи в почвата.

По правило храната на всяко живо същество е повече или по-малко разнообразна. Само всички зелени растения се „хранят“ еднакво: въглероден двуокиси йони на минерални соли. При животните случаите на тясна специализация на храненето са доста редки. В резултат на възможна промяна в храненето на животните, всички екосистемни организми са включени в сложна мрежа от хранителни взаимоотношения. Хранителните вериги са тясно преплетени една с друга формиране на хранителни или трофични мрежи.В хранителната мрежа всеки вид е пряко или непряко свързан с много. Пример за трофична мрежа с разположение на организмите по трофични нива е показан на фиг. 2.

Хранителните мрежи в екосистемите са много сложни и можем да заключим, че енергията, която влиза в тях, мигрира дълго време от един организъм в друг.

Ориз. 2. Трофична мрежа

В биоценозите хранителните връзки играят двойна роля. Първо, те

осигуряват пренос на материя и енергия от един организъм към друг.

Така видовете съжителстват заедно и взаимно се поддържат. Второ, хранителни връзки служат като механизъм за регулиране на числените

Представянето на трофичните мрежи може да бъде традиционно (фиг. 2) или с помощта на насочени графики (диграфи).

Геометрично ориентиран граф може да бъде представен като набор от върхове, означени с кръгове с номера на върхове и дъги, свързващи тези върхове. Дъгата определя посоката от един връх към друг Пътят в графа е крайна последователност от дъги, в която началото на всяка следваща дъга съвпада с края на предишната. Една дъга може да бъде обозначена с двойката върхове, които свързва. Пътят се записва като последователност от върхове, през които преминава.Път се нарича път, чийто начален връх съвпада с крайния връх.

НАПРИМЕР:

AT 3;

1, 2 или 1, 3, 2 – пътеки отгоре

В електрическата мрежа горната част на графиката показва моделиращи обекти; дъги, обозначени със стрелки, водят от плячката към хищника.

Всеки жив организъм заема определена екологична ниша. Екологичната ниша е набор от териториални и функционални характеристикиместообитания, които отговарят на изискванията на този вид. Няма два вида с еднакви ниши в екологичното фазово пространство. Съгласно принципа на Гаузе за конкурентно изключване, два вида със сходни екологични изисквания дълго времене може да заема една екологична ниша. Тези видове се конкурират и единият от тях измества другия. Въз основа на електрически мрежи можете да изградите графика на конкуренцията.Живите организми в състезателната графика се показват като върхове на графиката; между върховете се изчертава ръб (връзка без посока), ако има жив организъм, който служи като храна за организмите, показани от горните върхове.

Разработването на конкурентна графика позволява да се идентифицират конкуриращи се видове организми и да се анализира функционирането на екосистемата и нейната уязвимост.

Принципът за съпоставяне на нарастването на сложността на една екосистема с увеличаването на нейната стабилност е широко приет. Ако екосистемата е представена от хранителна мрежа, можете да използвате различни начиниРазмери на трудност:

- определяне на броя на дъгите;

- намерете съотношението на броя на дъгите към броя на върховете;

Трофичното ниво също се използва за измерване на сложността и разнообразието на хранителната мрежа, т.е. мястото на организма в хранителната верига. Трофичното ниво може да се определи както по най-краткото, така и по най-дългото дълга веригахранене от въпросния връх, който има трофично ниво равно на „1“.

РЕД ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА РАБОТАТА

Упражнение 1

Направете мрежа за 5 участници: трева, птици, насекоми, зайци, лисици.

Задача 2

Установете хранителните вериги и трофичното ниво по най-късия и най-дългия път на хранителната мрежа от задача “1”.

4 . Насекоми

Забележка: Хранителната верига на пашата започва с производителите. Организмът, посочен в колона 1, е най-високото трофично ниво. За потребители от първи ред, дълги и къси пътища трофична веригасъвпада.

Задача 3

Предложете трофична мрежа според опцията на задачата (Таблица 1P) и направете таблица на трофичните нива според най-дългата и най-дългата пряк път. Хранителните предпочитания на потребителите са показани в табл. 2P.

Задача 4

Направете трофична мрежа съгласно фиг. 3 и разположете членовете му според трофичните нива

ПЛАН ЗА ОТЧЕТ

1. Цел на работата.

2. Графика на хранителната мрежа и графика на конкуренцията въз основа на примера за обучение (задачи 1, 2).

3. Таблица на трофичните нива въз основа на учебния пример (задача 3).

4. Графика на хранителната мрежа, графика на конкуренцията, таблица на трофичните нива според опцията за задание.

5. Схема на трофичната мрежа с разположението на организмите по трофични нива (съгласно фиг. 3).

Ориз. 3. Тундрова биоценоза.

Първи ред: дребни врабчоподобни, различни двукрили насекоми, мишелов. Втори ред: арктическа лисица, леминги, полярна сова. Трети ред: бяла яребица, бели зайци. Четвърти ред: гъска, вълк, северен елен.

Литература

1. Reimers N.F. Управление на природата:Речник-справочник. – М.: Мисъл, 1990. 637 с.

2. Животинският свят в 7 тома. М.: Образование, 1983-1989.

3. Злобин Ю.А. Обща екология. Киев: Наукова думка, 1998. – 430 с.

4. Степановских А.С. Екология: Учебник за ВУЗ. – М.: УНИТИДАН,

5. Небел Б. Наука за заобикаляща среда: как работи светът. – М.: Мир, 1993.

–т.1 – 424 с.

6. Екология: Учебник за техническите университети / L.I. Цветкова, М.И. Алексеев и др.; Изд. Л.И. Цветкова.–М.: АСВ; Санкт Петербург: Химиздат, 2001.-552 с.

7. Гирусов Е.В. и др.. Екология и икономика на управлението на околната среда: Учебник за ВУЗ / Изд. проф. Е.В. Гирусова. – М.: Право и закон, ЕДИНСТВО,

Преносът на енергия в една екосистема става чрез т.нар хранителни вериги. От своя страна, хранителната верига е пренос на енергия от нейния първоначален източник (обикновено автотрофи) през редица организми, като едни се изяждат от други. Хранителните вериги са разделени на два вида:

Бял бор => Листни въшки => калинки=> Паяци => Насекомоядни

птици => Хищни птици.

Трева => Тревопасни бозайници => Бълхи => Камшичести.

2) Детритна хранителна верига. Произхожда от мъртва органична материя (т.нар детрит), който или се консумира от малки, предимно безгръбначни животни, или се разлага от бактерии или гъбички. Наричат ​​се организми, които консумират мъртва органична материя детритиви, разлагайки го - деструктори.

Хранителните вериги на пасищата и детритите обикновено съществуват заедно в екосистемите, но един тип хранителна верига почти винаги доминира над другия. В някои специфични среди (например под земята), където жизнената дейност на зелените растения е невъзможна поради липса на светлина, съществуват само разрушителни хранителни вериги.

В екосистемите хранителните вериги не са изолирани една от друга, а са тясно преплетени. Те съставляват т.нар хранителни мрежи. Това се случва, защото всеки производител има не един, а няколко потребителя, които от своя страна могат да имат няколко източника на храна. Връзките в хранителната мрежа са ясно илюстрирани от диаграмата по-долу.

Диаграма на хранителна мрежа.

В хранителните вериги, т.нар трофични нива. Трофичните нива класифицират организмите в хранителната верига според техните видове жизнена дейност или източници на енергия. Растенията заемат първото трофично ниво (нивото на производителите), тревопасните животни (консуматорите от първи ред) принадлежат към второто трофично ниво, хищниците, които ядат тревопасни животни, образуват третото трофично ниво, вторичните хищници формират четвъртото и т.н. първа поръчка.

Поток на енергия в екосистема

Както знаем, преносът на енергия в една екосистема става чрез хранителни вериги. Но не цялата енергия от предишното трофично ниво се прехвърля на следващото. Пример е следната ситуация: нетното първично производство в една екосистема (т.е. количеството енергия, натрупано от производителите) е 200 kcal/m^2, вторичната продуктивност (енергията, натрупана от консуматорите от първи ред) е 20 kcal/m^ 2 или 10% от предходното трофично ниво, енергията на следващото ниво е 2 kcal/m^2, което е равно на 20% от енергията на предходното ниво. Както се вижда от този пример, при всеки преход към по-високо ниво се губи 80-90% от енергията на предишната връзка в хранителната верига. Такива загуби се дължат на факта, че значителна част от енергията по време на прехода от един етап към друг не се абсорбира от представители на следващото трофично ниво или се превръща в топлина, недостъпна за използване от живите организми.

Универсален модел на енергиен поток.

Приемът и разходът на енергия могат да се видят с помощта на универсален модел на енергиен поток. Прилага се за всеки жив компонент на екосистема: растение, животно, микроорганизъм, популация или трофична група. Такива графични модели, свързани помежду си, могат да отразяват хранителните вериги (когато моделите на енергийния поток на няколко трофични нива са свързани последователно, се формира диаграма на енергийния поток в хранителната верига) или биоенергетиката като цяло. Енергията, постъпваща в биомасата на диаграмата е обозначена аз. Въпреки това, част от входящата енергия не претърпява трансформация (на фигурата е посочена като NU). Например, това се случва, когато част от светлината, преминаваща през растенията, не се абсорбира от тях или когато част от храната, преминаваща през храносмилателния тракт на животно, не се абсорбира от тялото му. Асимилиран (или асимилиран) енергия (означена с А) се използва за различни цели. Той се изразходва за дишане (в диаграмата - Р) т.е. за поддържане на жизнената активност на биомасата и за производство на органична материя ( П). Продуктите от своя страна приемат различни форми. Изразява се в енергийни разходи за растеж на биомаса ( Ж), В различни секретиорганична материя в външна среда (д), в енергийните резерви на тялото ( С) (пример за такъв резерв е натрупването на мазнини). Съхранената енергия образува т.нар работен цикъл, тъй като тази част от производството се използва за осигуряване на енергия в бъдеще (например хищник използва своя енергиен резерв, за да търси нови жертви). Останалата част от производството е биомаса ( б).

Моделът на универсалния енергиен поток може да се тълкува по два начина. Първо, може да представлява популация от вид. В този случай каналите на енергийния поток и връзките на въпросния вид с други видове представляват диаграма на хранителната верига. Друга интерпретация третира модела на енергийния поток като образ на някакво енергийно ниво. След това правоъгълникът на биомасата и каналите за енергиен поток представляват всички популации, поддържани от един и същ източник на енергия.

За да покажем ясно разликата в подходите за тълкуване на универсалния модел на енергийния поток, можем да разгледаме пример с популация от лисици. Част от диетата на лисиците се състои от растителност (плодове и др.), а другата част се състои от тревопасни животни. За да се подчертае аспектът на вътрешнопопулационната енергетика (първата интерпретация на енергийния модел), цялата популация на лисици трябва да бъде изобразена като един правоъгълник, ако метаболизмът трябва да бъде разпределен ( метаболизъм- метаболизъм, скорост на метаболизма) популациите на лисици на две трофични нива, тоест, за да се покаже връзката между ролите на растителната и животинската храна в метаболизма, е необходимо да се конструират два или повече правоъгълника.

Познавайки универсалния модел на енергийния поток, е възможно да се определи съотношението на стойностите на енергийния поток в различни точки на хранителната верига.Изразени като процент, тези съотношения се наричат екологична ефективност. Има няколко групи екологична ефективност. Първата група енергийни отношения: B/RИ P/R. Делът на енергията, изразходвана за дишане, е голям в популациите на големи организми. При излагане на стрес от външната среда Рсе увеличава. величина Пзначителни в активни популации на малки организми (например водорасли), както и в системи, които получават енергия отвън.

Следната група отношения: A/IИ P/A. Първият от тях се нарича ефективност на асимилацията(т.е. ефективността на използване на доставената енергия), втората - ефективността на тъканния растеж. Ефективността на асимилация може да варира от 10 до 50% или повече. Тя може или да достигне малка стойност (с асимилацията на светлинна енергия от растенията), или да има големи стойности(при усвояване на хранителна енергия от животни). Обикновено ефективността на асимилацията при животните зависи от тяхната храна. При тревопасните животни той достига 80% при ядене на семена, 60% при ядене на млада зеленина, 30-40% при ядене на по-стари листа, 10-20% при ядене на дървесина. При месоядните животни ефективността на асимилацията е 60-90%, тъй като животинската храна се усвоява много по-лесно от тялото, отколкото растителната.

Ефективността на тъканния растеж също варира в широки граници. Той достига най-големите си стойности в случаите, когато организмите са малки по размер и условията на тяхното местообитание не изискват големи енергийни разходи за поддържане на температурата, оптимална за растежа на организмите.

Третата група енергийни отношения: P/B. Ако разгледаме P като темп на нарастване на производството, P/Bпредставлява съотношението на производството в определен момент от времето към биомасата. Ако продуктите се изчисляват за определен период от време, стойността на съотношението P/Bсе определя въз основа на средната биомаса за този период от време. В такъв случай P/Bе безразмерна величина и показва колко пъти производството е повече или по-малко от биомасата.

Трябва да се отбележи, че енергийните характеристики на една екосистема се влияят от размера на организмите, обитаващи екосистемата. Установена е връзка между размера на организма и неговия специфичен метаболизъм (обмяна на веществата на 1 g биомаса). Колкото по-малък е организмът, толкова по-висок е неговият специфичен метаболизъм и следователно толкова по-ниска е биомасата, която може да се поддържа на дадено трофично ниво на екосистемата. Със същото количество използвана енергия организмите големи размеринатрупват повече биомаса от малките. Например, когато равна стойностконсумирана енергия, биомасата, натрупана от бактерии, ще бъде много по-ниска от биомасата, натрупана от големи организми (например бозайници). Друга картина се очертава, когато се разглежда производителността. Тъй като продуктивността е степента на нарастване на биомасата, тя е по-голяма при малките животни, които имат по-високи темпове на възпроизводство и обновяване на биомасата.

Поради загубата на енергия в хранителните вериги и зависимостта на метаболизма от размера на индивидите, всяка биологична общност придобива определена трофична структура, която може да служи като характеристика на екосистемата. Трофичната структура се характеризира или с стоящата култура, или с количеството енергия, фиксирано на единица площ за единица време от всяко следващо трофично ниво. Трофичната структура може да бъде изобразена графично под формата на пирамиди, чиято основа е първото трофично ниво (нивото на производителите), а следващите трофични нива образуват „подовете“ на пирамидата. Има три вида екологични пирамиди.

1) Числова пирамида (обозначена с номер 1 на диаграмата) Тя показва броя на отделните организми на всяко трофично ниво. Броят на индивидите на различни трофични нива зависи от два основни фактора. Първият от тях е повече високо нивоспецифичен метаболизъм при малките животни в сравнение с големите, което им позволява да имат числено превъзходство над големите видове и по-високи темпове на възпроизводство. Друг от горните фактори е наличието на горна и долна граница на размера на плячката им сред хищните животни. Ако плячката е много по-голяма по размер от хищника, тогава тя няма да може да я победи. Малката плячка няма да може да задоволи енергийните нужди на хищника. Следователно за всеки хищен вид има оптимален размержертви Въпреки това, за от това правилоима изключения (например змиите използват отрова, за да убиват животни, по-големи от тях). Пирамидите от числа могат да бъдат насочени надолу, ако производителите са много по-големи от основните потребители по размер (пример е горска екосистема, където производителите са дървета, а основните потребители са насекоми).

2) Пирамида на биомаса (2 на диаграмата). С негова помощ можете ясно да покажете съотношенията на биомасата на всяко от трофичните нива. Тя може да бъде директна, ако размерът и продължителността на живота на производителите достигнат относително големи стойности (сухоземни и плитководни екосистеми) и обърната, когато производителите са малки по размер и имат кратък жизнен цикъл (открити и дълбоки водни тела).

3) Пирамида на енергията (3 на диаграмата). Отразява количеството енергиен поток и производителността на всяко трофично ниво. За разлика от пирамидите на числата и биомасата, пирамидата на енергията не може да бъде обърната, тъй като преходът на хранителната енергия към по-високи трофични нива става с големи загуби на енергия. Следователно общата енергия на всяко предишно трофично ниво не може да бъде по-висока от енергията на следващото. Горното разсъждение се основава на използването на втория закон на термодинамиката, така че пирамидата на енергията в една екосистема служи като ясна илюстрация за това.

От всички трофични характеристики на една екосистема, споменати по-горе, само енергийната пирамида предоставя най-пълната картина на организацията на биологичните общности. В популационната пирамида ролята на малките организми е силно преувеличена, а в пирамидата на биомасата значението на големите е надценено. В този случай тези критерии са неподходящи за сравняване на функционалната роля на популации, които се различават значително в съотношението на метаболитната интензивност към размера на индивидите. Поради тази причина именно енергийният поток служи като най-подходящ критерий за сравняване на отделни компоненти на една екосистема помежду си, както и за сравняване на две екосистеми една с друга.

Познаването на основните закони на енергийната трансформация в екосистемата допринася за по-доброто разбиране на процесите на функциониране на екосистемата. Това е особено важно поради факта, че човешката намеса в естествената му „работа“ може да доведе до разрушаване на екологичната система. В тази връзка той трябва да може да предвиди резултатите от своите дейности предварително, а разбирането на енергийните потоци в екосистемата може да осигури по-голяма точност на тези прогнози.